Os sistemas de refrigeração industriais têm sido impulsionados por diversas estratégias e tecnologias que visam a redução de energia, custos e impacto ambiental.
Em outros textos, destacamos o inversor de frequência e o seu impacto neste viés.
Já neste texto, o foco está na configuração de novos sistemas e a utilização de novos fluidos refrigerantes. Sempre buscando o mesmo objetivo: soluções eficientes e sustentáveis.
Entre as inovações que podem ser mencionadas neste cenário, destaca-se neste texto os impactos de utilizar o dióxido de carbono (CO₂) como fluido refrigerante, em especial na função de fluido secundário.
Embora sistemas de resfriamento utilizem com grande frequência a salmoura à base de água, o CO₂ tem ganhado espaço ao longo dos anos neste cenário, visto sua capacidade na redução do consumo de energia, melhorar a eficiência operacional e minimizar impactos ambientais.
Por isso, o presente texto explora como esse fluido refrigerante — o CO₂ —, quando utilizado como fluido de resfriamento secundário em sistemas industriais e comerciais, pode representar uma solução mais eficiente do que os métodos convencionais.
Então, espere aprender sobre os fundamentos do método até os benefícios técnicos observados na prática.
Por que repensar os fluidos secundários?
Caso você não saiba, nos sistemas indiretos de refrigeração, o fluido secundário circula entre o evaporador e os pontos de carga térmica (que podem ser câmaras frias ou trocadores).
Nesse cenário, é comum utilizar soluções salinas ou glicóis como meio de transferência de calor.
No entanto, a capacidade térmica desses fluidos é limitada e isso demanda grandes volumes desses para transportar o mesmo nível de energia térmica.
E qual o malefício presente até então? A resposta é o aumento do consumo energético das bombas e as perdas térmicas nas tubulações.
O CO₂ neste contexto, vem como uma interessante alternativa por combinar propriedades termodinâmicas favoráveis, como o alto calor latente de vaporização, viscosidade relativamente baixa e capacidade de operar em regime bifásico.
Tais fatores implicam na maior densidade de transporte de energia térmica e menor exigência de bombeamento.
Com isso, substituir salmouras por CO₂ como fluido secundário pode trazer ganhos expressivos de eficiência e redução de custos operacionais.
Mas, quais outros benefícios podem ser extraídos por meio do uso do CO2 como fluido secundário?
1. Redução significativa da energia de bombeamento
Como foi dito, o trabalho mecânico das bombas é um dos principais responsáveis pelo aumento no consumo de energia, uma vez que devem movimentar grandes volumes de fluido para garantir a troca térmica necessária — salmouras absorvem calor apenas por variação de temperatura (calor específico), e não por mudança de fase.
Quanto ao CO₂, quando usado como fluido secundário em estado saturado, absorve calor principalmente por meio da vaporização (calor latente), sendo processo termodinamicamente mais eficiente.
Desta forma, o volume de fluido necessário para transportar a mesma quantidade de energia é muito menor.
Praticamente, a energia de bombeamento pode ser reduzida em até 90% se comparada ao uso de salmouras tradicionais.
Além disso, é interessante o fato de que o próprio calor gerado pelas bombas centrífugas também deve ser removido pelo sistema de refrigeração, e considerando o bombeamento mínimo pelo CO₂ como refrigerante secundário, essa fonte de calor proveniente do trabalho da bomba praticamente desaparece.
2. Aumento da pressão de sucção: ganho indireto de eficiência
A pressão de sucção também é outro fator importante para a eficiência do sistema de refrigeração.
Enquanto a temperatura de evaporação do refrigerante primário precisa ser baixa para compensar a diferença de temperatura (delta T) da entrada e saída do fluido secundário em sistemas com salmoura, o CO₂ utilizado em estado quase saturado (bifásico) opera com uma temperatura constante ao longo do circuito.
Com isso:
- A queda de pressão e temperatura são mínimas;
- A temperatura de evaporação no evaporador primário melhora o Coeficiente de Performance (COP) do sistema;
- O compressor se esforça menos para uma mesma carga térmica;
- Ocorre um aumento na temperatura de evaporação que pode ser traduzido em economias a longo prazo.
3. Redução de perdas por radiação e condução térmica
Outro ponto importante na viabilização do CO2 como fluido refrigerante secundário está nas perdas térmicas que ocorrem por condução nos circuitos de distribuição do fluido secundário, que são traduzidos em desperdício significativo de energia.
Além disso, os sistemas operam com temperaturas negativas e grande volume de fluido, exigindo tubulações longas de alimentação e retorno com particularidades — diâmetros elevados e isolamento térmico robusto.
O CO₂, neste contexto, exige diâmetros menores devido à menor demanda de volume de fluido, implicando em menores perdas por radiação e condução térmica.
Em sistemas convencionais com salmouras, essas perdas podem representar até 15% da carga de refrigeração total. Com CO₂, esse número cai drasticamente, reduzindo a exigência sobre a capacidade da unidade de resfriamento e o consumo geral do sistema.
Além disso, o menor diâmetro das tubulações também implica menores custos de instalação, isolamento e manutenção, reforçando os benefícios econômicos.
4. Dados práticos e resultados em campo
A aplicação prática desse conceito apresentado no texto já se é visto em diversas instalações comerciais e industriais.
Por meio de uma comparação realizada com uma câmara frigorífica de 500 kW de alta temperatura e 500 kW de média temperatura, foi constatada uma redução de consumo energético entre 20% e 24% ao substituir salmouras tradicionais por CO₂ como fluido secundário.
Com outro exemplo realizado na rede dinamarquesa de supermercados Netto, a qual utiliza sistemas de refrigeração transcrítica com CO₂, observou-se uma eficiência energética superior se comparada aos sistemas HFC convencionais, inclusive nos meses mais quentes do ano.
5. Viabilidade e futuro do CO₂ como fluido secundário
De fato, o investimento inicial em sistemas com CO₂ é ligeiramente superior devido à menor disponibilidade de componentes e à necessidade de capacitação técnica.
No entanto, é inegável que o retorno sobre o investimento é perceptível em poucos anos, o que é reflexo da economia de energia e da durabilidade dos componentes.
Além disso, o cenário regulatório internacional tende a favorecer o uso de CO₂, com restrições e taxações cada vez mais severas sobre HFCs, que por meio de metas desejam a eliminação por completo até 2030.
Conclusão
A substituição da salmoura pelo CO₂ como fluido secundário em sistemas de refrigeração indica um passo significativo em direção à eficiência energética, sustentabilidade ambiental e viabilidade econômica.
Atingindo a redução do consumo de energia para bombeamento, otimizando o desempenho térmico do sistema e diminuindo as perdas por condução térmica, a solução explorada neste texto tem caráter promissor para o presente e o futuro da refrigeração industrial e comercial.
Portanto, empresas que desejam alinhar desempenho operacional com responsabilidade ambiental podem adotar o CO₂ como fluido secundário.
