A Comgás (Companhia de Gás de São Paulo), em conjunto com a Arsesp (Agência Reguladora de Saneamento e Energia do Estado de São Paulo) aprovou e financiou um projeto de Conservação & Racionalização no ciclo 2016/2017 que, em dezembro de 2018, teve comprovados os benefícios que oferece.
Sob o título “P218 – Refrigeração subzero a gás natural para supermercados, hipermercados e centros de distribuição”, este projeto habilita mais uma confiável e economicamente viável opção tecnológica aos circuitos resfriados dos supermercados, destinados à manutenção da cadeia do frio dos produtos expostos na faixa de temperatura entre 2ºCe 10ºC.
Os trabalhos foram conduzidos pelos engenheiros de alimentos e especialistas em refrigeração, Prof. Dr. Vivaldo Silveira Jr., docente titular da FEA/UNICAMP há mais de 30 anos, juntamente com o Eng. Eduardo Dória, que foi aluno de Silveira Jr. na graduação, e orientando do lendário Prof. Lincoln de Camargo Neves Filho na década de 1.980.
A inovação do projeto está em aplicar um sistema de absorção para a geração de frio para um grande mercado ainda não atendido pelas empresas de distribuição de GN no Brasil.
A definição acadêmica de supermercados, por MORABITO et al. (2009, p.01), são empresas varejistas que representam o último elo da cadeia do frio entre um produto e seus consumidores finais, pois, vendem proeminentemente alimentos perecíveis dispostos em formato para autoatendimento (self service).
A cadeia do frio (cold chain) brasileira tem melhorado substancialmente e crescido em média 11,8% de 1972 a 2018 em volume absoluto e 10,1% ao ano em volume per capita. Se confrontarmos esses índices com o crescimento médio populacional do Brasil no mesmo período, teremos uma taxa de aumento populacional de 1,59% ao ano. Isso significa que enquanto nossa população dobrou de tamanho em 46 anos, nossa cadeia do frio cresceu 170 vezes!
Hoje, ao comermos uma coxa de frango de 100g (140 kcal), o que representa 8% das necessidades calóricas médias diárias, deixamos uma “pegada energética” de 1600kcal, representando 23 vezes o que se gastava de energia para preparar a mesma coxa de frango na fase pré-revolução industrial. Boa parte desse gasto (ou desperdício hoje necessário) é utilizado para manter a cadeia do frio.
Evoluímos, mas aceleramos o aumento da entropia do preparo das nossas comidas. Em 2018 o Brasil tinha 19,0557 milhões de m3 de estocagem, o que representava 3,1% do total existente no mundo, 616 milhões de m3 de cubagem frigorífica. Esta é uma maneira confiável de medir a evolução da cadeia do frio de um país, monitora-se o incremento de uma das suas etapas, aqui a de armazenamento sob temperatura controlada. Nossos dados foram extraídos do último relatório bianual da GCCA (Global Cold Storage Capacity) para elaborar as análises deste relato, onde constam os volumes de estocagem frigorificada de diversos países.
Entre 2008 e 2018, por exemplo (10 anos), enquanto nossa população cresceu em média 0,98% ao ano (de 190 para 209 milhões de habitantes), nosso PIB (em US$) cresceu apenas de US$1,696 para US$1,809 trilhões (R$6,8 trilhões ao câmbio de US$1,00=R$3,76), resultando numa média de 0,64% ao ano. Já o PIB/US do mundo cresceu em média 2,94% ao ano, enquanto, nesses mesmos 10 anos, nosso volume absoluto de estocagem a frio cresceu 15,5% anualmente e o volume de estocagem do mundo cresceu 9,5%. Estes são os crescimentos substanciais e consistentes da nossa cadeia do frio.
O crescimento da cadeia do frio de uma sociedade é um processo irreversível, nossa flora orgânica “acostuma-se” (adapta-se) a consumir produtos com uma carga microbiana controlada, fruto dos processos padronizados, presentes tanto nas linhas industriais de produtos minimamente processados, como FLV (frutas, legumes e verduras) embaladas e prontas para o consumo, como nos processamentos mais complexos: requeijão, salsicha, sorvete, lasanhas, carnes temperadas congeladas etc.
