Devido aos receios crescentes sobre os efeitos prejudiciais que os refrigerantes fluorados podem ter no ambiente, os refrigerantes naturais conheceram um novo renascimento, especialmente a refrigeração com CO2 e NH3 utilizada para fins industriais a baixas temperaturas.
Vulgarmente conhecido como R-744 quando utilizado como refrigerante, o dióxido de carbono (CO2) tornou-se um dos refrigerantes naturais mais populares nos últimos tempos, embora seja de notar que a sua tecnologia não é nova, uma vez que a sua utilização já era comum há mais de um século.
A sua recente popularidade como fluido frigorigéneo deve-se ao seu impacto muito reduzido no ambiente em comparação com os HFC (hidrofluorocarbonetos), estes últimos muito ameaçados pela regulamentação actual (F-Gas).
O CO2 não danifica a camada de ozono (Potencial de Destruição do Ozono ODP = 0) e tem um baixo efeito no aquecimento global (Potencial de Aquecimento Global GWP = 1), sendo este último valor tomado como referência para determinar o GWP de outros gases. Além disso, a elevada eficiência deste gás permite-lhe também ter uma menor contribuição indirecta para o aquecimento global.
O CO2 é um fluido inodoro, incolor e mais pesado do que o ar. Embora seja necessário para a vida na Terra, é também um gás com efeito de estufa (GEE) que pode alterar o ambiente se a sua concentração na atmosfera aumentar significativamente. É um fluido frigorigéneo de “alta segurança” (grupo L1 segundo o RSIF), ou seja, “não inflamável” e de “baixa toxicidade“.
O CO2 foi utilizado como refrigerante inicial antes do aparecimento dos Freons, mas rapidamente caiu em desuso devido à sua maior complexidade tecnológica. Possui excelentes propriedades termofísicas, embora apresente dificuldades devido ao seu baixo valor de temperatura crítica (30,978 °C) e altas pressões. Tem uma capacidade volumétrica muito superior à dos refrigerantes convencionais.
Este gás tem uma elevada condutividade térmica e alta densidade na fase gasosa, o que resulta numa boa transferência de calor em evaporadores, condensadores e arrefecedores de gás; assim, estas características permitem uma menor selecção de equipamentos em comparação com os que utilizam CFCs, HCFCs e HFCs. Além disso, por ter uma baixa queda de pressão, permite uma redução no diâmetro da tubagem.
O CO2 é uma boa alternativa para a refrigeração comercial e industrial, mas é necessário ter em conta algumas precauções de segurança. É preciso ter em conta que o CO2 não é perceptível pelo olfacto e, como é mais denso do que o ar, pode deslocar o oxigénio de forma prejudicial à saúde. Como não liberta qualquer tipo de aroma, pode significar que, se houver uma fuga, o técnico não a conseguirá detectar. Estas características obrigam-nos a prestar especial atenção à detecção de fugas, a dispor de um sistema de alarme que detecte e avise a tempo a presença de CO2 e a dispor de um sistema de ventilação de emergência.
Por outro lado, a elevada pressão do gás quando se escapa provocará uma explosão de salpicos de refrigerante com resíduos sólidos a uma temperatura muito baixa e à velocidade do som. É importante saber que o CO2 nunca deve ser carregado no estado líquido quando o sistema está abaixo da pressão do ponto triplo (5,2 bar), porque se o fizermos, o líquido que entra no sistema mudará subitamente o seu estado para gelo seco e permanecerá nesse estado dentro do sistema.
Ao contrário de outros refrigerantes naturais, o CO2 não pode ser adaptado a qualquer equipamento, antigo ou novo. Os equipamentos devem ser projectados para as características deste gás e para as elevadas pressões que deve suportar. Finalmente, em relação aos hidrocarbonetos, o CO2 tem a vantagem de poder ser utilizado em instalações sem qualquer limitação de carga.
O CO2 é conhecido desde os primórdios da humanidade, existindo na atmosfera numa concentração de 0,04% em volume. Como refrigerante, começou a ser utilizado no século XIX com a refrigeração mecânica. Em 1881, Carl Linde construiu a primeira máquina que utilizava CO2. Posteriormente, foram desenvolvidos compressores para trabalhar com CO2 e foram desenvolvidos sistemas com duas fases. A sua utilização generalizou-se cada vez mais.
