Nos últimos anos, a eficiência energética tem se tornado uma preocupação crescente em diversos setores, especialmente no de refrigeração, que desempenha um papel significativo na matriz energética global

De acordo com o IIR (InternationalInstituteofRefrigeration),o setorque abrange os sistemas frigoríficos representa aproximadamente 20% do consumo total de eletricidade no mundo.E dentro dos sistemas frigoríficosvoltados para a conservação de produtos perecíveis, o segmento de supermercados e atacadistas se destaca. Nesse segmento, a refrigeração, somada à climatização,representa aproximadamente 70% do consumo de energia, segundo estudos de eficiência energética da Eletrofrio.

Vale notar que a climatização nem sempre está presenteem todas as lojas, mas, quando está, contribui significativamente para o consumo energético.Neste contexto, as redes de supermercados e atacadistas enfrentam o dilema entre optar por sistemas de refrigeração energeticamenteeficientes, mas com custos iniciais elevados, ou escolher opções de baixo investimento inicial, porém com maior consumo energético a longo prazo.

Implantação deprojetos de eficiência energética

As oportunidades para desenvolver projetos de eficiência energética se aplicam tanto a novos projetosquanto ainstalações existentes.

Considerando que uma rede de supermercados possui muitas lojas, o impacto de pequenos projetos de eficiência energética, quandomultiplicado pelo número de instalações, pode representar uma economia substancial.Portanto, o foco não deve ser apenas na construção de novas lojas!

Implantação deprojetos com baixoinvestimento inicial

A opção de projetos com menor investimento inicial é comum em um mercado com altos custos financeiros, em que uma redução de 10% no investimento inicial pode permitir a abertura de uma loja adicional a cada dez lojas.Esse tipo de projeto facilita a aquisição e implantação de negócios para redes de pequeno e médio porte e a expansão de redes de maior porte.

O custo inicial mais baixo permite uma recuperação mais rápida através das economias operacionais imediatas,mas essesprojetos tendem a ser menos eficientes,resultando em maiores custos operacionais, consumo de energia,custo de operação e manutenção a longo prazo.Além disso, a ausência de alguns componentes ou recursos pode reduzir a vida útil do equipamento,aumentando anecessidade de manutenção edos custos ao longo do tempo.

Soluções de eficiência energética em sistemas frigoríficos

Existem diversas soluções para aumentar a eficiência energética de sistemas frigoríficos, masalgumas se destacam como asprincipais e mais relevantes,cada uma com suas vantagens e desvantagens.

Infelizmente não é possível quantificar o investimento de cada solução deforma geral em um único artigo.A única forma de equilibrar eficiência energética e investimento inicial é através de uma análise individual de cada projeto

Entre as soluções mais relevantes consideram-se:

• Escolha do gás refrigerante,
• Evaporadores de alta eficiência,
• Dimensionamento de condensadores com ∆Tmenores,
• Redução de carga térmica,
• Aplicação de motoventiladores eletrônicos,
• Controle de condensação flutuante,
• Controle de resistências de orvalho em expositores frigoríficos, e
• Controle de degelo sob demanda para forçadores de ar de câmaras de congelados.

Além de equipamentos e dispositivos de controle, destacam-se alguns serviços relevantes e oportunos para a eficiência energética, como o monitoramento e serviços específicos de manutenção.

Todas essas soluçõespodem ser aplicadas tanto em novos projetos quanto em instalações existentese, na maioria dos casos, o custo de implementação no início do projeto é menor.

Distribuição do consumo de energia

Para analisar as soluções de aumento da eficiência energética em sistemas de refrigeração comercial que serão apresentadas neste artigo, é importante compreender a subdivisão do consumo de energia.

O consumo de energia em sistemas de refrigeração comercial pode ser dividido em cinco principais grupos: compressores, motoventiladores, resistências de orvalho, iluminação e resistências de degelo, conforme ilustrado no gráfico 01.

Ao mencionar a economia em algum dos componentes dos grupos listados, deve-se considerar o impacto geral no sistema de refrigeração. Por exemplo, uma economia de 10% nos compressores, que representam 47% do consumo total, resultaria em uma redução de apenas 4,7% no consumo total. Nas soluções apresentadas a seguir faremos referência a esse impacto para compreender a economia no sistema como um todo.

Escolha do gás refrigerante

A seleção do gás refrigerante é fundamental e impacta diretamente no meio ambiente e na eficiência energética dos sistemas de refrigeração. Embora essa escolha seja feita no início do projeto,nos últimos anos tem se tornado comum realizar mudanças de gases por meio deprocedimentos de retrofit, Essas mudanças devem ser conduzidas por empresas e profissionais capacitados, pois uma seleção inadequada pode prejudicar o sistema e um serviço mal executado comprometer a operação da loja.

