Hidrocarbonetos – estado atual e tendências
Fluido Refrigerante
Autor: Roberto de Aguiar Peixoto
Desde o estabelecimento do Protocolo de Montreal, a indústria de refrigeração tem procurado substitutos para os refrigerantes CFCs e HCFCs. A adoção de hidrocarbonetos (HCs), como refrigerantes em algumas aplicações de refrigeração e ar condicionado notadamente o isobutano (HC-600a) na refrigeração doméstica , foi resultado, em grande parte, de pressões exercidas por organizações ambientalistas e por trabalhos de pesquisa e avaliação de alternativas conduzidos pelas empresas, universidades e institutos de pesquisa. Isto se deve ao fato de que HCs atendem o requisito de potencial de destruição de ozônio zero e também têm potencial de aquecimento global (GWP) muito baixo e são substâncias encontradas abundantemente na natureza o que coopera para sua compatibilidade com o meio ambiente global.
Os hidrocarbonetos são tecnicamente viáveis para serem utilizados em todos tipos de sistemas e podem ser utilizados em uma ampla faixa de temperatura de evaporação até o limite inferior de -170°C, no entanto aplicações práticas são restringidas por códigos de segurança e regulamentos nacionais. Os hidrocarbonetos são inflamáveis e medidas adequadas de segurança devem ser usadas durante sua manipulação, fabricação, manutenção e assistência técnica e quando da disposição final do equipamento. Diversos países têm legislação e normas técnicas sobre as limitações de uso e dos aspectos de segurança necessários.
Neste artigo são apresentados o estado atual e as principais questões relativas à utilização dos refrigerantes hidrocarbonetos no cenário internacional e nacional, considerando as varias aplicações de refrigeração e ar condicionado.
Introdução
Em meados do século XIX foi desenvolvida a tecnologia de refrigeração utilizando o ciclo termodinâmico de compressão de vapor constando de quatro componentes básicos (compressor, condensador, evaporador e dispositivo de expansão) e de um fluido de trabalho, chamado de fluido refrigerante, ou simplesmente refrigerante. De uma forma geral, a indústria de refrigeração e ar condicionado evoluiu significativamente durante o século XX e se faz presente hoje em diversos setores da sociedade. As aplicações de refrigeração, condicionamento de ar e de bomba de calor representam o setor que é o maior consumidor de substancias químicas halogenadas usadas como refrigerantes; é também hoje em dia um dos setores usuário de energia mais importante da sociedade. Estima-se que em média, para os países desenvolvidos, o setor de refrigeração e ar condicionado responda por 10-20% do consumo de eletricidade. O impacto econômico das aplicações de refrigeração é muito mais significativo do que se imagina. Estimativas indicam 300 milhões de toneladas de mercadoria continuamente refrigeradas, com um enorme consumo anual de eletricidade, e cerca de US$ 100 bilhões de investimentos em maquinaria e equipamentos, sendo que o valor estimado dos produtos tratados por refrigeração é da ordem de quatro vezes esta quantia. Isto é uma das razões porque os impactos econômicos da eliminação de substancias químicas refrigerantes (tal como CFCs e HCFCs no futuro previsível) foram e ainda são difíceis de calcular. O processo de seleção do refrigerante para um ciclo de compressão de vapor é complexo, envolvendo a investigação de um grande numero de parâmetros, incluindo:
- propriedades termodinâmicas e de transporte;
- faixas de temperatura;
- relações de pressão e temperatura;
- requisitos para o processo de compressão;
- compatibilidade com materiais e óleo;
- aspectos de saúde, segurança e flamabilidade;
- parâmetros ambientais como ODP, GWP.
Desde o estabelecimento do Protocolo de Montreal, a indústria de refrigeração tem procurado substitutos para os refrigerantes CFCs e HCFCs. A adoção de hidrocarbonetos (HCs), como refrigerantes em algumas aplicações de refrigeração e ar condicionado notadamente o isobutano (HC-600a) na refrigeração doméstica, foi resultado, em grande parte, de pressões exercidas por organizações ambientalistas e por trabalhos de pesquisa e avaliação de alternativas conduzidos pelas universidades. Isto se deve ao fato de que HCs atendem o requisito de potencial de destruição de ozônio zero e também têm potencial de aquecimento global (GWP) muito baixo e são substâncias encontradas abundantemente na natureza o que coopera para sua compatibilidade com o meio ambiente global. Os hidrocarbonetos são tecnicamente viáveis para serem utilizados em todos tipos de sistemas e podem ser utilizados em uma ampla faixa de temperatura de evaporação até o limite inferior de -170°C, no entanto aplicações práticas são restringidas por códigos de segurança e regulamentos nacionais. Os hidrocarbonetos são inflamáveis e medidas adequadas de segurança devem ser usadas durante sua manipulação, fabricação, manutenção e assistência técnica e quando da disposição final do equipamento. Diversos países têm legislação e normas técnicas sobre as limitações de uso e dos aspectos de segurança necessários. A Tabela 1 apresenta requisitos referentes à carga máxima permissível estabelecida em normas internacionais e da União Européia. Graças as suas excelentes características termodinâmicas, os hidrocarbonetos se constituem em fluidos refrigerantes que contribuem para que sistemas de refrigeração tenham uma operação energeticamente eficiente. São mais pesados que ar e tem efeito anestésico e asfixiante em altas concentrações. Um aspecto importante a destacar e que os hidrocarbonetos estão disponíveis a baixo custo no mundo inteiro. A utilização de refrigerantes hidrocarbonetos exige que engenheiros e técnicos envolvidos no desenvolvimento, fabricação, projeto, instalação, operação e assistência técnica, tenham orientação e treinamentos específicos com relação aos procedimentos adicionais e precauções associadas ao uso de refrigerantes inflamáveis. Diversas publicações reportam que sistemas com refrigerantes HCs apresentam eficiência mais alta quando comparados com sistemas equivalentes utilizando HFCs. Outras reivindicam que essa eficiência mais alta pode ser alcançada também pelos sistemas com HFCs, se os custos extras usados para atender os requisitos de segurança necessários aos sistemas com HCs forem usados para melhorar a eficiência de sistemas com HFCs.
Empresas como a Unilever e Coca-Cola se comprometeram a não utilizar mais HFCs nos seus equipamentos de refrigeração e de aumentar a sua eficiência energética e o uso de refrigerantes HCs é uma das alternativas em implantação.
HFCs , Protocolo de Kyoto e refrigerantes naturais
Os refrigerantes hidrofluorcarbonos (HFCs ) foram desenvolvidos nos anos 80 e 90 como refrigerantes alternativos aos CFCs e HCFCs. HFCs não contém cloro e desta forma não destroem a camada de ozônio, mas contribuem para o processo de aquecimento global. HFCs são gases de efeito estufa e fazem parte da "cesta de seis gases" cujas emissões devem ser reduzidas de acordo com o Protocolo de Kyoto . Estes gases são: dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido nítrico (N2O), hidrofluorcarbonos (HFCs ), perfluorcarbonos (PFCs) e hexafluoreto de enxofre (SF6).
Pelo Protocolo de Kyoto as emissões individuais dos gases de efeito estufa serão integradas como emissões equivalentes de CO2 utilizando seus potenciais de aquecimento global (GWPs). Muitos países desenvolvidos devem reduzir suas emissões equivalentes em CO2 em 5,2 % abaixo dos níveis de 1990 para CO2, CH4, N2O, e níveis de 1995 para HFCs, PFCs, SF6 durante o período de 2008-2012. Os hidrocarbonetos junto com a amônia, CO2 e água, fazem parte de um grupo chamado de "refrigerantes naturais". Todos "refrigerantes naturais" existem em ciclos materiais da natureza mesmo sem a interferência humana. Evolução e inovações tecnológicas têm ajudado na consideração dos "refrigerantes naturais" como uma solução segura e econômica para aplicações em numerosas áreas. Por causa dos menores impactos ambientais e por serem mais adequados dentro da perspectiva de desenvolvimento tecnológico sustentável, sistemas de refrigeração com refrigerantes naturais podem vir a ter um papel importante no futuro como soluções técnicas em diversas aplicações. O uso de "refrigerantes naturais" também é defendido do ponto de vista econômico. Os refrigerantes são muito baratos, o que tem um efeito positivo não só no custo associado a carga inicial de refrigerante de uma instalação, mas também, considerando os custos operacionais devido a necessidade de reposição em função dos vazamentos. Além disso, "refrigerantes naturais" são altamente eficientes, o que ajuda a diminuir o consumo de energia de uma instalação. Por outro lado, devido à questão de segurança, estima-se que os custos de investimento para instalações usando "refrigerantes naturais" é sempre 10 a 20 por cento mais alto que para instalações usando refrigerantes sintéticos, dependendo do tipo e tamanho do sistema. Estes aspectos podem ser compensados pelos menores custos operacionais relacionados ao menor custo de refrigerante para manutenção e ao reduzido consumo de energia.