Após a Primeira Guerra Mundial, foram desenvolvidos gases sintéticos que permitiram a utilização de elementos menos robustos e mais eficazes. Foi aqui que começou o declínio do CO2 como refrigerante, com os gases CFC a ganharem a batalha. Durante 50 anos, os refrigerantes CFC dominaram o mercado mundial, até 1974, quando se descobriu que a utilização destas substâncias estava a provocar um buraco na camada de ozono. Foi assim que nasceram os fluidos frigoríficos HFC, utilizados até hoje, mas que são prejudiciais ao aquecimento global, pelo que a sua utilização é limitada.
Em resultado do Protocolo de Quioto, acordado pela Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre as Alterações Climáticas, o objectivo é reduzir as emissões de seis gases com efeito de estufa (CO2, CH4, N2O, HFC, PFC e SF6).
Entre as medidas tomadas, bem como os regulamentos criados para atingir estes objectivos, o regulamento relativo aos gases fluorados foi introduzido em 2006, com sucessivas actualizações mais rigorosas. O seu objectivo é reduzir as emissões de gases HFC em 1/3 até 2030.
Para atingir estes objectivos, são estabelecidas limitações à utilização e proibições a nível europeu. Ao mesmo tempo, a nível estatal, são estabelecidos impostos sobre a utilização de fluidos frigorigéneos para incentivar a utilização de outros fluidos frigorigéneos com menor impacto ambiental.
Se nos centrarmos nos fluidos frigorigéneos com níveis de PAG < 150, a maioria deles é inflamável (HFO), tóxica (NH3) ou funciona a altas pressões (CO2).
A principal diferença entre o CO2 e outros refrigerantes é a pressão de funcionamento a que trabalha. No entanto, isto faz com que seja um gás de alta densidade, obtendo um efeito refrigerante mais elevado com uma massa de circulação reduzida.
A entalpia de evaporação por metro cúbico deslocado (kJ/m3) é muito mais elevada do que para outros gases. Isto implica deslocações mais pequenas do compressor e diâmetros de tubagem mais pequenos.
Ao trabalhar com CO2 para refrigeração, devemos utilizar um diagrama P-h alargado, ou seja, para além das zonas habituais de vapor, vapor-líquido e líquido que podem ser vistas no diagrama de Mollier de qualquer refrigerante convencional, devemos também representar a zona acima do ponto crítico (fase supercrítica), bem como as zonas abaixo do ponto triplo.
O gráfico seguinte mostra o estado físico do CO2 em função da pressão (P) e da entalpia (h). Modificando estas duas variáveis, podemos obter quatro fases claramente diferenciadas: sólido, líquido, vapor e fluido supercrítico; para além de 3 outras zonas intermédias de mistura de duas fases: sólido-líquido, sólido-vapor e líquido-vapor.
Em comparação com outros refrigerantes, é surpreendente que mesmo a temperaturas muito baixas obtenhamos pressões de saturação elevadas (por exemplo, 0 °C ⟹ 35 bar). Os seguintes pontos no diagrama de fases devem ser observados:
É comum utilizar um diagrama de Mollier simplificado para representar os ciclos das máquinas de refrigeração, onde nem a área contendo sólido ou sólido-líquido (lado esquerdo) nem a área abaixo do ponto triplo (< 5,2 bar) são representadas. Assim, o diagrama para uma utilização normal de refrigeração seria representado apenas pelas zonas que contêm líquido e vapor (ou líquido-vapor), muito semelhante ao diagrama para qualquer outro refrigerante de uso quotidiano, mas com pressões muito mais elevadas:
À medida que o ponto crítico se aproxima, as densidades do líquido e do vapor tendem para o mesmo valor, e a diferença entre o líquido e o vapor desaparece quando o ponto crítico é atingido. Aparece uma região de alta densidade.
O facto de podermos trabalhar abaixo do ponto crítico ou não, vai definir o tipo de equipamento e o modo de funcionamento, obtendo-se sistemas totalmente diferentes. Nos equipamentos de refrigeração arrefecidos a ar, com temperaturas ambiente inferiores a cerca de 25 °C podemos trabalhar num ciclo subcrítico, enquanto que com temperaturas superiores teremos de trabalhar num ciclo transcrítico.
Hoje em dia, a refrigeração com amoníaco, também conhecido como NH3 ou R717, é uma…
A refrigeração é fundamental para a produção do queijo Manchego. O leite provém de ovelhas…
O processo de fabrico do queijo começa com a produção de leite, que deve ser…
This website uses cookies.