Sem fazer nenhum juízo de valor, a Nigéria tem uma cadeia do frio per capita 18.000 (dezoito mil) vezes menor que a do Brasil. Se passarmos uma semana lá, vivendo e comendo como um Nigeriano, teremos problemas gastrointestinais.
Já um Holandês, que tem uma cadeia do frio per capita 10 vezes maior que a brasileira, se comer como um nativo da Nigéria, poderá ser fatal. Seu organismo, seu sistema imunológico não está mais preparado para essa dieta in natura.
Atualmente (2018) o Brasil tem 11,0 habitantes/m3 de estocagem frigorífica (quanto menor este indicador, melhor). O mundo tem 12,4, a Itália 15,3, a Argentina 24,8, mas temos também países com índices melhores que os nossos, Chile tem 8,8, México 8,4, Japão 3,4, EUA 2,5, Dinamarca 1,8 e Holanda, detentora do melhor índice mundial, com 1,2 hab/m3.
Projeções conservadoras estimam que o Brasil manterá um crescimento médio da sua cadeia do frio entre 5% e 6% ao ano, nos próximos 30 anos, enquanto o a capacidade de estocagem mundial crescerá 1,7% ao ano. Isso significa que quintuplicaremos nossa atual capacidade de estocagem frigorifica, atingindo 100,0 milhões de m3 de estocagem a frio, o que representará 9,0% de market share frente aos 1,1 bilhões de m3 de cubagem frigorífica, que existirá no mundo por volta de 2050.
A atual competitividade econômica holística do gás natural comparada à hidroeletricidade, juntamente com as ótimas e recentíssimas perspectivas de aumento robusto da oferta, conforme a publicação da Renovamídia de 16/06/19 – 09:40h, afirma: “a Petrobras espera extrair 20 milhões de m3 por dia de gás natural de seis campos situados no estado de Sergipe, o equivalente a um terço da produção total brasileira”. Esta descoberta pode ajudar a tirar do papel o esperado “choque de energia barata” prometido pelo ministro da Economia, Paulo Guedes – plano para baratear em até 50% o custo do gás natural e reindustrializar o Brasil.
Esses 20 milhões de m3 diários de produção adicional de GN representam 5,6 vezes o consumo teórico de GN, caso o setor supermercadista brasileiro substituísse 100% da sua atual capacidade total frigorífica elétrica por sistemas de refrigeração por absorção (consumiriam 3,6 milhões de m3 ao dia de GN).
Portanto, os chillers de absorção para os circuitos de refrigeração dos supermercados, movidos a gás natural, serão uma opção tecnológica obrigatória. Hoje esta tecnologia já proporciona retornos bem atrativos do investimento, inferiores a 2 anos. Em muito breve, essa tendência tecnológica será irresistivelmente obrigatória aos supermercados.
Até 2050 o consumo de energia elétrica destinada à refrigeração nos supermercados brasileiros irá triplicar. Essa demanda futura do setor supermercadista representaria um consumo diário de 6,3 milhões de m3 de GN. Portanto, teremos o suprimento de GN a um custo por kWh útil muito convidativo, consideradas as recentes descobertas dos campos sergipanos e tendências de queda das tarifas do GN . Tudo isso, combinado a uma tecnologia mais sustentável, sem vazamento de gás refrigerante e com redução do desperdício/descarte de produtos e com menor demanda de manutenção, devido às pouquíssimas peças girantes em seu projeto construtivo, fica fácil e óbvio prever que estamos presenciando o renascimento desta tecnologia de absorção, esquecida e desprezada pela abundância dos combustíveis fósseis, que agora é capaz de entregar valores agregados múltiplos, onde ganham o empresário, o consumidor, a sociedade e o Planeta.
Os cenários favorecem a viabilidade do uso de sistemas de refrigeração por absorção a gás natural pelo setor supermercadista, um consumidor de frio considerável, que já tem aplicado em suas lojas a tecnologia de absorção, presente em sistemas de ar-condicionado centrais dos estabelecimentos. Os sistemas de absorção a GN, apesar de terem custo inicial mais elevado, comparado à tecnologia movida à eletricidade, têm custos operacionais bem inferiores, os custos de manutenção chegam a representar um décimo quando comparados aos tradicionais sistemas de refrigeração por compressão mecânica de gases.