Cenário internacional
O estado atual e as principais questões relativas à utilização dos refrigerantes hidrocarbonetos no cenário internacional considerando as várias aplicações de refrigeração e ar condicionado são apresentadas abaixo.
Refrigeração:
- Refrigeração Doméstica: No panorama global, HC-600a e HFC-134a continuam a ser as alternativas dominantes para refrigerantes substitutos do CFC-12 em novos equipamentos de refrigeração doméstica. Outros candidatos alternativos têm apelo regional, principalmente devido à disponibilidade de compressores adequados ou de refrigerantes específicos. Como exemplo de candidatos regionais, podem ser citados: misturas de HC-600a e de HFC-152a na Rússia, misturas de HC-600a e HC-290 na Índia. A aplicação de misturas HC-600a/HC-290 na Europa durante os 1990’s foi um passo interino em direção a uma transição final a HC-600a.
Questões relativas a reparos e manutenção no campo: O setor de serviços de equipamentos de refrigeração doméstica e comercial compactos, tem hoje, em muitos paises, uma nova realidade caracterizada pela necessidade de lidar com o uso de múltiplos refrigerantes. Existe atualmente, uma necessidade de maior limpeza do circuito refrigerante ditada pela redução das folgas nos compressores de alta eficiência e a exigência de pureza dos refrigerantes. Lidar com múltiplos refrigerantes complica esta tarefa. A sensibilidade à umidade dos óleos polyolester exige o controle cuidadoso de níveis de umidade quando do uso do refrigerante HFC-134a. A natureza inflamável dos hidrocarbonetos exige, quando do uso do refrigerante HC-600a ,o controle cuidadoso de potenciais fontes de ignição. A presença de múltiplos refrigerantes no setor de serviços aumenta a probabilidade de existência de erros nos procedimentos de carga de refrigerante nos sistemas, tanto referente à quantidade quanto ao tipo de refrigerante.
Uso de refrigerantes HCs em alguns países em desenvolvimento: O uso de fluidos refrigerantes hidrocarbonetos na Índia apresenta as seguintes características:
- Um fabricante de refrigeradores domésticos está utilizando como refrigerante a mistura de HCs (R-600a e R-290). Esta empresa é responsável por 20% da produção indiana que é atualmente de 3,5 milhões de refrigeradores.
Foram feitos alguns esforços para divulgar e promover o uso de refrigerantes HCs em produtos de refrigeração comercial (“stand-alone”) mas não foi obtido muito progresso devido ao fato que os principais usuários eram empresas que preferiram o HFC-134a. Devido aos princípios anunciados por Unilever e Coca-cola esta situação pode mudar.
Alguns esforços ainda estão sendo feitos para o retrofitting de refrigeradores domésticos e produtos de refrigeração comercial, espera-se que eles mostrem mais resultados após 2007 quando a disponibilidade de CFCs irá diminuir.
Estudos desenvolvidos pelo PNUMA (UNEP) na Indonésia, Costa Rica e Cuba são relatados em UNEP, 1999.
Em Cuba, a partir de 1994 foi desenvolvido um refrigerante a partir de GLP (gás liquefeito de petróleo) constituído por uma mistura ternária de hidrocarbonetos (propano, isobutano e n-butano), chamado de LB-12, que tem sido utilizado como um substituto "drop-in" para o refrigerante CFC-12 em refrigeradores domésticos, bebedouros e pequenos refrigeradores e congeladores comerciais. 1040 técnicos foram treinados para desempenhar estas atividades de conversão de equipamentos com CFC-12. A partir de 1997 iniciou a produção de refrigeradores domésticos com refrigerante isobutano e a partir de 2001 com o apoio da GTZ e da Agencia Ambiental do Canadá foi instalada uma planta de destilação para produzir propano e isobutano com alto grau de pureza. Até 2003, contabilizava-se a conversão de 400.000 refrigeradores domésticos para e 10.000 refrigeradores comerciais para o uso de LB-12; e a produção de 40.000 refrigeradores com refrigerante isobutano.
- Refrigeração Comercial: Refrigeração comercial é composta por três tipos de equipamentos: unidades compactas ("stand-alone"), unidades condensadoras e sistemas centralizados.
Alguns equipamentos autônomos ("stand-alone"), que tem tecnologia semelhante a dos refrigeradores domésticos, e que usam hidrocarbonetos como refrigerantes estão disponíveis em países europeus, com carga de refrigerante reduzida para obedecer às limitações estabelecidas pela norma de segurança européia EN 378[1].de 1999. Expositores, "vending machines" e equipamentos comerciais compactos de pequeno porte foram desenvolvidos por várias companhias em vários países usando HC-600a, HC-290 e misturas de HC como refrigerante. As limitações da carga de refrigerante HC são especificadas nas normas de segurança (e.g. EN 378, IEC 60335-2-89), onde as máximas quantidades por circuito depende da aplicação. Não obstante, cargas de HC tendem a ser aproximadamente 50% menores que as equivalentes de HFCs e HCFCs, devido à baixa densidade do refrigerante HC, o que reduz o impacto de tais limites. Desenvolvimentos recentes utilizando técnicas de minimização de carga tornam possível prever que as cargas de sistemas futuros serão ainda menores.
Na área de refrigeração para supermercados na Europa, sistemas indiretos estão recebendo cada vez mais atenção para limitar a carga de refrigerante (independente do tipo de refrigerante) ou para permitir o uso de refrigerantes amônia ou hidrocarbonetos. Sistemas com amônia e hidrocarbonetos como refrigerantes primários em sistemas indiretos (incluindo HC 1270, HC 290 e misturas HC290/170) estão implantados e operando em vários países europeus. Alguns resultados publicados mostram que sistemas indiretos com amônia e hidrocarbonetos apresentam custo inicial 10% a 35% maior e têm consumo de energia 5% a 20% maior que sistemas de expansão direta, devido aos requisitos adicionais do sistema (trocadores de calor e bombas para circulação com seus custos e penalidades de consumo de energia). O trabalho de aprimoramento
dos projetos de sistemas indiretos continua com as metas de reduzir o custo o consumo de energia nestes sistemas.
- Refrigeração industrial e armazenamento frigorificado: Refrigerantes HCs são usados em alguns equipamentos de refrigeração industrial incluindo o HC-290, HC-1270 e misturas HC-290/600a. Todo estes refrigerantes possuem condições de saturação (pressão e temperatura) muito semelhantes as do HCFC-22 e CFC-502. O desempenho do sistema, considerando a sua eficiência, é comparável e, em alguns casos, superior ao dos sistemas com fluidos halocarbonos. Além dos aspectos específicos de segurança, os procedimentos normais de refrigeração, que são utilizados para os sistemas com HCFCs e CFCs, podem ser usados sem prejuízo importante para a integridade do sistema. Em função das preocupações com a flamabilidade, considerações de projeto, como as que são detalhadas nas normas de segurança relevantes, devem ser adotadas. Medidas adicionais de segurança devem ser consideradas para reparo e manutenção. Várias normas européias permitem o uso de HCs em aplicações industriais e ditam requisitos específicos de segurança.
