Refrigeração por amoníaco (NH3 – R717)
Hoje em dia, a refrigeração com amoníaco, também conhecido como NH3 ou R717, é uma das principais alternativas, mas porquê?
O amoníaco ou NH3 é um refrigerante natural do tipo L2, utilizado principalmente em grandes instalações industriais, conhecidas como chillers ou instalações de refrigeração. A tecnologia de refrigeração com NH3 destaca-se pelas suas excelentes propriedades termodinâmicas.
O seu desempenho permite a sua aplicação em temperaturas médias e baixas, atingindo temperaturas até -70 ºC.
Propriedades do amoníaco (NH3 - R717)
| Principais características do amoníaco | |
| Fórmula química | NH3 |
| Densidade do líquido a +20ºC | 610 kg/m3 |
| Densidade do gás a +20ºC | 0,78kg/m3 |
| Densidade relativa do gás (em relação ao ar) | 0,6 |
| Ponto triplo | -77,7 ºC |
| Temperatura de evaporação a 1,013 bar | -33,4 ºC |
| Temperatura de ignição (DIN 51794) | + 651 ºC |
| Concentração de explosivos em volume | 15-28% |
| Concentração de explosivos por peso | 114-212,8 g/m3 |
| Concentração explosiva em p.p.m. | 150000 – 280000 ppm |
| Aumento de volume com mudança de estado | 800 vezes |
| Muito solúvel em água (litros de NH3/litro de água) | 1140 a 0ºC |
| Provoca queimaduras na pele | |
| Qualidade exigida do amoníaco para utilização como refrigerante | |
| Pureza | 99,98% |
| Teor máximo de água | 150 ppm |
| Óleo usado | 3 ppm |
| Indizível | 0,2 ml/g |
Porque é que o amoníaco é utilizado na refrigeração?
A refrigeração por amoníaco surge principalmente devido às consequências relacionadas com a utilização de refrigerantes de halocarbonetos (HFC, HCFC e CFC) que estes provocam:
- A destruição da camada de ozono levou à sua proibição através do Protocolo de Montreal.
- O aquecimento global como consequência da emissão de gases com efeito de estufa. Este facto levou à necessidade de limitar e mesmo proibir a utilização de HFC, que tinham sido introduzidos como substitutos dos CFC e HCFC. Com o objetivo de regularizar esta situação, foi formalizado o Protocolo de Quioto.
Isto reforçou o objetivo do Acordo de Paris, que visa manter o aquecimento global abaixo dos 1,5°C a 2°C até 2100. Devemos também ter em conta que estas emissões serão cada vez mais restringidas a nível mundial até serem finalmente proibidas.
Para resolver a futura escassez de fluidos refrigerantes, foram consideradas e desenvolvidas duas possibilidades:
- Sintetizar novos fluidos frigorigéneos, embora, após o seu fracasso e a proibição dos conhecidos HFC como “substitutos”, esta alternativa apenas conduza ao desconhecido.
- Utilizar refrigerantes naturais conhecidos que sejam compatíveis com a proteção do ambiente.
Os refrigerantes naturais não contribuem para a destruição da camada de ozono, o aquecimento global ou a segurança ecológica. Além disso, permite reduzir a sua contribuição indireta para o aquecimento global.
Os refrigerantes naturais atualmente utilizados são:
- Ar (R-729)
- Água (R-718)
- Dióxido de carbono ou CO2 (R-744)
- Amoníaco ou NH3 (R-717)
Além disso, existem também hidrocarbonetos HC: propano (R-290), propileno (R-1270), butano (R-600), isobutano (R-600a), etano (R-170).
A utilização de qualquer um destes fluidos pode envolver determinados riscos, mas estes serão controlados através de uma execução e manutenção correctas, com base na vasta experiência disponível e no cumprimento dos regulamentos, decretos e normas locais aplicáveis.
Benefícios e vantagens da refrigeração por amoníaco
O amoníaco (NH3 ou R717) tem sido utilizado como fluido frigorigéneo desde o final do século XIX e continua a ser uma escolha popular hoje em dia, especialmente em aplicações industriais e comerciais. A sua utilização deve-se a uma série de benefícios e vantagens que o tornam uma alternativa atraente aos refrigerantes sintéticos.
Benefícios
A tecnologia de refrigeração com amoníaco ou NH3 apresenta as seguintes vantagens
- Eficiência e desempenho superior ao de outros gases HFC como o R134a, R290 ou mesmo o CO2.
- Fiabilidade e segurança devido às normas em vigor que regulam a aplicação segura nas suas instalações e ao seu odor caraterístico, fácil de identificar em caso de fuga.
