As respostas para a evolução da refrigeração comercial está no uso de componentes eletrônicos, em soluções mecânicas e de projeto, e em materiais com desempenho superior

Pressionados pelos custos energéticos e ambientais, os sistemas de refrigeração comercial têm incorporado componentes e estratégias que permitem um melhor equilíbrio entre carga térmica e capacidade frigorífica. Os recursos vão de componentes – como aletados, motores elétricos, ventiladores e compressores –, de maior rendimento, até expositores fechados em estabelecimentos varejistas.  Por outro lado, os sistemas de gerenciamento passaram a ser mais integrados aos sistemas de ar condicionado e iluminação, com o desenvolvimento do monitoramento remoto das utilidades por meio de centrais de controle que agilizam a manutenção e padronizam procedimentos, baseando-se na medição em tempo real do consumo de energia dos equipamentos.

Diego Almeida Kalume, gerente de Projetos da Heatcraft, cita cinco avanços em eficiência energética: 1) Os evaporadores e condensadores têm sido equipados com motores eletronicamente comutados (EC) que, além de garantirem uma grande economia de energia, reduzem significativamente o nível de ruído, com aumento de vazão, devido ao design de suas hélices e coifas; 2) Os sistemas mais modernos utilizam compressores digitais, capazes de alternar sua rotação sem a utilização de variadores de frequência; 3) As válvulas de expansão eletrônicas oferecem um controle muito mais preciso das pressões e temperaturas do sistema, garantindo ao sistema frigorífico um controle mais estável das condições da câmara; 4) Os controladores inteligentes permitem um monitoramento mais eficiente do sistema frigorífico, realizando ajustes automáticos e em tempo real dos componentes, garantindo maior estabilidade das condições da câmara; 5) Os sistemas com degelo a gás quente eliminam a utilização de resistências elétricas e oferecem uma redução significativa no tempo utilizado em cada degelo.

O engenheiro da Carel, Alex Taboni, destaca como avanço a alta tecnologia de programação e a integração eletromecânica. “São tecnologias que permitem o total controle do sistema frigorífico por meio de sincronismo dos atuadores, devido a cálculos precisos de algoritmos que tiram do sistema sua melhor performance e COP (Coeficiente de Performance); assim como a inteligência de prever alguns comportamentos no sistema de acordo com as referências colhidas dos sensores espalhados na instalação e a integração total dos equipamentos contando com os protocolos de comunicação serial”.

“Estamos vivendo uma verdadeira revolução na refrigeração comercial brasileira. Um dos principais motivos é o foco em eficiência energética. O supermercadista tomou uma das mais controversas decisões de sua história, fechar os expositores frigoríficos, instalando portas nos expositores horizontais e verticais, de resfriados e congelados. Esta decisão trouxe resultados imediatos e está transformando o mercado, pois altera o ‘modus operandi’ de toda a cadeia produtiva deste setor”, explica Rogério Marson Rodrigues, da Eletrofrio.

Marson Rodrigues ressalta que as novas demandas ambientais exigiram que o mercado de refrigeração brasileiro encontrasse alternativas para substituição do HCFC R-22. “O Brasil precisa eliminar completamente, em projetos novos de supermercados, a utilização do R-22. Infelizmente, todas as alternativas utilizadas até agora tornaram os sistemas de refrigeração menos eficientes energeticamente. Na contrapartida, a adoção das portas minimizou o impacto negativo. Neste momento o mercado trabalha em novos desenvolvimentos que poderão ser tão, ou mais, eficientes do que o R-22. Estas novas soluções, aliadas à presença das portas, resultarão em um grande avanço tecnológico na busca dos melhores projetos de eficiência energética”.

Para Homero Busnello, diretor de Marketing da Tecumseh, os avanços existem, alertando que “não podemos deixar de lembrar que ainda existe um longo caminho a percorrer quanto à diminuição nos vazamentos, a correta substituição dos compressores e componentes do sistema de refrigeração, e a correta carga de fluido refrigerante de fontes confiáveis”.

“Por muito tempo o baixo custo de energia elétrica no Brasil, associado ao alto custo das tecnologias recém-chegadas ao mercado internacional de equipamentos de alta eficiência, ou voltados para a melhoria da eficiência de partes ou de todo o sistema, dificultavam a entrada destas tecnologias no mercado nacional. Hoje, a situação se inverteu. Os custos da energia elétrica subiram e os custos das tecnologias diminuíram, principalmente devido ao aumento da produção, apoiada pela consciência dos países mais desenvolvidos”, explana Rafael Lopes da Costa, gerente de Mercado da ebm-papst.