Vazamentos de fluídos refrigerantes inexistem nos chillers de absorção, pois os compactos módulos de 5 TR, projetados sob o conceito plug & play são lacrados e já vêm testados de fábrica, forte benefício sustentável. Os módulos podem e devem ser instalados fora do prédio, pois funcionam sob o conceito da produção de fluído secundário, semelhantes aos chillers de água gelada.
A instalação dos módulos ao ar livre favorece a eficiência energética, quando operam com condensação a ar e, no caso da versão “dual”, onde recupera-se também a energia térmica do condensador usando um trocador de calor a água, recomenda-se que a unidade esteja próxima ao tanque de água gelada termoacumulada.
Finalmente, toda essa estabilidade operacional evitará as manutenções corretivas emergenciais, o que trará ao empresário supermercadista outros dois benefícios: reduzirão a queda da qualidade pela variação da temperatura dos produtos vendidos e as perdas dos produtos sob controle de temperatura dentro das lojas, que estragaram muito menos e consequentemente deverão ser descartados em menor quantidade e frequência. Mesmo que o custo do descarte desses produtos estragados seja arcado pelos fornecedores, que recebem tais produtos como devolução, é a sociedade que, ao final, pagará essa conta.
Validação da tecnologia
Através deste trabalho, foi possível validar a aplicação da tecnologia denominada refrigeração por absorção, através do uso de um chiller de absorção modular (capacidade nominal de 5TR).
Produziu-se um fluido refrigerante secundário (solução eutética aquosa a 50% de etanol) até a temperatura operacional limite de -10ºC. Esta solução com temperatura negativa, armazenada em um tanque pulmão termoacumulativo, era bombeada para um fan coil, mantendo a temperatura interna da câmara frigorífica a -5ºC. O fluido secundário, agora com sua temperatura mais alta, após trocar calor dentro da câmara fria, retorna ao chiller, completando o ciclo.
A câmara nesta simulação fez as vezes dos equipamentos (expositores) que cuidam dos produtos resfriados, de 0ºC a 5ºC nos supermercados. Este chiller, por utilizar gás (neste caso o gás natural) como combustível térmico, “deseletrifica” o estabelecimento, pois este equipamento consome de 85% a 90% menos energia elétrica que um sistema por compressão mecânica de gases.
Por se tratar de módulos de 5 TR, tal alternativa pode ser integrada paulatinamente ao atual circuito de frio existente, de maneira complementar, sinérgica e gradual.
Todos esses fatores combinados produziram um sólido benefício econômico, que resultou em investimentos mais rentáveis, com atraentes pay backs (inferiores a 2 anos) do investimento adicional, que demandaria a implantação dos módulos de absorção, frente às tecnologias atuais convencionais.
O custo da energia elétrica para o setor supermercadista já é o segundo em importância, perdendo apenas para o custo da mão-de-obra, atingindo 1,7% das vendas brutas (nos EUA atinge 9,6%), afirmou Pedro Celso Gonçalves, Presidente da APAS (Associação Paulista dos Supermercados) no Diário do Comércio de 22 de abril de 2017. Este índice aplicado à soma dos faturamentos dos supermercados brasileiros em 2017, que totalizou R$353,2 bilhões (5,3% do nosso PIB – nos EUA atinge 3,2% do PIB local), é possível apurar que o gasto total em 2017 com energia elétrica pelo nosso setor supermercadista foi de R$6,0044 bilhões (nos EUA são gastos R$230,0 bilhões com eletricidade nos supermercados – convertidos à US$1,00 = R$3,80 – isso equivale a 73% do consumo total de energia elétrica do Brasil).
Nos últimos 9 anos a receita bruta dos supermercados cresceu em média 8,74% ao ano, enquanto nossa população teve uma taxa anual de crescimento de 0,99% no mesmo período, de 2008 a 2017, perfazendo um total de 26.701 lojas e totalizando 21,7 milhões m2 (segundo dados da ABRAS em 31/12/17).