- Sustentabilidade ambiental. O R717 é um fluido frigorigéneo natural com zero GWP e ODP.
- Investimento inteligente, devido ao seu rápido retorno do investimento com o máximo desempenho.
Vantagens
A tecnologia de refrigeração com amoníaco ou NH3 apresenta as seguintes vantagens
- Eficiência energética. Graças às suas excelentes propriedades termodinâmicas, o consumo de eletricidade é reduzido e obtém-se um rápido retorno do investimento.
- Manutenção reduzida. É um sistema optimizado e compacto graças à funcionalidade do seu sistema de refrigeração.
- Relação custo-eficácia, devido à abundância deste refrigerante natural, o seu custo é baixo.
- Baixa carga de refrigerante. Graças à conceção de carga crítica sem reservatório, também incorpora componentes de poupança de energia.
- Sem necessidade de casa das máquinas. Sistema com condensador de ar incorporado, concebido para instalação no exterior.
- Sem consumo de água. Graças à condensação do ar para temperaturas até 47ºC, o sistema está assim livre do risco de legionelose.
- Compatibilidade com um sistema de arrefecimento indireto de glicol de fluxo variável (opcional).
- Menor custo de fabrico. O seu sistema de refrigeração utiliza tubos de aço de menor diâmetro, o que resulta em poupanças.
Quais são as aplicações da refrigeração por amoníaco?
O amoníaco desempenha um papel fundamental numa vasta gama de aplicações no domínio da refrigeração, garantindo a qualidade e a segurança dos produtos e dos processos. As suas principais funções incluem:
- Matadouros industriais: Utilizado em actividades como a conservação, câmaras de congelação e salas de desmancha, onde garante um arrefecimento eficaz do produto, mantendo as condições óptimas de temperatura e humidade.
- Lojas de frutas e legumes: Essencial para manter condições óptimas de temperatura e humidade, preservando a qualidade dos produtos durante o armazenamento. É também utilizado em câmaras de atmosfera controlada para retardar o amadurecimento de certos frutos.
- Indústria da pesca: Utilizado na conservação de produtos frescos e congelados, garantindo temperaturas adequadas para a conservação do peixe em fábricas de gelo e câmaras de conservação.
- Indústrias de laticínios e fábricas de lacticínios: Utilizadas para o arrefecimento e conservação do leite e seus derivados, coordenando a carga térmica com a produção de frio para garantir a eficiência energética.
- Fábricas de bebidas: Gere a temperatura durante os processos de fermentação, evitando a cristalização da água e assegurando o desenvolvimento adequado das estirpes de levedura.
- Indústria de plásticos: Controla a temperatura na transformação de plásticos, garantindo a forma desejada das peças moldadas.
- Outros processos industriais: Utilizado no arrefecimento de equipamento de soldadura, automóvel, aeronáutica e outros processos que requerem um controlo preciso da temperatura.
Preço
Em geral, o amoníaco tende a ser mais barato do que muitos outros refrigerantes sintéticos devido à sua disponibilidade e ao facto de ser um produto químico relativamente simples de produzir. No entanto, é importante notar que o preço do amoníaco pode flutuar devido a factores como a oferta e a procura no mercado global de produtos químicos, os custos de produção e de transporte, bem como os regulamentos governamentais que podem afetar a sua produção e utilização.
Por último, ao avaliar o preço do amoníaco na refrigeração, é importante considerar não só o custo inicial de aquisição, mas também os benefícios a longo prazo em termos de eficiência energética, manutenção e cumprimento das normas ambientais.
Cálculo do ciclo de vida. Instalação de refrigeração R717 – Dados do projeto.
| Instalação de refrigeração de NH3 | |
| Horas anuais de “handling” (pessoal que trabalha na carga/descarga e outras actividades): | 3.840h |
| Horas restantes por ano em regime de “manutenção” | 4.920h |
| Capacidade de refrigeração | 1.200 kW |
| Potência horária nominal absorvida pelos compressores | 325 kW |
| Potência média anual absorvida pelos compressores em modo de manuseamento | 230 kW |
| Potência nominal horária absorvida pelos equipamentos auxiliares (ventiladores, bombas, resistência eléctrica, etc.) | |
| Potência média horária absorvida pelo equipamento auxiliar em modo de manuseamento | 38 kW |
| Potência horária média absorvida pelos compressores em modo de manutenção (4.920h) | 120 kW |
| Potência média horária absorvida pelo equipamento auxiliar em modo de manutenção (4,920h) | 22 kW |
| Ciclo de vida considerado | 15 anos |
| Custo atual da eletricidade | 0,11€/kWh |
| Aumento anual do preço da energia | 3% |
| Custo médio da eletricidade durante 15 anos | 0,14€/kWh |
| Juro médio sobre o dinheiro | 5% p.a. |
| Custos anuais de manutenção da instalação de refrigeração | 4% do preço de compra |
Cálculo do ciclo de vida. Instalação de refrigeração R717 – Análise económica.