- Transporte refrigerado: O setor de transporte refrigerado inclui o transporte de produtos refrigerados em navios refrigerados, navios porta-containers, caminhões e trens refrigerados.
Caminhões refrigerados utilizando refrigerante HC-290 (propano) foram desenvolvidos na Austrália, Alemanha e em outros países europeus e já estão comercialmente disponíveis. Os sistemas exigem um detector de vazamento no reboque e treinamento especial do motorista para assegurar uma operação segura. Tecnicamente esta solução poderia ser adotada a nível mundial em sistemas de refrigeração instalados em certos tipos de caminhões e trens, particularmente em sistemas compactos. No entanto os sistemas em uso teriam que ser adaptados para atender certas regulamentações, que impõem requisitos especiais (por exemplo, para as garagens etc.). É provável que as mudanças para hidrocarbonetos seriam limitadas em princípio para caminhões refrigerados e ao nível nacional, ou seja para transporte dentro de um determinado pais sem cruzar as fronteiras.
O uso de refrigerantes hidrocarbonetos em aplicações de transporte refrigerado exigirá medidas adicionais de segurança, aumentando os custos do sistema, e no começo provavelmente também valores de seguro. No caso de containers refrigerados, pode também exigir mudanças nos navios transportadores.
Equipamentos de ar condicionado compactos
Em algumas categorias de produtos, equipamentos com baixa carga de refrigerante, os refrigerantes hidrocarbonetos também podem ser substitutos adequados para o HCFC-22. Para isto é necessário que normas internacionais de segurança sejam desenvolvidas para definir os requisitos específicos de projeto e de aplicação (instalação, manutenção, etc.). Informações detalhadas para o projeto de equipamentos com HCs são fornecidas em “Guidelines for the Safe Use of Hydrocarbon Refrigerants”, Air Conditioning and Refrigeration Industry Board”, um documento que apresenta diretrizes para o projeto de sistemas de refrigeração e ar condicionado usando refrigerantes hidrocarbonetos. Equipamentos compactos de ar condicionado de pequeno porte com baixa carga de refrigerante hidrocarboneto (HC-290) são fabricados em alguns paises da Europa.
Os fatores que são considerados como barreiras para a ampliação da aplicação de refrigerantes hidrocarbonetos em sistemas de ar condicionado são os problemas de segurança relativos a manipulação de níveis relativamente altos de carga de HC, estabelecimento de normas técnicas para procedimentos de instalação e a necessidade de capacitação e treinamento de técnicos para serviços de campo. O uso de hidrocarbonetos em equipamentos de ar condicionado resfriados a ar com carga de refrigerante maior que 1 kg tem sido o foco do desenvolvimento de significativas atividades de análise de risco e de normas de segurança. Diversas organizações conduziram avaliações de risco de condicionadores de ar usando refrigerantes hidrocarbonetos. A maioria destas avaliações conclui que o risco de fogo ou explosão é razoavelmente baixo e é proporcional à quantidade de refrigerante no sistema. No entanto, a questão mais significativa que deverá ser analisada pelos fabricantes quando considerarem a aplicação de refrigerantes hidrocarbonetos é a determinação de um nível aceitável de risco e a responsabilidade associada. A decisão final sobre o uso de se refrigerantes hidrocarboneto em equipamentos de ar condicionado, parece ser, basicamente, uma decisão baseada em aspectos financeiros.
Unidades resfriadoras de líquidos (chillers)
Embora refrigerantes hidrocarbonetos tenham uma longa história de aplicação em chillers industriais em plantas petroquímicas, antes de 1997/98 eles não eram usados em chillers para aplicações de condicionamento de ar devido a questões relativas à segurança dos sistemas. Atualmente, vários fabricantes europeus comercializam chillers com refrigerantes hidrocarbonetos para diversas capacidades e aplicações. Existem no mercado chillers resfriados (com condensação) a ar e a água para aplicações de temperaturas de evaporação médias e altas usando refrigerantes HC-1270 (propileno), HC-290 (propano), e uma mistura HC-290/HC-170 (propano/etano). Chillers/bombas de calor reversíveis usando HC-290 como refrigerante estão disponíveis em capacidades de até 173 kW com uma carga máxima de propano de 15 kg. Os mercados mais importantes são edifícios de escritório, resfriamento de processos industriais e supermercados, onde são utilizados em sistemas secundários de refrigeração. Nestes casos, o chiller é, em geral, instalado numa sala de máquinas com um ventilador a prova de explosão (sem faíscas) para ventilação constante ao exterior da sala. Uma configuração alternativa é a instalação externa do chiller, ao ar livre. O custo de chillers com refrigerantes HCs pode ser mais alto que com refrigerante HCFCs ou com HFCs, parcialmente devido ao fato que chillers com hidrocarbonetos ainda são um equipamento para um nicho de mercado. Os refrigerantes hidrocarbonetos são usados em chillers centrífugos em plantas petroquímicas, onde materiais muito perigosos são usados rotineiramente e o pessoal é altamente qualificado em medidas de segurança e respostas a situações de emergência
Bombas de calor
Em diversos paises europeus, os hidrocarbonetos estão se mostrando como uma opção viável para substituição de CFCs e HCFCs em bombas de calor residenciais de baixa carga de refrigerante. Os hidrocarbonetos mais importantes para aplicações em bombas de calor de temperaturas médias são propano (HC-290), propileno (HC-1270), e misturas de etano/propano (HC-170/HC-290). Vários fabricantes norte-europeus usam HC-290 ou HC-1270 como refrigerantes em pequenas bombas de calor residenciais e comerciais, água –água e ar- água.
No Brasil, devido às características climáticas, o uso de bombas de calor para aquecimento residencial praticamente não existe, a não ser em pequena escala nos estados do sul e empregando equipamentos reversíveis de condicionamento de ar (refrigeração no verão e aquecimento no inverno). No entanto, bombas de calor para aquecimento de piscinas têm apresentado uma utilização crescente e estes equipamentos, devido às condições de instalação (em geral ao ar livre) e da baixa carga de refrigerante, podem vir a utilizar refrigerantes hidrocarbonetos (principalmente propano).
Sistemas de ar condicionado automotivo (MAC)
Sistemas de ar condicionado de veículos (freqüentemente referidos como sistemas de ar condicionado móveis – "mobile air conditioning, MACs") incluem sistemas de condicionamento de ar instalados em automóveis, caminhões, e ônibus. Os veículos construídos antes de 1995 usavam CFC -12 como refrigerante. Com a implantação do Protocolo de Montreal, basicamente todos novos veículos com sistema de ar condicionado foram equipados com HFC-134a como fluido refrigerante. Há uma possibilidade, segundo representantes da indústria automotiva, que um refrigerante alternativo possa ser introduzido antes de 2008 para competir com HFC-134a.
Uma das alternativas promissoras e que está sendo bastante investigada é representada pelo uso de CO2 como refrigerante em ciclo transcrítico (ciclo cujos processos ocorrem acima da temperatura crítica da substância). Esta tecnologia está sendo desenvolvida por vários fabricantes de veículo em cooperação com fornecedores de componentes do sistema de condicionamento de ar. Além do CO2, o uso de refrigerantes inflamáveis (principalmente HFC-152a e HC-290 - propano) foi proposto para substituir o HFC-134a. Deve-se ressaltar que o uso de refrigerantes HCs, ou outros inflamáveis, em sistemas futuros, poderá ser feito utilizando-se sistemas com a mesma configuração adotada atualmente para o HFC-134a, ou seja de expansão direta, desde que sejam projetados para levar em conta a questão de segurança. Uma alternativa a essa opção seria a adoção de configuração de sistemas baseados na tecnologia de circuito secundário. Um aspecto que merece ser destacado no uso de propano, o melhor hidrocarboneto para ser utilizado como refrigerante em sistemas de condicionamento de ar veicular, é a sua disponibilidade. Propano é usado universalmente para aquecimento e para cozinhar. Como resultado disso, sua manipulação, com segurança, é bastante comum no mundo todo. Isto pode ser uma vantagem nos países Artigo 5(1) do mundo. Para sistemas de expansão direta usando propano, a carga de refrigerante necessária para um veículo de porte médio seria relativamente pequena, da ordem de 300 gramas. Esta carga seria ainda mais baixa para um sistema com circuito secundário. Devido a inflamabilidade extrema do propano, o seu possível uso seria restringido, em muitos paises, ao emprego em sistemas com circuito secundário.