Neste mesmo período (de 2008 a 2017) o PIB do Brasil teve um incremento médio anual de 1,82% e a renda per capita dos brasileiros aumentou apenas 0,80% ao ano (o que representa um crescimento de 7,4% no período), ambos medidos em US dólar.
Ou seja, o segmento de supermercados tem crescido sistematicamente acima de qualquer outro índice e vistos os indicadores norte-americanos, dá para se ter uma ideia do tamanho da oportunidade que ainda temos à frente. A receita bruta do setor supermercadista, em US dólar, dividida pela população brasileira de 2017, foi de US$458,00 per capita ano, nos EUA este indicador atinge US$1.912,00 per capita ano.
O setor supermercadista paulista tem um consumo anual de energia elétrica de 408,1 kWh/m2 de área construída, se computarmos apenas o consumo elétrico demandado pelos equipamentos ligados à refrigeração dos supermercados, chegamos à 40% desse consumo total: 149 kWh/m2 (nos EUA este índice é de 335 kWh/m2 e representa 59,3% do consumo total de energia elétrica das lojas).
Finalmente, nossos supermercados consomem anualmente o equivalente em energia elétrica de 4,76 milhões de lares padrão (o consumo de 15 milhões de brasileiros), ou seja, 1,9% do total de energia elétrica que o Brasil consome ao ano são os nossos supermercados que consomem (nos EUA esse valor representa 5,28% do consumo total de eletricidade do país).
Uma medida de valor agregado seria a divisão da representatividade da receita bruta do setor frente ao PIB do país (5,3%), dividida por este indicador imediatamente acima (1,9%) – VA_Brasil = 2,789 (5,3% / 1,9%) e VA_EUA= 0,606 (3,2% / 5,28%). Isso significa que o canal de vendas do nosso setor supermercadista tem uma importância imensa no Brasil, é 4,6 vezes mais significativo no Brasil que o mesmo canal nos EUA, característica de países com baixo índice de industrialização.
(Fontes: Página 58 da Avaliação de índices de consumo de energia para supermercados; Branco, Natashe Nicoli – São Paulo, 2010; Escola Politécnica da Universidade de SP – Departamento de Engenharia Mecânica)
Desta forma, é possível calcular o consumo anual total de energia elétrica do setor supermercadista nacional durante 2017: 21.700.000 m2 x 408,1 kW-h = 8.855.770.000 kWh, onde, matematicamente, chegamos à tarifa média do setor de: R$6.004.400.000,00 / 8.855.770.000 kW-h = R$0,678021 / kWh.
Normalmente, o consumo elétrico médio de uma loja de supermercado segue a seguinte distribuição:
40% – ar-condicionado + iluminação
40% – sistema de refrigeração
20% – demais (caixas, escritório etc.)
Assim os 40% referentes ao consumo de energia elétrica ocasionado pelos equipamentos de refrigeração representam um consumo anual de 3.542,3 GWh. Atribuindo-se aqui um COP médio = 2,04 (coeficiente de performance), temos uma potência instalada para os sistemas de refrigeração supermercadista do país de 825 MW ou 234.566 TR, equivalentes a 56.605 módulos de absorção de 5 TR, aqui operando em capacidade útil operacional.
A tarifa acima obtida (R$0,678021/kWh), representa o custo real final pago efetivamente pelo supermercado à empresa distribuidora de energia elétrica.
Para tanto, neste valor real estão inclusas apenas duas condições onerosas, assim trataremos os dados dentro de um cenário – conservador para pessimista:
8,73% – aumento devido à bandeira vermelha
0,00% – aumento do consumo na vigência da bandeira vermelha (índice onerante desprezado)
8,90% – aumento provocado pelo horário de ponta
0,00% – aumento do consumo durante o horário de ponta (índice onerante desprezado)
Tais condições revertem a tarifa real para o valor da tarifa oficial de tabela de: R$0,5726/kWh, o que é coerente com os valores atuais estabelecidos (R$0,678021/1,0873/1,089), porém, é uma análise conservadora/pessimista, pois, foram desprezados dois índices onerantes importantes, o que aqui desfavorece a viabilidade da tecnologia de absorção, pois confrontamos nossos consumos com uma tarifa real relativamente alta. Melhor apresentarmos um dos piores cenário para a absorção neste momento de introdução, do que pecarmos por excesso de otimismo. Desta forma, o valor de R$0,678021/kWh é o que será utilizado na continuidade das análises, pois, efetivamente, representa o custo real total final da energia elétrica para o setor supermercadista.