A troca de gás deve ser cuidadosamente analisada, pois, enquanto algumas mudanças podem reduzir o consumo e aumentar a eficiência energética, outras podem resultar em umaumento no consumo.

A tabela 01 exemplifica a diferença de consumo de energia em sistemas frigoríficos dimensionados para uma carga de 198kW e operando com 4 diferentes gases refrigerantes. Os dados apresentados na simulação da Tabela 01 indicam que, na cidade de São Paulo, para um sistema de média temperatura, um sistema com gás R134 consome 9,1% menos energia do que com R404. Comparando o propano com o R404, a redução no consumo de compressores e motoventiladores pode chegar a 17,5%.

Como motoventiladores e compressores representam 71% da energia consumida no sistema de refrigeração, a redução total de energia com R134 é de 6,4%, enquanto com propano é de 12,4%, além do fato de que o propano é um gás natural e, portanto, não contribui para o aquecimento global.

Para a seleção de gases refrigerantes é importante considerar outros critérios além da eficiência energética e do impacto ambiental, que não são abordados neste tema.

Critério de projeto e operação dos equipamentos

Durante décadas os critérios de projeto e operação dos equipamentos frigoríficos no Brasil seguiram padrões específicos de temperatura de evaporação e condensação para sistemas de média temperatura (resfriados) e baixa temperatura (congelados).

Para alterar estescritérios, os fabricantes precisam dimensionar e disponibilizar evaporadores de alta eficiência e selecionar condensadores com ∆T menores, o que implica em um maior custo de investimento, mas traz benefícios significativos ao consumo de energia.

Com evaporadores de alta eficiência, é possível elevar a temperatura de evaporação e sua pressão de evaporação correspondente, mantendo rigorosamente ascondições de temperaturaambiente necessárias para a conservação dos produtos perecíveis.

Condensadores dimensionados para ∆T menores permitem operar com pressões de condensação mais baixas. O ∆T é a diferença entre a temperatura de condensação e a temperatura ambiente.

Em resumo, elevar a pressão de evaporação (sucção) e reduzir a pressão de condensação (descarga) diminui a carga no compressor e aumenta a eficiência energética.

Elevação da temperatura e pressão de evaporação (Sucção)

Atualmente, existem expositores frigoríficos com evaporadores de alta eficiência como produto padrão, devido aos ganhos energéticos. No entanto,nem todos os fabricantes disponibilizam essa opção. Antes de 2018 a temperatura de evaporação padrão no mercado para média temperatura (resfriados) era -10°C e -30°C para baixa temperatura (congelados).

Desde o lançamento da linha Vittrine da Eletrofrio em 2018, o mercado passou a disponibilizar equipamentos com evaporadores de alta eficiência, permitindo projetos com temperatura e pressão de evaporação mais alta como apresentado na Figura 01. O impacto da elevação da temperatura pode ser quantificado usando softwares de dimensionamento de compressores.Sistema de média temperatura (Resfriados)

Para quantificar a redução do consumo, a figura 02mostra a capacidade e COP de um compressor Bitzer nas diferentes temperaturas de evaporação, entre -10° e -4°C.A redução de consumo de energia do compressor,elevando a temperatura de evaporação de -10° para -4°C, é de 22% ou 3,7% por cada °C de elevação.

Considerando que os compressores representam 47% do consumo total do sistema frigorífico, essa redução equivale a uma diminuição de 10,5% no consumo geral.

Sistema de baixa temperatura (Congelados)

De maneira semelhante, a figura 03 ilustra a redução do consumo de energia em sistemas de baixa temperatura, mostrando o comportamento de um compressor Copeland nas diferentes temperaturas de evaporação, entre -30° e -26°C.

No regime de congelados, o comportamento é diferente, devido à pressão de operação muito mais baixa, mas também apresenta uma redução significativa no consumo de energia. Elevando a temperatura de evaporação de -30° para -26°C, a redução de consumo é de 14% ou 3,4% por cada °C de elevação.Aplicando o mesmo critério dos dados do gráfico 01, essa redução representa 6,4% do consumo geral.

Redução da temperatura e pressão de condensação (Descarga)

Projetos eficientes de condensadores devem considerar odimensionamento de ∆Ts menorese uma localização adequada para instalação do equipamento, evitando proximidade com outras fontes de calor.

Redução da temperatura em função do dimensionamento

A figura 04 ilustra a redução do consumo de um compressor Bock em função da redução da temperatura de condensação.Como dado prático,para cada grau que o sistema seja dimensionado a maior ou menor, há um impacto de 2,8% no consumo energético do compressor.

Riscos de elevação da temperatura peloposicionamento do condensador e interferência com outras fontes de calor

Durante o projeto de sistemas de refrigeração o posicionamento do condensador é um fator crítico que deve ser cuidadosamente considerado. É essencial analisar a região onde o condensador será instalado e identificar a presença de outros equipamentos geradores de calor. Nesses casos, recomenda-se buscar soluções com os fornecedores desses equipamentos para evitar interferência entreeles.