Cenário nacional
Existe uma empresa de refrigeração doméstica estabelecida no Brasil que já está produzindo e comercializando no mercado nacional e também para exportação, refrigeradores domésticos utilizando refrigerante HC, é o caso da Bosch na sua unidade de produção em Hortolândia, no interior do estado de São Paulo. Outra empresa, a Multibras em sua unidade industrial em Joinville, Santa Catarina, produz refrigeradores domésticos com HCs mas só para exportação, principalmente para Europa.
As empresas nacionais fabricantes de refrigeradores e congeladores comerciais que fornecem equipamentos para empresas que estabeleceram políticas de não utilizar HFCs, como é o caso da Unilever-Kibon, devem se adaptar a esta determinação dos seus clientes e passar a utilizar HCs em alguns de seus produtos ainda no ano de 2006, tanto para comercialização no mercado nacional quanto para exportação. Durante os levantamentos de dados e contatos realizados para elaboração deste estudo, as empresas que mencionaram que vão passar a utilizar refrigerantes HCs, não apresentaram as datas precisas a partir de quando vão utilizar estes refrigerantes alegando questões de sigilo que devem ser observadas no relacionamento com o mercado. Considerando o cenário internacional de crescente uso de refrigerantes HCs e a importância de difundir informações e discutir os principais aspectos relacionados com o uso desta tecnologia, o MMA promoveu o Seminário: "Uso de Fluidos Refrigerantes Hidrocarbonetos: Situação Atual e Tendências Futuras". O Seminário foi organizado pelo Núcleo de Ozônio da Diretoria de Qualidade Ambiental do Ministério do Meio Ambiente – MMA em conjunto com a Agencia Alemã para Cooperação Internacional – GTZ e foi realizado em São Paulo (SP), nos dias 19 e 20 de Setembro de 2005.
Os objetivos principais do evento foram:
apresentar o estado da arte da tecnologia de refrigeração com refrigerantes hidrocarbonetos a partir das experiências de uso desta tecnologia em diversos paises, tanto na fabricação de equipamentos novos como na assistência técnica e na conversão de equipamentos existentes.
discutir os aspectos tecnológicos e relacionados à legislação e normas técnicas com o objetivo de auxiliar no estabelecimento de políticas especificas ao nível empresarial e governamental.
O Seminário contou com diversas apresentações de palestrantes nacionais e internacionais convidados. Ao final do primeiro dia, os participantes responderam um questionário sobre a tecnologia de refrigerantes hidrocarbonetos para auxiliar a avaliação do potencial e das perspectivas de uso desses refrigerantes no Brasil. No segundo dia, na fase final do Seminário, os participantes foram organizados em grupos que discutiram a tecnologia de refrigerantes hidrocarbonetos considerando os seguintes aspectos: treinamento de mecânicos de refrigeração, questões de segurança, políticas e ações governamentais e possibilidade de conversão “retrofit” de equipamentos existentes para a eliminação do uso de CFCs.
Conclusões e recomendações
As análises realizadas durantes a elaboração deste estudo, os contatos realizados com diversas empresas, instituições e associações industriais; e as questões e sugestões levantadas nos debates ocorridos no "Seminário sobre Refrigerantes Hidrocarbonetos", permitem apresentar uma série conclusões e recomendações. Os principais pontos, mencionados abaixo, poderão ser considerados nos âmbitos governamentais e empresariais para o encaminhamento de ações futuras com relação ao uso tecnologia dos refrigerantes HCs no Brasil.
- A tecnologia de uso de refrigerantes HCs está consolidada em algumas aplicações de refrigeração e ar condicionado (refrigeração domestica e comercial "stand alone") e está evoluindo em outros segmentos (uso como refrigerante primário em sistemas secundários de refrigeração para supermercados, chillers e bombas de calor);
- A questão da segurança está sendo discutida internacionalmente e já conta com diversas normas que auxiliam o seu equacionamento;
- No Brasil, a maior parte da base instalada de refrigeradores e congeladores domésticos e comerciais ainda tem CFC-12 como refrigerante devido à longa vida útil desses equipamentos, o que retarda o phaseout de CFC-12 nas operações de serviço. Este fato cria a oportunidade para o uso de opções “drop-in”, entre elas misturas de HCs;
- Alguns fabricantes brasileiros já estão utilizando refrigerantes HCs em produtos para a exportação. No mercado interno já existe um fabricante oferecendo refrigeradores domésticos com refrigerante HC. Outras empresas fabricantes de refrigeradores domésticos e comerciais que já tem tecnologia e/ou já fabricam para exportação estão avaliando a possibilidade de colocação de seus produtos com HCs no mercado nacional;
- O mercado internacional já apresenta restrições ao uso de HFCs em determinadas aplicações de RAC, caso de alguns paises da U.E. Além disso a política estabelecida por alguns grupos empresariais globais, (Unilever, Coca-cola, MacDonalds) cria motivação para avaliação da adoção no Brasil da tecnologia de refrigerantes HCs;
- O uso da tecnologia de refrigerantes hidrocarbonetos apresenta diversas vantagens: melhor eficiência energética em algumas aplicações, baixo custo do refrigerante e de sua importação, possibilidade de fornecimento nacional, compressores fabricados no Brasil, menor impacto ambiental;
- O principal aspecto negativo da tecnologia de refrigerantes hidrocarbonetos é o fato de o refrigerante ser inflamável e explosivo, o que origina uma serie de preocupações com segurança, alguns custos adicionais e a necessidade de treinamento de pessoal;
- O uso de uso de refrigerantes HCs para a conversão de refrigeradores domésticos e comerciais que utilizam CFC-12 deve ser analisado a luz das questões de custo e segurança. A opção que parece ser mais atrativa é a quando a conversão não exige alterações significativas equipamento;
- A questão de não haver fornecimento local de refrigerantes HCs, pode ser contornada com a instalação de plantas de produção destes refrigerantes a partir de GLP. O custo apresentado por um dos palestrantes no Seminário sobre Refrigerantes HCs para uma planta com capacidade de produção anual de 100 ton é de cerca de €330,000;
- Constata-se que há uma falta de divulgação sobre a tecnologia de refrigerantes hidrocarbonetos no Brasil. O MMA poderia promover uma divulgação nacional com marketing "mais agressivo";
- Com relação à questão logística, a ser considerada na discussão de distribuição de refrigerantes HCs, considera-se que a rede nacional de distribuição de GLP deve ser aproveitada;
- Constata-se a falta de mecânicos qualificados para lidar com refrigerantes HCs e considera-se que uma das ações para incentivar o uso destes refrigerantes deveria ser a criação de um programa de capacitação e certificação de mecânicos de refrigeração nesta tecnologia;
- Normas técnicas nacionais devem ser criadas tomando-se como referência as normas internacionais já existentes. As associações industriais e profissionais têm um papel importante nesta mobilização;
- Discussões sobre aspectos específicos levantados no Seminário sobre Refrigerantes HCs deveriam ser incentivadas a partir da realização de outros encontros com apoio das associações industriais e instituições de ensino e pesquisa.
Roberto de Aguiar Peixoto - Dr. Eng. do Instituto Mauá de Tecnologia - e-mail: robertopeixoto@maua.br
[1] A norma européia EN 378 "Refrigerating systems and heat pumps - Safety and environmental requirements" se refere a requisitos de segurança e ambientais de sistemas de refrigeração e contem 4 partes: 1: Requisitos básicos, definições, classificação e critério de seleção; 2: Design, construção, teste, e documentação; 3: Instalação e proteção pessoal; 4: Operação, manutenção, reparo e recolhimento.