Outra variável importante para elucidarmos uma comparação fidedigna é o COP médio da compressão mecânica. Aqui atribuímos a esta variável o valor de: 2,04 (considerando uma temperatura de evaporação de -15ºC), porém, levamos em conta um desgaste anual do compressor de 2,5% por um período de 5 anos, o que produziu um coeficiente de performance médio real de: COP real = 1,92, valor este que será utilizado neste comparativo a partir deste ponto.
Já para o sistema de absorção modular, apuramos um COP sub-zero = 0,51, onde a temperatura de evaporação do módulo atingiu -15ºC, produzindo um fluido secundário a -10ºC (dez graus Celsius negativos). Essa condição operacional consumiu um volume de GN de 469,5 m3/mês/TR útil (0,6431 m3/h/TR útil), o que resulta em um consumo de: 2,619 m3/h por módulo de 5 TR(por equipamento).
Tabela 1: Tarifas do Gás Natural Canalizado – Área de Concessão da Comgás
Tabela de Margens Máximas – Deliberação ARSESP nº 716, de 30/03/2017, com vigência a partir de 01/04/2017. Segmento Refrigeração
Nota:
Valores para Gás Natural referidos nas seguintes condições:
Poder Calorífico Superior: 9.400 Kcal/m³; (39.348,400 kJ/m³ ou 10,932 kWh/m³)
Temperatura = 293,15ºK (20º C)
Pressão = 101.325 Pa (1 atm)
Para fins de equalização de valores no tempo, como apuramos a tarifa média da energia elétrica de R$ 0,678021 / kWh, utilizando dados de 2017, iremos utilizar os valores do GN, conforme a tabela 1 (“classe 2” = R$1,166515/m3), que entrou em vigor em 01/04/2017, e que já encontra-se superada atualmente, porém, fará jus a uma análise temporal coerente.
Isso equivale ao gás natural ter uma tarifa relativa = R$0,418306 / kWh útil (2,619 m3/h x R$1,166515/4,072/3,51685/0,51).
Esta diferença entre tarifas, eletricidade (R$,678021) e GN (R$ 0,418306) por kWh útil, justamente, irá produzir o ganho do desligamento do compressor do sistema tradicional, que teria sido substituído pelo sistema de refrigeração por absorção, aqui proposto.
Sistemas que utilizam compressores sofrem desgastes naturais, inerentes ao seu funcionamento, devido às suas peças móveis fazerem parte crucial do seu projeto construtivo, que, por sua vez, geram custos anuais médios de manutenção estimados em 7% sobre o valor do investimento feito em um sistema de compressão mecânica. Aliás, a baixíssima frequência de manutenções é um dos grandes benefícios dos sistemas de refrigeração por absorção, algo como 10% apenas das inevitáveis manutenções que ocorrerão nos compressores. O fabricante do sistema de absorção declara que as manutenções são tão simples quanto as feitas em um aquecedor de água a gás (boiler).
Existem também as manutenções nos sistemas de compressão mecânica geradas pelos vazamentos de fluidos refrigerantes, algo muito comum no Brasil. Aqui, consideramos que o sistema de absorção sub-zero irá evitar um vazamento médio anual de fluido refrigerante de 21,32 kg / TR de capacidade frigorífica substituída.
Os vazamentos não avisam e poucas instalações, ou quase nenhuma, possuem alarmes automatizados para tal. Além de ser ambientalmente péssimo para o Planeta, os vazamentos geram perdas de produtos, que dependem de temperatura controlada e já estão nas gôndolas dos supermercados.
Se usarmos o mesmo índice, abaixo na tabela e referente a 2016, de 2,10% sobre o faturamento bruto de 2017, teremos R$7,42 bilhões em perdas gerais nos supermercados brasileiros, base 2017.