Compressores

Em relação aos compressores, Marson, acredita que houve avanços nos últimos anos com a entrada de novos fluídos refrigerantes, e a chegada e consolidação do controle de capacidade proporcional, que permite uma modulação de capacidade do sistema de refrigeração sem a necessidade da utilização de inversores de frequência.

Já para Kalume, os compressores digitais estão ganhando força no mercado e permitem não apenas a modulação de sua capacidade de compressão, como também o monitoramento de seu funcionamento. “Eles são capazes de ajustar sua rotação de acordo com as condições da câmara, garantindo uma economia de energia em períodos de baixa carga térmica”.

“O maior avanço, hoje, é a utilização de compressores BLDC – Brashless DC Compressor. São gerenciados por corrente contínua, via drive DC (inversor DC) especial para a conversão e modulação da frequência. Esse tipo de compressor vem sendo um grande avanço, pois o mesmo possui uma alta taxa de modulação, sendo que sua maior eficiência está nas baixas rotações. Estes compressores possuem o permanente magnético e trabalham com indução assíncrona, não havendo necessidade de ter qualquer transdutor de posição para detectar a posição do rotor que é feita pela análise da corrente de fase e da tensão que alimentam o estator. Usando este método, a confiabilidade do sistema de controle é aumentada”, explica Taboni.

“Em termos de compressores, é possível verificar o aumento na utilização do inversor de frequência ou de compressores variáveis que se tornaram mais acessíveis”, diz Fábio Cardoso, da Every Control.

“Com os microcanais os compressores tiveram que ser modernizados para operar em pressões mais elevadas, rompendo os limites técnicos pré-estabelecidos que até então existiam”, comenta o diretor Geral da Mipal, Antônio Cláudio Montiani Palma.

Segundo Marcos Bernardi, consultor Técnico Sênior da Danfoss, os compressores que começam a ganhar espaço em diferentes tipos de aplicações de refrigeração comercial são os de velocidade variável do tipo scroll.

Alexandre Rosa da Costa, chefe da Engenharia de Aplicação da Elgin, também concorda com Bernardi sobre o desenvolvimento de novas linhas de compressores, como, por exemplo, do tipo scroll para refrigeração, e acrescenta a esta lista as melhorias realizadas em dimensionamento dos motores.

Condensadoras e evaporadoras

Em relação às unidades condensadoras, Marson comenta que elas se beneficiaram das evoluções citadas anteriormente para os compressores, destacando, também, os condensadores tipo microcanal, com a redução do espaço físico ocupado e da quantidade de fluido refrigerante em circulação. Sobre os evaporadores, ele explica que os equipamentos acompanharam a evolução demandada pelo mercado, principalmente os trocadores de calor brasados e os novos plate-and-shell. “Se avaliarmos os condensadores e evaporadores aletados, que dependem da circulação do ar, o grande avanço neste setor tem sido com relação aos ventiladores. O mercado de ventilação oferece uma gama de opções e motores de alta eficiência, sendo fundamental para a busca da eficiência energética”.

Para Bernardi, o mercado de unidades condensadoras ainda se mantém com poucos avanços em termos de tecnologia, exceto pelo uso de equipamentos mais eficientes fabricados em alumínio, e cita, como exemplo, também, os trocadores de calor microcanal, mais leves e com menor circulação de fluido refrigerante. Devido à troca mais eficiente de calor, a exigência sobre a capacidade de sucção dos compressores é menor, o que proporciona economia de energia. No caso das evaporadoras, Bernardi cita os trocadores de placas MPHE/BPHE utilizados em sistemas de fluido secundário, que ganham eficiência maior com o uso de válvulas de balanceamento hidrônico, devido à melhor distribuição do fluido.

Costa também comenta que a tecnologia de microcanais em unidades condensadoras é uma boa opção. “O que há pouco tempo não parecia ser uma realidade em nosso mercado pode ser visto em novas aplicações. Ventiladores eletrônicos também são parte desta realidade, não somente nas unidades condensadoras, mas, também, nos evaporadores dotados de válvulas de expansão eletrônica”.

O avanço tecnológico nos condensadores, segundo Bruno Bonaldi, engenheiro de aplicações da Evapco, dá-se, no caso específico da empresa, pelo constante investimento em pesquisa e desenvolvimento no centro tecnológico da Evapco, localizado em Taneytown, nos EUA. “Buscamos novos materiais e tecnologias para melhorar a eficiência de nossos equipamentos, como é o caso da nova serpentina Thermal-Pack II, patenteada com tubos ovalizados e inclinados para maximizar o contato do ar com o tubo, aumentando a eficiência térmica. Aliado a isto, lançamos recentemente o novo bico aspersor EvapJet, também patenteado pela nossa empresa. Trata-se de um bico anti entupimento, apto a trabalhar nas mais severas condições e garantindo 100% do molhamento de toda a superfície de troca térmica, maximizando a performance do equipamento. Também possuímos o eliminador de gotas que limita a perda por arraste em 0,001% da vazão de água de recirculação”.