Se cada grau de elevação da temperatura de condensação tem um impacto de 2,8% no consumo energético dos compressores, deve-se evitar toda interferência entre equipamentos de refrigeração, equipamentos de ar-condicionado, extratores de fornos, dutos de descarga de geradores entre outros.

Exemplos de interferência entre equipamentos podem ser observados nas figuras 05 e 06.Para reduzir essas interferências, pode-se instalar barreiras físicas entre os equipamentos, manter uma distância segura ou nivelarosmotoventiladores (figura 07).

Redução de carga térmica

A carga térmica é a quantidade de calor que o sistema de refrigeração precisa remover para manter a temperatura desejada. Reduzir esta carga implica diretamente na diminuição do consumo de energia dos compressores.

Uma excelente alternativa para reduzir a carga térmica é a introdução das portas em expositores frigoríficos,tanto nosexpositores verticais de resfriados quantoem ilhas de congelados. As portas impedem a entrada de ar quente e mantêm a temperatura interna mais estável, o que pode resultarem uma redução de 15 a 35% da carga térmica totalda loja, aumentando significativamente a eficiência do sistema (figura 08).

Esta solução também pode ser aplicada em sistemas existentes.No entanto, é importante destacar que a instalação das portas altera outras características do expositor e da instalação, como a velocidade da cortina de ar, potência de resistências de orvalho e o redimensionamento da tubulação frigorífica, entre outros fatores.

Além dos fabricantes de expositores frigoríficos, existem poucas empresas capacitadas para realizar esta modificação.Mas, considerando o benefício do aumento da eficiência energética,faz dessa uma solução que merece ser considerada.

Aplicação de motoventiladoreseletrônicos

Os motoventiladores eletrônicos podem ser aplicados nos sistemas de refrigeração tanto nos expositores frigoríficos como nos forçadores de câmaras e nos condensadores a ar.

Segundo estudos de eficiência energética da Eletrofrio,a redução do consumo nestes equipamentos pode chegar a até 50%. Considerando que os motoventiladores representam 24% do consumo total de energia do sistema frigorífico em supermercados, a redução com a aplicação de motoventiladores eletrônicos pode reduzir o consumo total em 10 a 12% se implementada em toda a instalação.Apesar do custo inicial elevado, os benefícios dos motoventiladores eletrônicos são inquestionáveis, com umpayback justificável.

No entanto, um ponto de desvantagem, na percepção de algunsclientes, é o custo elevado de manutenção.Quando queimam, os motoventiladores eletrônicos geralmente precisam ser substituídos, poiso reparo não é viável, apesar de ter um índice de falhas menor devido à tecnologia avançada e alto grau de proteção.

Automação e controles eletrônicos inteligentes

A automação e os controles eletrônicos inteligentes têm sido uma solução empregada para melhorar a eficiência energética em sistemas de refrigeração, aumentando a durabilidade dos equipamentos, diminuindo os custos de manutenção e melhorandoa conservação dos produtos. Três soluções se destacam nos controles eletrônicos inteligentes para aprimorar a eficiência energética:

Controle de condensação flutuante

Esse controle é aplicado especialmente em cidades com amplitudes térmicas significativas entre os períodos de verão e inverno.Ele ajusta automaticamente a temperatura de condensação com base nas condições climáticas, otimizando o desempenho do sistema e reduzindo o consumo de energia.

Os dados apresentados no estudo da Figura 09 indicam que, em regiões com pequenas oscilações de temperatura e altas temperaturas médias como Belém e Fortaleza, o ganho é insignificante. Por outro lado, a implantação em cidades como Brasília, São Paulo e Curitiba resulta em um aumento de eficiência de 5,4% a 8,8%.Além disso, para aplicar a condensação flutuante, é necessário usar válvulas de expansão eletrônica em todos os ambientes.

No entanto, considerando que muitas instalações no Brasil já utilizam sistemas de resfriamento por glicol com válvulas de expansão eletrônica, há uma oportunidade de aplicação com baixo investimento inicial.

Controle de resistências de orvalho em expositores frigoríficos

Os expositores frigoríficos possuem resistências de orvalho para evitar a formação de condensação nas superfícies.O controle inteligente ajusta essas resistências com base na temperatura e umidade ambiente, economizando energia sem comprometer a qualidade da exposição dos produtos.

Esse controle passa a ser viável em regiões mais quentes e de baixa umidade.O investimentonecessário é relativamente baixo e simples para implementar em lojas existentes embora o ganho anual seja modesto.Estima-se uma redução de 5 a 15% das resistências de orvalho o que representa uma redução de 1 a 3% no consumo total de energia.

