Sistemas de arrefecimento direto e indireto

Os sistemas de refrigeração têm mais do que uma aplicação, como a conservação de alimentos, o arrefecimento de equipamentos, etc. O sistema extrai o calor de um ambiente e transfere-o para outro, arrefecendo-o primeiro.

Dispomos de uma grande variedade de sistemas de refrigeração, todos eles diferentes, o que nos dá a possibilidade de escolher o sistema de refrigeração que melhor se adapta às nossas necessidades, ao que procuramos.

Para sabermos qual é o melhor em cada situação, temos de os definir a vários níveis e identificar as suas vantagens e desvantagens. No nosso artigo vamos focar-nos em saber mais sobre os sistemas de refrigeração direta e indireta.

Sistemas de arrefecimento direto e indireto

Os sistemas de refrigeração podem ser classificados da seguinte forma:

Sistemas directos: O gás refrigerante comprimido e condensado sai das salas de máquinas e é distribuído para as unidades de utilizador remotas (evaporadores) (Figura 1a).

Sistemas indirectos: O gás refrigerante é confinado na zona de geração de arrefecimento, onde a potência de arrefecimento é transferida para um fluido intermédio, através de um permutador. O fluido intermédio, acionado por um sistema de bombagem, transporta-o para os utilizadores finais, tais como refrigeradores de ar, permutadores, serpentinas de depósito, etc. (Figura 1b).

Sistemas indirectos

Pontos fortes e vantagens

• Limita os riscos associados às fugas de refrigerante, reduzindo os riscos para as pessoas e para o ambiente, minimizando as perdas de produção.
• Redução da carga de refrigerante em comparação com sistemas directos semelhantes.
• Abre as possibilidades de utilização de refrigerantes naturais como o R-717 e de hidrocarbonetos e HFC de baixo PAG que, devido à sua toxicidade e/ou inflamabilidade, os tornam desaconselháveis para instalações de refrigeração direta, devido ao elevado teor de gás e à extensa rede de distribuição que chega a zonas com presença de pessoal e produtos.
• Possibilidade de criar sistemas compactos com a possibilidade de testar o funcionamento e o desempenho em fábrica, resultando em produtos “Plug & Play” que não requerem ligações de refrigeração no local ou longos períodos de montagem e colocação em funcionamento. Este tipo de sistema ajuda a garantir não só o desempenho contratual, mas também a assegurar e encurtar os prazos de entrega.
• Para reduzir os custos de bombagem, especialmente quando se opera a baixas temperaturas, é possível utilizar fluidos à base de álcool, água de amoníaco ou fluidos de mudança de fase. Por exemplo, CO2 ou “Ice Slurry” como refrigerante ou com sistemas periféricos de CO2 em cascata.
• Reduz a necessidade de o pessoal com um elevado grau de especialização em montagem, colocação em funcionamento e manutenção se deslocar às instalações durante longos períodos de tempo.
• Reduz o tamanho da casa das máquinas ou simplesmente elimina-a.
• Possibilidade de acumulação de energia de arrefecimento. Bons exemplos são as indústrias dos lacticínios e da cerveja, onde os tanques de armazenamento a frio são habitualmente utilizados.

Pontos fracos e desvantagens

• Possíveis custos de investimento inicial mais elevados devido a bombas e permutadores de calor. Por outro lado, o custo do sistema de distribuição e dos arrefecedores de ar é menor, especialmente no caso dos sistemas com R-717.
• Estes efeitos podem ser atenuados pela utilização de sistemas com caudais variáveis do fluido intermédio e pela utilização de gases de baixo custo com melhor C.O.P., que são mais difíceis de utilizar em sistemas directos.

Ameaças – ATENÇÃO – O diabo está nos pormenores!

• O circuito secundário NÃO É um simples trabalho de canalização.
• Se for utilizado um reservatório-tampão, há que ter cuidado na conceção do circuito para evitar misturar o retorno e a descarga do fluido-tampão, especialmente com caudais variáveis.
• Com vários chillers a funcionar em paralelo, é necessário ter em atenção a regulação do funcionamento do sistema em carga parcial (ASHRAE Handbook – HVAC System and Equipment 11 – Carlo Pizzetti Refrigeration and Air Conditioning. Cap. 10.13)
• Os fluidos secundários MEG, MPG e similares podem ser extremamente corrosivos em caso de oxidação dos seus componentes inibidores e de controlo do pH. Por conseguinte, o contacto do fluido secundário com a atmosfera deve ser evitado tanto quanto possível durante as operações de instalação e manutenção. É importante analisar a qualidade do fluido durante o reabastecimento e a seleção correcta do sistema de expansão.
• Seleção cuidadosa dos materiais para o circuito secundário e sua conceção, de acordo com a temperatura de funcionamento, dilatações, suportes e escolha rigorosa da melhor relação custo/qualidade, por exemplo, tubo de aço inoxidável soldado UNE – EN10217-7 com baixa espessura – 76,1 x 2, 84 x 2, 104 x 2, 129 x 2. Nos tubos de plástico, verificar a compatibilidade com as baixas temperaturas e adaptar o sistema de montagem aos elevados índices de dilatação.
• Calcular corretamente a inércia térmica necessária, ou seja, o volume necessário de fluido secundário, em relação à potência de arrefecimento, para garantir o funcionamento correto do sistema de controlo do chiller.

Oportunidades de arrefecimento indireto

• O atual quadro regulamentar, em que a maioria dos fluidos refrigerantes HFC tende a desaparecer ou a atingir preços de custo mais impostos muito elevados, abre uma grande oportunidade de mercado para a utilização de sistemas de refrigeração indireta, em que a carga de fluido refrigerante é muito menor e controlada.

• Do mesmo modo, se nos centrarmos na regulamentação espanhola (RSIF’2019), as instalações que consistem em sistemas indirectos cujo circuito primário é constituído por equipamentos compactos, independentemente do fluido frigorigéneo utilizado, podem ser instaladas por instaladores de nível 1, o que abre uma grande porta à comercialização deste tipo de sistemas, uma vez que não requerem instaladores tão especializados.

Limitações dos sistemas indirectos

• Para aplicações a baixa temperatura, são necessários sistemas mais complexos e dispendiosos.

Para escolher um sistema em detrimento de outro, é aconselhável não só avaliar o LCC (custo do ciclo de vida da instalação), mas também avaliar os riscos para as pessoas, o ambiente e a atividade do cliente, tais como perdas de produção ou incumprimento contratual na entrega dos produtos. Avaliar com o cliente o impacto do sistema de refrigeração no seu custo de produção por unidade de produto. Por último, avaliar a possível redução do custo dos prémios de seguro.