Desse total perdido, um quarto pode ser atribuído às perdas dos produtos dependentes de frio, algo como 1,45% das receitas brutas (70% das perdas totais). Porém, aqui neste comparativo atribuímos uma perda de produtos devida a vazamentos de fluido refrigerante na faixa de apenas 0,1% (7% do total das prováveis perdas “frio-dependentes”) sobre as vendas brutas. Portanto, das perdas totais de produtos nos supermercados, estamos atribuindo como perdas “frio-dependentes” apenas 6,9% dessas perdas gerais, algo extremamente conservador.
O Ministério do Meio Ambiente informa que os vazamentos anuais de gases refrigerantes nos supermercados brasileiros chegam a 102% da carga instalada. Nos EUA, segundo a EPA (Agência de Proteção Ambiental), os supermercados norte-americanos de porte médio deixam vazar em torno de 25% de seu suprimento de refrigerante operacional por ano (www.k11.com.br/2017/10/15/prejuizos-vazamentos-de-gases-refrigerantes/).
A economia de energia elétrica dos sistemas de absorção é seu ponto de destaque, frente aos tradicionais sistemas de compressão mecânica, pois, ao desligarmos os compressores, a queda do consumo de eletricidade atinge até 88%. Mesmo com sistemas de absorção com condensação a ar, há ainda um ganho energético gerado pelo ventilador da unidade condensadora, por consumir menos potência por capacidade frigorífica efetiva (0,3254 kWh/TR).
Aqui usamos as especificações para o GN expressas pela Comgás, como a seguir.
Valores para Gás Natural referidos nas seguintes condições:
Poder Calorífico Superior: 9.400 Kcal/m³; (39.348,400 kJ/m³ ou 10,932 kWh/m³)
Temperatura = 293,15ºK (20ºC)
Pressão = 101.325 Pa (1 atm)
Para que possamos apresentar um comparativo conservador-pessimista, não incluímos qualquer ganho oriundo de créditos de carbono nem ganhos devidos aos aumentos de tarifas de energia elétrica superiores aos reajustes das tarifas do gás natural, apesar das tarifas de energia elétrica terem subido sistematicamente na última década, além dos reajustes aplicados às tarifas do GN. E esta tendência, como já abordamos anteriormente, será cada vez mais favorável ao GN, alavancando sua utilização de forma crescente, consistentemente.
Aqui, iremos considerar valores relativos expressos em $/TR de frio, pois as variações de preços dos sistemas são bastante voláteis e sazonais:
$100/TR (investimento bruto – sistemas tradicionais de compressão mecânica de gases)
$338/ TR (investimento bruto – sistemas de refrigeração por absorção, Robur)
Desta forma, temos o valor investido a mais a ser retornado (em moeda fictícia), através dos ganhos por usar o sistema de absorção sub-zero:
$238 / TR (investimento adicional ao adotar o sistema sub-zero Rodur)
A seguir, listamos os ganhos devidos ao uso da tecnologia aqui proposta:
$33 / TR (desligamento do compressor)
$ 6 / TR (desgaste mecânico do compressor e redução do COP)
$ 7 / TR (economia elétrica do ventilador da unidade condensadora do sistema de absorção)
$ 9 / TR (economia do horário de ponta e bandeira vermelha)
$ 6 / TR (manutenção dos compressores evitadas)
$28 / TR (redução dos vazamentos – custo do fluido refrigerante e mão de obra)
$134 / TR (perdas de produtos por vazamentos evitadas: 0,1% das receitas brutas)
$224 /TR (sub-total)
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ROI = 1,1 anos ($238/$224) – usando dados atuais (2018/2019) o ROI seria de 1,6 anos.
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Tais ganhos são bem conservadores e já entregam um retorno sobre o investimento adicional de 1,1 anos.
Nossa experiência nos leva a estimar perdas de produtos por vazamentos evitadas na ordem de 0,5% das receitas brutas, 5 vezes o que aqui estamos atribuindo. E isso ainda representaria 1/4 das perdas totais auferidas pelos supermercados, algo perfeitamente factível atualmente.
Neste caso, com as perdas representando 0,5% das receitas brutas dos supermercados, o ROI seria de: 0,3 anos (110 dias)!