Controle de degelo sob demanda para forçadores de ar de câmaras de congelados

Os forçadores de ar das câmaras frigoríficas acumulam gelo ao longo do tempo.

O controle sob demanda ativa o degelo apenas quando necessário e pelo tempo necessário, evitando desperdício de energia e garantindo a remoção eficiente do gelo.Além dessas vantagens, esse controle também reduz a exposição de calor nos produtos armazenados nas câmaras e diminui a potência das resistências de degelo do forçador de ar.

O investimento para a instalação dos componentes é baixo. Ele é viável em câmaras com pé direito a partir de 5 metros, onde os forçadores são maiores e a potência das resistências também é mais elevada.

Um estudo de caso realizado em 2023 pela Eletrofrio em um Atacarejo no nordeste do Brasil demonstrou uma redução média de 2,3% do consumo total de energia do sistema.

Monitoramento

O monitoramento contínuo e inteligente em sistemas frigoríficos tem emergido como uma solução eficaz para melhorar a eficiência energética. Na prática, o monitoramento coleta e analisa dados em tempo real sobre o desempenho do sistema, permitindo a identificação e correção rápida de problemas, a otimizaçãodo uso da energia e a garantia, através de uma rotina de comissionamento, que os sistemas operem dentro dos parâmetros ideais.

Algumas plataformas,como o Galileo da Eletrofrio, oferecem serviços de monitoramento baseados em inteligência artificial.O investimento naimplantação de sistemas de monitoramento se torna mais acessível em projetos instalados nos últimos 5 anos ou novos projetos. Nestes projetos os controladores de automação, sensores e medidores de energia já estão preparados para enviar os dados necessários para a plataforma de monitoramento, facilitando a integração.

Operação e manutenção

Os sistemas frigoríficos, como qualquer outro equipamento, estão sujeitos a desgaste ou falhas decorrentes do próprio uso ao longo do tempo.A implantação de boas práticas de operação e manutenção levam a redução do consumo de energia, e consequente incremento na eficiência energética da instalação, com um baixo custo de implantação.

Neste setor, a operação durante o manuseio e movimentação dos produtos perecíveis é muito dinâmica e requer uma atenção maior. Uma grande parte deste serviço não é feito por funcionários, mas repositores que trabalham para os fornecedores.

Manutenção regular de portas frigoríficas

As portas frigoríficas desempenham uma função importante na manutenção da eficiência do sistema de refrigeração. Quando danificadas, geram um aumento significativo da carga térmica através da entrada de ar quente e úmido do ambiente externo.

O ar úmido que entra através destas aberturas aumenta a formação de gelo nos evaporadores eimpactam no aumento do tempo de funcionamento das resistências de degelo (figura 10).

Para garantir a operação eficiente e econômica do sistema, é crucial manter as portas em boas condições de funcionamento, realizando reparos e substituições conforme necessário. Investir na manutenção adequada das portas frigoríficas não só melhora a eficiência energética do sistema, mas também protege a qualidade dos produtos armazenados e reduz os custos operacionais a longo prazo.A estrutura de manutenção deve estar atuando com uma rotina de ações preventivas e corretivas para evitar ou corrigir com agilidade.

Limpeza regular de condensadores e evaporadores

A sujeira e os detritos acumulados nas serpentinas dos condensadores e dos evaporadores reduzem a transferência de calor, forçando o sistema a trabalhar mais para atender a demanda de refrigeração resultando em um maior consumo de energia.

Com base no dado de que cada grau de elevação da temperatura de condensação tem um aumento de 2,8% no consumo energético dos compressores, a limpeza regular desses componentes é essencial e a um custo mínimo em comparação com os benefícios obtidos.A implementação e acompanhamento de procedimentos de operação e manutenção devem ser considerados como investimentos para melhoria da eficiência energética.

Conclusão

As oportunidades de investimento em eficiência energética abrangem tanto equipamentos quanto serviços, e são viáveis tanto para novos projetos quanto para instalações já existentes. Embora alguns investimentos sejam mais adequados para novos projetos, devido ao seu caráter de longo prazo, o maior potencial reside nas lojas já instaladas. Isso se deve à grande quantidade de estabelecimentos existentes e às economias significativas que podem ser alcançadas.

Algumas soluções não exigem um grande investimento inicial, mas oferecem um retorno financeiro menor. O objetivo deste artigo é compartilhar experiências e apresentar soluções e oportunidades que vão desde critérios de projeto até procedimentos de manutenção, demonstrando que existem diversas oportunidades com diferentes níveis de investimento e ganhos em eficiência energética.

Há também outras soluções que não foram mencionadas neste artigo, mas que podem proporcionar benefícios importantes dependendo das características específicas de cada projeto. Cada instalação tem suas próprias particularidades e exige soluções personalizadas para alcançar a máxima eficiência energética.