Fonte:Climatização&Refrigeração
Autor: Roberto de Aguiar Peixoto
Desde o estabelecimento do Protocolo de Montreal, a indústria de refrigeração tem procurado substitutos para os refrigerantes CFCs e HCFCs. A adoção de hidrocarbonetos (HCs), como refrigerantes em algumas aplicações de refrigeração e ar condicionado notadamente o isobutano (HC-600a) na refrigeração doméstica , foi resultado, em grande parte, de pressões exercidas por organizações ambientalistas e por trabalhos de pesquisa e avaliação de alternativas conduzidos pelas empresas, universidades e institutos de pesquisa. Isto se deve ao fato de que HCs atendem o requisito de potencial de destruição de ozônio zero e também têm potencial de aquecimento global (GWP) muito baixo e são substâncias encontradas abundantemente na natureza o que coopera para sua compatibilidade com o meio ambiente global.
Os hidrocarbonetos são tecnicamente viáveis para serem utilizados em todos tipos de sistemas e podem ser utilizados em uma ampla faixa de temperatura de evaporação até o limite inferior de -170°C, no entanto aplicações práticas são restringidas por códigos de segurança e regulamentos nacionais. Os hidrocarbonetos são inflamáveis e medidas adequadas de segurança devem ser usadas durante sua manipulação, fabricação, manutenção e assistência técnica e quando da disposição final do equipamento. Diversos países têm legislação e normas técnicas sobre as limitações de uso e dos aspectos de segurança necessários.
Neste artigo são apresentados o estado atual e as principais questões relativas à utilização dos refrigerantes hidrocarbonetos no cenário internacional e nacional, considerando as varias aplicações de refrigeração e ar condicionado.
Introdução
Em meados do século XIX foi desenvolvida a tecnologia de refrigeração utilizando o ciclo termodinâmico de compressão de vapor constando de quatro componentes básicos (compressor, condensador, evaporador e dispositivo de expansão) e de um fluido de trabalho, chamado de fluido refrigerante, ou simplesmente refrigerante. De uma forma geral, a indústria de refrigeração e ar condicionado evoluiu significativamente durante o século XX e se faz presente hoje em diversos setores da sociedade. As aplicações de refrigeração, condicionamento de ar e de bomba de calor representam o setor que é o maior consumidor de substancias químicas halogenadas usadas como refrigerantes; é também hoje em dia um dos setores usuário de energia mais importante da sociedade. Estima-se que em média, para os países desenvolvidos, o setor de refrigeração e ar condicionado responda por 10-20% do consumo de eletricidade. O impacto econômico das aplicações de refrigeração é muito mais significativo do que se imagina. Estimativas indicam 300 milhões de toneladas de mercadoria continuamente refrigeradas, com um enorme consumo anual de eletricidade, e cerca de US$ 100 bilhões de investimentos em maquinaria e equipamentos, sendo que o valor estimado dos produtos tratados por refrigeração é da ordem de quatro vezes esta quantia. Isto é uma das razões porque os impactos econômicos da eliminação de substancias químicas refrigerantes (tal como CFCs e HCFCs no futuro previsível) foram e ainda são difíceis de calcular. O processo de seleção do refrigerante para um ciclo de compressão de vapor é complexo, envolvendo a investigação de um grande numero de parâmetros, incluindo:
- propriedades termodinâmicas e de transporte;
- faixas de temperatura;
- relações de pressão e temperatura;
- requisitos para o processo de compressão;
- compatibilidade com materiais e óleo;
- aspectos de saúde, segurança e flamabilidade;
- parâmetros ambientais como ODP, GWP.
Desde o estabelecimento do Protocolo de Montreal, a indústria de refrigeração tem procurado substitutos para os refrigerantes CFCs e HCFCs. A adoção de hidrocarbonetos (HCs), como refrigerantes em algumas aplicações de refrigeração e ar condicionado notadamente o isobutano (HC-600a) na refrigeração doméstica, foi resultado, em grande parte, de pressões exercidas por organizações ambientalistas e por trabalhos de pesquisa e avaliação de alternativas conduzidos pelas universidades. Isto se deve ao fato de que HCs atendem o requisito de potencial de destruição de ozônio zero e também têm potencial de aquecimento global (GWP) muito baixo e são substâncias encontradas abundantemente na natureza o que coopera para sua compatibilidade com o meio ambiente global. Os hidrocarbonetos são tecnicamente viáveis para serem utilizados em todos tipos de sistemas e podem ser utilizados em uma ampla faixa de temperatura de evaporação até o limite inferior de -170°C, no entanto aplicações práticas são restringidas por códigos de segurança e regulamentos nacionais. Os hidrocarbonetos são inflamáveis e medidas adequadas de segurança devem ser usadas durante sua manipulação, fabricação, manutenção e assistência técnica e quando da disposição final do equipamento. Diversos países têm legislação e normas técnicas sobre as limitações de uso e dos aspectos de segurança necessários. A Tabela 1 apresenta requisitos referentes à carga máxima permissível estabelecida em normas internacionais e da União Européia. Graças as suas excelentes características termodinâmicas, os hidrocarbonetos se constituem em fluidos refrigerantes que contribuem para que sistemas de refrigeração tenham uma operação energeticamente eficiente. São mais pesados que ar e tem efeito anestésico e asfixiante em altas concentrações. Um aspecto importante a destacar e que os hidrocarbonetos estão disponíveis a baixo custo no mundo inteiro. A utilização de refrigerantes hidrocarbonetos exige que engenheiros e técnicos envolvidos no desenvolvimento, fabricação, projeto, instalação, operação e assistência técnica, tenham orientação e treinamentos específicos com relação aos procedimentos adicionais e precauções associadas ao uso de refrigerantes inflamáveis. Diversas publicações reportam que sistemas com refrigerantes HCs apresentam eficiência mais alta quando comparados com sistemas equivalentes utilizando HFCs. Outras reivindicam que essa eficiência mais alta pode ser alcançada também pelos sistemas com HFCs, se os custos extras usados para atender os requisitos de segurança necessários aos sistemas com HCs forem usados para melhorar a eficiência de sistemas com HFCs.
Empresas como a Unilever e Coca-Cola se comprometeram a não utilizar mais HFCs nos seus equipamentos de refrigeração e de aumentar a sua eficiência energética e o uso de refrigerantes HCs é uma das alternativas em implantação.
HFCs , Protocolo de Kyoto e refrigerantes naturais
Os refrigerantes hidrofluorcarbonos (HFCs ) foram desenvolvidos nos anos 80 e 90 como refrigerantes alternativos aos CFCs e HCFCs. HFCs não contém cloro e desta forma não destroem a camada de ozônio, mas contribuem para o processo de aquecimento global. HFCs são gases de efeito estufa e fazem parte da "cesta de seis gases" cujas emissões devem ser reduzidas de acordo com o Protocolo de Kyoto . Estes gases são: dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido nítrico (N2O), hidrofluorcarbonos (HFCs ), perfluorcarbonos (PFCs) e hexafluoreto de enxofre (SF6).
Pelo Protocolo de Kyoto as emissões individuais dos gases de efeito estufa serão integradas como emissões equivalentes de CO2 utilizando seus potenciais de aquecimento global (GWPs). Muitos países desenvolvidos devem reduzir suas emissões equivalentes em CO2 em 5,2 % abaixo dos níveis de 1990 para CO2, CH4, N2O, e níveis de 1995 para HFCs, PFCs, SF6 durante o período de 2008-2012. Os hidrocarbonetos junto com a amônia, CO2 e água, fazem parte de um grupo chamado de "refrigerantes naturais". Todos "refrigerantes naturais" existem em ciclos materiais da natureza mesmo sem a interferência humana. Evolução e inovações tecnológicas têm ajudado na consideração dos "refrigerantes naturais" como uma solução segura e econômica para aplicações em numerosas áreas. Por causa dos menores impactos ambientais e por serem mais adequados dentro da perspectiva de desenvolvimento tecnológico sustentável, sistemas de refrigeração com refrigerantes naturais podem vir a ter um papel importante no futuro como soluções técnicas em diversas aplicações. O uso de "refrigerantes naturais" também é defendido do ponto de vista econômico. Os refrigerantes são muito baratos, o que tem um efeito positivo não só no custo associado a carga inicial de refrigerante de uma instalação, mas também, considerando os custos operacionais devido a necessidade de reposição em função dos vazamentos. Além disso, "refrigerantes naturais" são altamente eficientes, o que ajuda a diminuir o consumo de energia de uma instalação. Por outro lado, devido à questão de segurança, estima-se que os custos de investimento para instalações usando "refrigerantes naturais" é sempre 10 a 20 por cento mais alto que para instalações usando refrigerantes sintéticos, dependendo do tipo e tamanho do sistema. Estes aspectos podem ser compensados pelos menores custos operacionais relacionados ao menor custo de refrigerante para manutenção e ao reduzido consumo de energia.