Mas, segundo o engenheiro da Evapco, o maior avanço da empresa é a linha Eco com serpentina patenteada em aço galvanizado com aletas especialmente desenvolvidas para maximizar a performance do equipamento. Esta linha é fornecida com o Sage Control, um sistema de controle desenvolvido para que o cliente possa optar por dois modos de trabalho: o chamado Water Efficient, que prioriza a redução no consumo de água, desligando a bomba de água quando possível; e o Energy Efficient, que prioriza a redução no consumo de energia elétrica, diminuindo a rotação, ou até desligando, os ventiladores dos equipamentos.

“Nos evaporadores e condensadores a aplicação de motoventiladores eletronicamente comutados (EC) permite um controle eficaz da vazão de ar, alternando a rotação de acordo com as necessidades do sistema. Também podemos visualizar a utilização de coifas e hélices com design inovador, que não apenas aumentam a vazão e a flecha de ar, como, também, garantem uma operação com baixo nível de ruído. A aplicação de transdutores de pressão em condensadores permite uma automação simples, porém, muito eficiente no controle de rotação dos motores EC, com baixo investimento para uma economia de energia significativa. Nos evaporadores, controladores inteligentes modulam não apenas a rotação dos motores, mas também os períodos de degelo, garantindo maior estabilidade das condições da câmara e menor consumo de energia”, explica o gerente de Produtos da Heatcraft.

Taboni, destaca, ainda, unidades com sistema CO₂ transcrítico, compressores BLDC Hecu CO₂, e o sistema Water Loop Heos, com condensação a água. “Unidades como estas trazem em seu projeto um grande avanço, como a utilização de componentes moduláveis de alta performance e integração total das unidades frigoríficas”.

“Hoje, os condensadores podem atingir pressões maiores de operação, desde os fracionários até condensadores remotos dos modelos CD-R e VMAX, ou seja, permitiu-se projetar sistemas com pressões de condensação mais elevados com a mesma segurança, implicando em um aumento da capacidade dos condensadores. Obviamente, os avanços tecnológicos de componentes específicos impulsionam um desenvolvimento maior, mas no caso específico de condensadores e evaporadores, a eficiência é atingida pela adequação de cada um dos componentes da troca térmica”, explica Palma.

Expositores frigoríficos

O avanço mais significativo relacionado à eficiência energética, tem sido o fechamento dos expositores com portas de vidro, o que diminuiu, consideravelmente, a perda de carga. Para Renzo Contardo, da CKTech Brasil, outros avanços também podem ser observados, como a utilização de sistemas eletrônicos: ventiladores, válvulas de expansão e controladores de temperatura com setpoint variável. “Além da utilização direta destes componentes, observa-se por parte dos fabricantes uma maior dedicação ao estudo dos fluxos de ar que são fatores fundamentais no funcionamento do equipamento”.

“As válvulas de expansão eletrônicas conseguem tirar o máximo de eficiência do evaporador, graças ao controle do constante do superaquecimento”, ressalta Taboni. O engenheiro fala, ainda, sobre as resistências de orvalho. “Este atuador, ficava, geralmente, ligado durante 24 horas, mantendo o vidro desembaçado; hoje, podemos contar com controles inteligentes que atuam proporcionalmente, graças a algoritmos que calculam o ponto de orvalho do local instalado e acionam a resistência quanto e quando necessário”.

Automação

Inegavelmente a automação dos sistemas tem contribuído para avanços em relação ao consumo energético. Permite que seus componentes modulem condições operacionais de acordo com a necessidade do ambiente refrigerado, e garante uma grande economia de energia, ao fazer com que o sistema reduza sua condição de operação nos períodos de baixa carga térmica. “Já faz alguns anos que os sistemas de automação integram parte dos equipamentos de refrigeração do mercado brasileiro. Ainda falta, a este mercado, o conhecimento do potencial destas ferramentas para usufruírem tudo o que o gerenciamento eletrônico pode proporcionar a um supermercado. A automação vem avançando e acompanhando todas as mudanças do mercado, porém, o que nos falta é a capacitação de equipes técnicas que possam utilizá-las de forma correta e completa”, esclarece Marson.