| Custos repartidos por 15 anos | |
| Estudos anteriores: 30 000 euros | 2.000€ |
| Instalação de refrigeração completa 940 000 euros com juros | 90.562€ |
| Instalações auxiliares para a instalação de refrigeração 180.000€ (eletricidade, água, ar comprimido, etc.) | 17.342€ |
| Custos médios anuais de energia durante 15 anos: 1.631.280 kW-h x 0,14€/kW | 228.379€ |
| Custos de funcionamento da instalação de frio (1 operador 20% tempo) | 6.600€ |
| Custos de manutenção (instalações de refrigeração e auxiliares) | 3.000€ |
| Custos ambientais | 2.000€ |
| Custos de desativação (60 000 €/15) | 4.000€ |
| Custo anual total | 353.883€ |
| Consumo de eletricidade em percentagem do consumo total: 65%. | |
Precauções relativas à refrigeração com amoníaco
As medidas preventivas são essenciais para garantir o funcionamento fiável do equipamento ao longo da sua vida útil, assegurando simultaneamente o seu funcionamento com a máxima eficiência:
- É obrigatório contratar a manutenção preventiva com uma empresa autorizada, o que, de acordo com o RD 552/2019, é obrigatório para as instalações de nível.
- A manutenção deve ser efectuada de acordo com o manual de instruções fornecido pelo fabricante. Não se deve esquecer que o incumprimento da frequência e/ou do âmbito das inspecções pode levar à perda de garantias e, além disso, desrespeita o princípio da ação preventiva (Lei 31/1995 e RD 486/1997).
- Nos últimos anos, tem-se verificado um aumento notório das contrafacções no sector da refrigeração, cabendo ao utilizador exigir a apresentação de um certificado emitido pelo fabricante original ou de um certificado equivalente, a fim de garantir o cumprimento da legislação nacional e internacional eventualmente aplicável.
Além disso, em termos de segurança na área de trabalho, é importante tomar as medidas de segurança necessárias para garantir que, no caso de um acontecimento inesperado durante o processo de produção, a instalação seja segura e que a sobre-exposição do amoníaco ao ambiente possa ser evitada, o que poderia causar problemas de maior impacto na integridade da área de trabalho, bem como a perda do produto. Por outro lado, trata-se de um gás com um odor caraterístico e fácil de identificar.
Regulamentos aplicáveis
- Parte 1: Introdução da categoria de inflamabilidade 2L. Um método de cálculo de carga baseado na classificação do fluido refrigerante e a adição de dois novos métodos alternativos.
- Parte 2: Alterações aos fluxogramas utilizados para a determinação dos requisitos dos dispositivos de proteção
- Parte 3: Alteração dos requisitos aplicáveis às casas das máquinas.
- Parte 4. Disposições para o manuseamento do vapor de amoníaco.
- Estados Unidos:
- Lei do Ar Limpo (Título VI): Regula as emissões de gases fluorados, incluindo os refrigerantes utilizados nos sistemas de refrigeração.
- Administração de Segurança e Saúde Ocupacional (OSHA): Estabelece normas de segurança no trabalho relacionadas com o manuseamento de amoníaco em ambientes de trabalho.
- Canadá:
- Canadian Environmental Protection Act: regula o manuseamento e as emissões de substâncias perigosas, incluindo refrigerantes como o amoníaco.
- Regulamentos Provinciais de Segurança Ocupacional: Podem estabelecer requisitos adicionais para o manuseamento seguro do amoníaco em ambientes de trabalho.
- Austrália:
- Lei de Controlo de Produtos Químicos: regula o manuseamento seguro de produtos químicos perigosos, incluindo o amoníaco.
- Regulamentos estatais de segurança no local de trabalho: Estabelecem requisitos para o manuseamento seguro do amoníaco em ambientes de trabalho.
- Japão:
- Lei de Controlo de Substâncias Químicas: regula o manuseamento seguro de produtos químicos perigosos, incluindo o amoníaco.
- Regulamentos do Ministério da Economia, Comércio e Indústria (METI): Podem estabelecer requisitos adicionais para o manuseamento seguro de refrigerantes.