Cenário internacional
O estado atual e as principais questões relativas à utilização dos refrigerantes hidrocarbonetos no cenário internacional considerando as várias aplicações de refrigeração e ar condicionado são apresentadas abaixo.
Refrigeração:
- Refrigeração Doméstica: No panorama global, HC-600a e HFC-134a continuam a ser as alternativas dominantes para refrigerantes substitutos do CFC-12 em novos equipamentos de refrigeração doméstica. Outros candidatos alternativos têm apelo regional, principalmente devido à disponibilidade de compressores adequados ou de refrigerantes específicos. Como exemplo de candidatos regionais, podem ser citados: misturas de HC-600a e de HFC-152a na Rússia, misturas de HC-600a e HC-290 na Índia. A aplicação de misturas HC-600a/HC-290 na Europa durante os 1990’s foi um passo interino em direção a uma transição final a HC-600a.
Questões relativas a reparos e manutenção no campo: O setor de serviços de equipamentos de refrigeração doméstica e comercial compactos, tem hoje, em muitos paises, uma nova realidade caracterizada pela necessidade de lidar com o uso de múltiplos refrigerantes. Existe atualmente, uma necessidade de maior limpeza do circuito refrigerante ditada pela redução das folgas nos compressores de alta eficiência e a exigência de pureza dos refrigerantes. Lidar com múltiplos refrigerantes complica esta tarefa. A sensibilidade à umidade dos óleos polyolester exige o controle cuidadoso de níveis de umidade quando do uso do refrigerante HFC-134a. A natureza inflamável dos hidrocarbonetos exige, quando do uso do refrigerante HC-600a ,o controle cuidadoso de potenciais fontes de ignição. A presença de múltiplos refrigerantes no setor de serviços aumenta a probabilidade de existência de erros nos procedimentos de carga de refrigerante nos sistemas, tanto referente à quantidade quanto ao tipo de refrigerante.
Uso de refrigerantes HCs em alguns países em desenvolvimento: O uso de fluidos refrigerantes hidrocarbonetos na Índia apresenta as seguintes características:
- Um fabricante de refrigeradores domésticos está utilizando como refrigerante a mistura de HCs (R-600a e R-290). Esta empresa é responsável por 20% da produção indiana que é atualmente de 3,5 milhões de refrigeradores.
Foram feitos alguns esforços para divulgar e promover o uso de refrigerantes HCs em produtos de refrigeração comercial (“stand-alone”) mas não foi obtido muito progresso devido ao fato que os principais usuários eram empresas que preferiram o HFC-134a. Devido aos princípios anunciados por Unilever e Coca-cola esta situação pode mudar.
Alguns esforços ainda estão sendo feitos para o retrofitting de refrigeradores domésticos e produtos de refrigeração comercial, espera-se que eles mostrem mais resultados após 2007 quando a disponibilidade de CFCs irá diminuir.
Estudos desenvolvidos pelo PNUMA (UNEP) na Indonésia, Costa Rica e Cuba são relatados em UNEP, 1999.
Em Cuba, a partir de 1994 foi desenvolvido um refrigerante a partir de GLP (gás liquefeito de petróleo) constituído por uma mistura ternária de hidrocarbonetos (propano, isobutano e n-butano), chamado de LB-12, que tem sido utilizado como um substituto "drop-in" para o refrigerante CFC-12 em refrigeradores domésticos, bebedouros e pequenos refrigeradores e congeladores comerciais. 1040 técnicos foram treinados para desempenhar estas atividades de conversão de equipamentos com CFC-12. A partir de 1997 iniciou a produção de refrigeradores domésticos com refrigerante isobutano e a partir de 2001 com o apoio da GTZ e da Agencia Ambiental do Canadá foi instalada uma planta de destilação para produzir propano e isobutano com alto grau de pureza. Até 2003, contabilizava-se a conversão de 400.000 refrigeradores domésticos para e 10.000 refrigeradores comerciais para o uso de LB-12; e a produção de 40.000 refrigeradores com refrigerante isobutano.
- Refrigeração Comercial: Refrigeração comercial é composta por três tipos de equipamentos: unidades compactas ("stand-alone"), unidades condensadoras e sistemas centralizados.
Alguns equipamentos autônomos ("stand-alone"), que tem tecnologia semelhante a dos refrigeradores domésticos, e que usam hidrocarbonetos como refrigerantes estão disponíveis em países europeus, com carga de refrigerante reduzida para obedecer às limitações estabelecidas pela norma de segurança européia EN 378[1].de 1999. Expositores, "vending machines" e equipamentos comerciais compactos de pequeno porte foram desenvolvidos por várias companhias em vários países usando HC-600a, HC-290 e misturas de HC como refrigerante. As limitações da carga de refrigerante HC são especificadas nas normas de segurança (e.g. EN 378, IEC 60335-2-89), onde as máximas quantidades por circuito depende da aplicação. Não obstante, cargas de HC tendem a ser aproximadamente 50% menores que as equivalentes de HFCs e HCFCs, devido à baixa densidade do refrigerante HC, o que reduz o impacto de tais limites. Desenvolvimentos recentes utilizando técnicas de minimização de carga tornam possível prever que as cargas de sistemas futuros serão ainda menores.
Na área de refrigeração para supermercados na Europa, sistemas indiretos estão recebendo cada vez mais atenção para limitar a carga de refrigerante (independente do tipo de refrigerante) ou para permitir o uso de refrigerantes amônia ou hidrocarbonetos. Sistemas com amônia e hidrocarbonetos como refrigerantes primários em sistemas indiretos (incluindo HC 1270, HC 290 e misturas HC290/170) estão implantados e operando em vários países europeus. Alguns resultados publicados mostram que sistemas indiretos com amônia e hidrocarbonetos apresentam custo inicial 10% a 35% maior e têm consumo de energia 5% a 20% maior que sistemas de expansão direta, devido aos requisitos adicionais do sistema (trocadores de calor e bombas para circulação com seus custos e penalidades de consumo de energia). O trabalho de aprimoramento
dos projetos de sistemas indiretos continua com as metas de reduzir o custo o consumo de energia nestes sistemas.
- Refrigeração industrial e armazenamento frigorificado: Refrigerantes HCs são usados em alguns equipamentos de refrigeração industrial incluindo o HC-290, HC-1270 e misturas HC-290/600a. Todo estes refrigerantes possuem condições de saturação (pressão e temperatura) muito semelhantes as do HCFC-22 e CFC-502. O desempenho do sistema, considerando a sua eficiência, é comparável e, em alguns casos, superior ao dos sistemas com fluidos halocarbonos. Além dos aspectos específicos de segurança, os procedimentos normais de refrigeração, que são utilizados para os sistemas com HCFCs e CFCs, podem ser usados sem prejuízo importante para a integridade do sistema. Em função das preocupações com a flamabilidade, considerações de projeto, como as que são detalhadas nas normas de segurança relevantes, devem ser adotadas. Medidas adicionais de segurança devem ser consideradas para reparo e manutenção. Várias normas européias permitem o uso de HCs em aplicações industriais e ditam requisitos específicos de segurança.
- Transporte refrigerado: O setor de transporte refrigerado inclui o transporte de produtos refrigerados em navios refrigerados, navios porta-containers, caminhões e trens refrigerados.