Cardoso explica que a automação é sempre uma peça chave no que diz respeito à eficiência energética, tanto dentro dos equipamentos como também na relação entre várias máquinas, como as CAGs. “O uso de agendas semanais, de lógicas de condensação flutuante, e do sistema de monitoramento para intervenção imediata em caso de funcionamento fora dos parâmetros, são algumas das ferramentas que podemos utilizar”.

“Controladores inteligentes atuam como um cérebro de um sistema frigorífico automatizado. Estes equipamentos controlam a modulação de cada componente de acordo com as variações de temperatura da câmara e do sistema. Também podem gerar relatórios de monitoramento em tempo real aos usuários através de um acesso à internet. Além disso, controladores permitem a aplicação de degelos inteligentes, ou seja, o sistema somente inicia um processo de degelo quando realmente é necessário. Controladores tradicionais são configurados para aplicar o degelo em períodos pré-determinados pelo usuário, ou seja, o degelo pode ser aplicado mesmo quando não há uma camada de gelo bloqueando a serpentina do evaporador”, esclarece Kalume, da Heatcraft.

“O termo ‘on Demand’ (sob demanda) é um termo que exemplifica o cenário atual em sistemas de refrigeração, oferecendo a capacidade solicitada. Mesmo sendo projetado observando a capacidade máxima planejada para o sistema, nem sempre esta condição será exigida, e, caso opere sempre no limite de projeto, o consumo será muito maior que o necessário; desta forma a oferta de capacidade conforme a demanda do sistema pode acarretar facilmente uma economia da ordem de 50%”, explica Costa.

Segundo Contardo, a automação tem sido fundamental na obtenção de eficiência energética. “Um dos objetivos que os projetistas sempre procuraram alcançar é o de conseguir ajustar a capacidade dos compressores pontualmente à carga térmica requerida pelos sistemas em determinado momento. Isto só foi possível com a criação dos inversores de frequência”. Ele cita outro exemplo da aplicação da eletrônica, o “setpoint flutuante”, que permite ajustar o ponto de operação do sistema em função do horário (diurno ou noturno). E completa: “elevando o ponto de operação do sistema nos horários noturnos, há um consequente ganho energético do sistema”.

Palma, da Mipal, cita, como exemplo, as câmaras frigoríficas de baixa temperatura “estes controles são essenciais, possibilitando rápido e eficiente processo de degelo com melhor controle e com menor introdução de carga térmica no ambiente, reduzindo tanto o consumo durante o degelo como a energia a ser consumida para retirar do ambiente o calor gerado. Portanto, isso provoca necessidade de mais conhecimento dos profissionais de refrigeração que mantém esses equipamentos”.

Fluidos refrigerantes

Bernardi acredita que haverá um aumento na utilização de CO₂ subcrítico e fluidos secundários, como, por exemplo, o propilenoglicol. Fala, também, que os fluidos sintéticos ainda devem permanecer, porém, sendo utilizados cada vez menos. ”Não podemos deixar de observar também uma tendência no aumento de sistemas com expositores que possuem unidades de refrigeração acopladas, como as ilhas de congelados e expositores verticais com condensadores remotos modulares, que não contribuem para uma melhor eficiência energética como um todo, porém, são adequados para os layouts reduzidos que vêm sendo adotados por grande parte dos supermercados”, revela Bernardi.

“Em se tratando de refrigeração comercial leve, uma grande parte do mercado já está utilizando em seus novos projetos o fluido propano, um hidrocarboneto de baixo GWP. Esta solução também é aplicável, desde que respeitada a carga máxima de refrigerante – 150 gramas -, em ambientes fechados, pois se trata de um fluido inflamável. No curto prazo, o HFC R-134a é a solução mais acessível. Temos a caminho algumas soluções interessantes com status transitório, como os fluidos HFOs, levemente inflamáveis, mas, ainda, com custo elevado em relação aos seus pares”, esclarece Busnello.

Bernardi comenta, ainda, que a melhor tendência que se apresenta, levando em conta a eficiência energética, é o CO₂ transcrítico equipado com injetores. Mas, segundo ele, isso ainda requer um alto investimento, necessitando também de mão de obra mais especializada para instalação e manutenção.

Marson explica que a necessidade de substituição do R-22 provocou a curiosa situação de utilização de fluidos não agressivos à camada de ozônio, mas com maior potencial de aquecimento global e maior consumo de energia. “Que decisão foi esta? O aquecimento global e a geração de energia não afetam o meio ambiente? Agora estamos, de fato, trabalhando na busca de soluções efetivamente corretas em prol do meio ambiente, que sejam de baixíssimo impacto ambiental, seja pelos danos diretos à atmosfera ou pelo consumo de energia elétrica”.

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