Caminhões refrigerados utilizando refrigerante HC-290 (propano) foram desenvolvidos na Austrália, Alemanha e em outros países europeus e já estão comercialmente disponíveis. Os sistemas exigem um detector de vazamento no reboque e treinamento especial do motorista para assegurar uma operação segura. Tecnicamente esta solução poderia ser adotada a nível mundial em sistemas de refrigeração instalados em certos tipos de caminhões e trens, particularmente em sistemas compactos. No entanto os sistemas em uso teriam que ser adaptados para atender certas regulamentações, que impõem requisitos especiais (por exemplo, para as garagens etc.). É provável que as mudanças para hidrocarbonetos seriam limitadas em princípio para caminhões refrigerados e ao nível nacional, ou seja para transporte dentro de um determinado pais sem cruzar as fronteiras.
O uso de refrigerantes hidrocarbonetos em aplicações de transporte refrigerado exigirá medidas adicionais de segurança, aumentando os custos do sistema, e no começo provavelmente também valores de seguro. No caso de containers refrigerados, pode também exigir mudanças nos navios transportadores.
Equipamentos de ar condicionado compactos
Em algumas categorias de produtos, equipamentos com baixa carga de refrigerante, os refrigerantes hidrocarbonetos também podem ser substitutos adequados para o HCFC-22. Para isto é necessário que normas internacionais de segurança sejam desenvolvidas para definir os requisitos específicos de projeto e de aplicação (instalação, manutenção, etc.). Informações detalhadas para o projeto de equipamentos com HCs são fornecidas em “Guidelines for the Safe Use of Hydrocarbon Refrigerants”, Air Conditioning and Refrigeration Industry Board”, um documento que apresenta diretrizes para o projeto de sistemas de refrigeração e ar condicionado usando refrigerantes hidrocarbonetos. Equipamentos compactos de ar condicionado de pequeno porte com baixa carga de refrigerante hidrocarboneto (HC-290) são fabricados em alguns paises da Europa.
Os fatores que são considerados como barreiras para a ampliação da aplicação de refrigerantes hidrocarbonetos em sistemas de ar condicionado são os problemas de segurança relativos a manipulação de níveis relativamente altos de carga de HC, estabelecimento de normas técnicas para procedimentos de instalação e a necessidade de capacitação e treinamento de técnicos para serviços de campo. O uso de hidrocarbonetos em equipamentos de ar condicionado resfriados a ar com carga de refrigerante maior que 1 kg tem sido o foco do desenvolvimento de significativas atividades de análise de risco e de normas de segurança. Diversas organizações conduziram avaliações de risco de condicionadores de ar usando refrigerantes hidrocarbonetos. A maioria destas avaliações conclui que o risco de fogo ou explosão é razoavelmente baixo e é proporcional à quantidade de refrigerante no sistema. No entanto, a questão mais significativa que deverá ser analisada pelos fabricantes quando considerarem a aplicação de refrigerantes hidrocarbonetos é a determinação de um nível aceitável de risco e a responsabilidade associada. A decisão final sobre o uso de se refrigerantes hidrocarboneto em equipamentos de ar condicionado, parece ser, basicamente, uma decisão baseada em aspectos financeiros.
Unidades resfriadoras de líquidos (chillers)
Embora refrigerantes hidrocarbonetos tenham uma longa história de aplicação em chillers industriais em plantas petroquímicas, antes de 1997/98 eles não eram usados em chillers para aplicações de condicionamento de ar devido a questões relativas à segurança dos sistemas. Atualmente, vários fabricantes europeus comercializam chillers com refrigerantes hidrocarbonetos para diversas capacidades e aplicações. Existem no mercado chillers resfriados (com condensação) a ar e a água para aplicações de temperaturas de evaporação médias e altas usando refrigerantes HC-1270 (propileno), HC-290 (propano), e uma mistura HC-290/HC-170 (propano/etano). Chillers/bombas de calor reversíveis usando HC-290 como refrigerante estão disponíveis em capacidades de até 173 kW com uma carga máxima de propano de 15 kg. Os mercados mais importantes são edifícios de escritório, resfriamento de processos industriais e supermercados, onde são utilizados em sistemas secundários de refrigeração. Nestes casos, o chiller é, em geral, instalado numa sala de máquinas com um ventilador a prova de explosão (sem faíscas) para ventilação constante ao exterior da sala. Uma configuração alternativa é a instalação externa do chiller, ao ar livre. O custo de chillers com refrigerantes HCs pode ser mais alto que com refrigerante HCFCs ou com HFCs, parcialmente devido ao fato que chillers com hidrocarbonetos ainda são um equipamento para um nicho de mercado. Os refrigerantes hidrocarbonetos são usados em chillers centrífugos em plantas petroquímicas, onde materiais muito perigosos são usados rotineiramente e o pessoal é altamente qualificado em medidas de segurança e respostas a situações de emergência
Bombas de calor
Em diversos paises europeus, os hidrocarbonetos estão se mostrando como uma opção viável para substituição de CFCs e HCFCs em bombas de calor residenciais de baixa carga de refrigerante. Os hidrocarbonetos mais importantes para aplicações em bombas de calor de temperaturas médias são propano (HC-290), propileno (HC-1270), e misturas de etano/propano (HC-170/HC-290). Vários fabricantes norte-europeus usam HC-290 ou HC-1270 como refrigerantes em pequenas bombas de calor residenciais e comerciais, água –água e ar- água.
No Brasil, devido às características climáticas, o uso de bombas de calor para aquecimento residencial praticamente não existe, a não ser em pequena escala nos estados do sul e empregando equipamentos reversíveis de condicionamento de ar (refrigeração no verão e aquecimento no inverno). No entanto, bombas de calor para aquecimento de piscinas têm apresentado uma utilização crescente e estes equipamentos, devido às condições de instalação (em geral ao ar livre) e da baixa carga de refrigerante, podem vir a utilizar refrigerantes hidrocarbonetos (principalmente propano).
Sistemas de ar condicionado automotivo (MAC)
Sistemas de ar condicionado de veículos (freqüentemente referidos como sistemas de ar condicionado móveis – "mobile air conditioning, MACs") incluem sistemas de condicionamento de ar instalados em automóveis, caminhões, e ônibus. Os veículos construídos antes de 1995 usavam CFC -12 como refrigerante. Com a implantação do Protocolo de Montreal, basicamente todos novos veículos com sistema de ar condicionado foram equipados com HFC-134a como fluido refrigerante. Há uma possibilidade, segundo representantes da indústria automotiva, que um refrigerante alternativo possa ser introduzido antes de 2008 para competir com HFC-134a.
Uma das alternativas promissoras e que está sendo bastante investigada é representada pelo uso de CO2 como refrigerante em ciclo transcrítico (ciclo cujos processos ocorrem acima da temperatura crítica da substância). Esta tecnologia está sendo desenvolvida por vários fabricantes de veículo em cooperação com fornecedores de componentes do sistema de condicionamento de ar. Além do CO2, o uso de refrigerantes inflamáveis (principalmente HFC-152a e HC-290 - propano) foi proposto para substituir o HFC-134a. Deve-se ressaltar que o uso de refrigerantes HCs, ou outros inflamáveis, em sistemas futuros, poderá ser feito utilizando-se sistemas com a mesma configuração adotada atualmente para o HFC-134a, ou seja de expansão direta, desde que sejam projetados para levar em conta a questão de segurança. Uma alternativa a essa opção seria a adoção de configuração de sistemas baseados na tecnologia de circuito secundário. Um aspecto que merece ser destacado no uso de propano, o melhor hidrocarboneto para ser utilizado como refrigerante em sistemas de condicionamento de ar veicular, é a sua disponibilidade. Propano é usado universalmente para aquecimento e para cozinhar. Como resultado disso, sua manipulação, com segurança, é bastante comum no mundo todo. Isto pode ser uma vantagem nos países Artigo 5(1) do mundo. Para sistemas de expansão direta usando propano, a carga de refrigerante necessária para um veículo de porte médio seria relativamente pequena, da ordem de 300 gramas. Esta carga seria ainda mais baixa para um sistema com circuito secundário. Devido a inflamabilidade extrema do propano, o seu possível uso seria restringido, em muitos paises, ao emprego em sistemas com circuito secundário.
Cenário nacional
Existe uma empresa de refrigeração doméstica estabelecida no Brasil que já está produzindo e comercializando no mercado nacional e também para exportação, refrigeradores domésticos utilizando refrigerante HC, é o caso da Bosch na sua unidade de produção em Hortolândia, no interior do estado de São Paulo. Outra empresa, a Multibras em sua unidade industrial em Joinville, Santa Catarina, produz refrigeradores domésticos com HCs mas só para exportação, principalmente para Europa.
As empresas nacionais fabricantes de refrigeradores e congeladores comerciais que fornecem equipamentos para empresas que estabeleceram políticas de não utilizar HFCs, como é o caso da Unilever-Kibon, devem se adaptar a esta determinação dos seus clientes e passar a utilizar HCs em alguns de seus produtos ainda no ano de 2006, tanto para comercialização no mercado nacional quanto para exportação. Durante os levantamentos de dados e contatos realizados para elaboração deste estudo, as empresas que mencionaram que vão passar a utilizar refrigerantes HCs, não apresentaram as datas precisas a partir de quando vão utilizar estes refrigerantes alegando questões de sigilo que devem ser observadas no relacionamento com o mercado. Considerando o cenário internacional de crescente uso de refrigerantes HCs e a importância de difundir informações e discutir os principais aspectos relacionados com o uso desta tecnologia, o MMA promoveu o Seminário: "Uso de Fluidos Refrigerantes Hidrocarbonetos: Situação Atual e Tendências Futuras". O Seminário foi organizado pelo Núcleo de Ozônio da Diretoria de Qualidade Ambiental do Ministério do Meio Ambiente – MMA em conjunto com a Agencia Alemã para Cooperação Internacional – GTZ e foi realizado em São Paulo (SP), nos dias 19 e 20 de Setembro de 2005.
Os objetivos principais do evento foram:
apresentar o estado da arte da tecnologia de refrigeração com refrigerantes hidrocarbonetos a partir das experiências de uso desta tecnologia em diversos paises, tanto na fabricação de equipamentos novos como na assistência técnica e na conversão de equipamentos existentes.
discutir os aspectos tecnológicos e relacionados à legislação e normas técnicas com o objetivo de auxiliar no estabelecimento de políticas especificas ao nível empresarial e governamental.
O Seminário contou com diversas apresentações de palestrantes nacionais e internacionais convidados. Ao final do primeiro dia, os participantes responderam um questionário sobre a tecnologia de refrigerantes hidrocarbonetos para auxiliar a avaliação do potencial e das perspectivas de uso desses refrigerantes no Brasil. No segundo dia, na fase final do Seminário, os participantes foram organizados em grupos que discutiram a tecnologia de refrigerantes hidrocarbonetos considerando os seguintes aspectos: treinamento de mecânicos de refrigeração, questões de segurança, políticas e ações governamentais e possibilidade de conversão “retrofit” de equipamentos existentes para a eliminação do uso de CFCs.
Conclusões e recomendações
As análises realizadas durantes a elaboração deste estudo, os contatos realizados com diversas empresas, instituições e associações industriais; e as questões e sugestões levantadas nos debates ocorridos no "Seminário sobre Refrigerantes Hidrocarbonetos", permitem apresentar uma série conclusões e recomendações. Os principais pontos, mencionados abaixo, poderão ser considerados nos âmbitos governamentais e empresariais para o encaminhamento de ações futuras com relação ao uso tecnologia dos refrigerantes HCs no Brasil.
- A tecnologia de uso de refrigerantes HCs está consolidada em algumas aplicações de refrigeração e ar condicionado (refrigeração domestica e comercial "stand alone") e está evoluindo em outros segmentos (uso como refrigerante primário em sistemas secundários de refrigeração para supermercados, chillers e bombas de calor);
- A questão da segurança está sendo discutida internacionalmente e já conta com diversas normas que auxiliam o seu equacionamento;
- No Brasil, a maior parte da base instalada de refrigeradores e congeladores domésticos e comerciais ainda tem CFC-12 como refrigerante devido à longa vida útil desses equipamentos, o que retarda o phaseout de CFC-12 nas operações de serviço. Este fato cria a oportunidade para o uso de opções “drop-in”, entre elas misturas de HCs;
- Alguns fabricantes brasileiros já estão utilizando refrigerantes HCs em produtos para a exportação. No mercado interno já existe um fabricante oferecendo refrigeradores domésticos com refrigerante HC. Outras empresas fabricantes de refrigeradores domésticos e comerciais que já tem tecnologia e/ou já fabricam para exportação estão avaliando a possibilidade de colocação de seus produtos com HCs no mercado nacional;
- O mercado internacional já apresenta restrições ao uso de HFCs em determinadas aplicações de RAC, caso de alguns paises da U.E. Além disso a política estabelecida por alguns grupos empresariais globais, (Unilever, Coca-cola, MacDonalds) cria motivação para avaliação da adoção no Brasil da tecnologia de refrigerantes HCs;
- O uso da tecnologia de refrigerantes hidrocarbonetos apresenta diversas vantagens: melhor eficiência energética em algumas aplicações, baixo custo do refrigerante e de sua importação, possibilidade de fornecimento nacional, compressores fabricados no Brasil, menor impacto ambiental;
- O principal aspecto negativo da tecnologia de refrigerantes hidrocarbonetos é o fato de o refrigerante ser inflamável e explosivo, o que origina uma serie de preocupações com segurança, alguns custos adicionais e a necessidade de treinamento de pessoal;
- O uso de uso de refrigerantes HCs para a conversão de refrigeradores domésticos e comerciais que utilizam CFC-12 deve ser analisado a luz das questões de custo e segurança. A opção que parece ser mais atrativa é a quando a conversão não exige alterações significativas equipamento;
- A questão de não haver fornecimento local de refrigerantes HCs, pode ser contornada com a instalação de plantas de produção destes refrigerantes a partir de GLP. O custo apresentado por um dos palestrantes no Seminário sobre Refrigerantes HCs para uma planta com capacidade de produção anual de 100 ton é de cerca de €330,000;
- Constata-se que há uma falta de divulgação sobre a tecnologia de refrigerantes hidrocarbonetos no Brasil. O MMA poderia promover uma divulgação nacional com marketing "mais agressivo";
- Com relação à questão logística, a ser considerada na discussão de distribuição de refrigerantes HCs, considera-se que a rede nacional de distribuição de GLP deve ser aproveitada;
- Constata-se a falta de mecânicos qualificados para lidar com refrigerantes HCs e considera-se que uma das ações para incentivar o uso destes refrigerantes deveria ser a criação de um programa de capacitação e certificação de mecânicos de refrigeração nesta tecnologia;
- Normas técnicas nacionais devem ser criadas tomando-se como referência as normas internacionais já existentes. As associações industriais e profissionais têm um papel importante nesta mobilização;
- Discussões sobre aspectos específicos levantados no Seminário sobre Refrigerantes HCs deveriam ser incentivadas a partir da realização de outros encontros com apoio das associações industriais e instituições de ensino e pesquisa.
Roberto de Aguiar Peixoto - Dr. Eng. do Instituto Mauá de Tecnologia - e-mail: robertopeixoto@maua.br
[1] A norma européia EN 378 "Refrigerating systems and heat pumps - Safety and environmental requirements" se refere a requisitos de segurança e ambientais de sistemas de refrigeração e contem 4 partes: 1: Requisitos básicos, definições, classificação e critério de seleção; 2: Design, construção, teste, e documentação; 3: Instalação e proteção pessoal; 4: Operação, manutenção, reparo e recolhimento.
Fonte:Climatização&Refrigeração
O meu email saiu truncado. O endereço correto é robertopeixoto@maua.br.
ResponderExcluirRoberto Peixoto
OK. Roberto obrigado pela correção.
ResponderExcluirJá providenciamos a alteração.