Indústria aposta em compressores para gases de baixo GWP

A indústria global de compressores segue atualizando suas linhas de equipamentos, a fim de permitir o uso mais irrestrito de fluidos frigoríficos alternativos de baixo potencial de aquecimento global (GWP, em inglês) no mercado de refrigeração e ar condicionado.

Para amenizar os efeitos das mudanças climáticas, cerca de 200 países concordaram, em outubro do ano passado, com uma proposta de emenda ao Protocolo de Montreal visando diminuir gradualmente, até a metade deste século, o uso de hidrofluorcarbonos (HFCs) em sistemas do gênero.

Há tempos, diversos fabricantes têm anunciado a ampliação da oferta de compressores homologados para operar com hidrofluorolefinas (HFOs), hidrocarbonetos (HCs) e dióxido de carbono (CO2), entre outros gases.

“Mas o caminho adiante vai envolver escolhas conflitantes”, analisa Mark McLinden, pesquisador do Instituto Nacional de Padrões Tecnológicos dos EUA (NIST).

“As diretrizes de segurança podem ser revisadas para permitir o uso de refrigerantes levemente inflamáveis. Misturas de dois ou mais fluidos podem gerar um refrigerante não inflamável, mas com alto GWP. O CO2 não é inflamável, mas demanda uma completa remodelação dos equipamentos”, exemplifica.

Para os grandes players do setor, essa é uma grande oportunidade. “Novos regulamentos exigem um forte investimento para resolver problemas complexos”,  sustenta Carlos Obella, vice-presidente de serviços de engenharia e gestão de produtos comerciais e residenciais da Emerson na América Latina.

Enquanto essa indústria está no meio de uma transição para refrigerantes mais sustentáveis, a verdade é que não existe uma única solução que atenda a todas as aplicações com o mínimo efeito sobre o meio ambiente.

“A melhor avaliação do refrigerante requer uma abordagem holística, envolvendo segurança, impacto ambiental, desempenho do sistema e economia”, diz.

Atualmente, a Emerson possui uma linha completa de compressores com diversas tecnologias, como scroll, pistão e de parafuso, utilizando refrigerantes sintéticos de baixo GWP, como misturas de R-32 e HFO, além de fluidos naturais, como amônia, CO2 e HCs.

Novos rumos

Segundo os fabricantes, o Brasil tem liderado a aplicação de refrigerantes naturais, como o CO2, na América Latina, particularmente nos supermercados. Mais recentemente, o propano (R-290) chegou com força ao mercado de refrigeração comercial leve e, há muitos anos, o isobutano (R-600a) está presente no segmento de refrigeração doméstica.

“Em 2016, 50% dos nossos lançamentos foram feitos com oferta de fluidos refrigerantes de baixo GWP”, informa o engenheiro mecânico Homero Cremm Busnello, diretor de marketing da Tecumseh na América Latina.

O R-290 continua sendo a opção preferida da companhia para equipamentos de refrigeração comercial autônomos com capacidade inferior a ½ cavalo de potência (hp).

No entanto, a empresa ressalta que, em função de sua alta inflamabilidade, as limitações de carga e os requisitos de segurança devem ser sempre levados em consideração. Aplicações típicas para o R-290 incluem refrigeradores de bebidas, máquinas de venda automática e freezers comerciais.

“A indústria tem se adaptado aos novos fluidos nos últimos anos e, agora, chegou a vez do mercado de reposição prestar seu tradicional suporte à substituição correta e segura de componentes por outros originais”, salienta.

Para o engenheiro Wilson José de Carvalho, gerente de engenharia de produto de refrigeração da Elgin, os novos desenvolvimentos demandam mão de obra mais qualificada.

“O uso do R-134a e do R-404A já está se difundido no mercado, mas, quanto aos fluidos naturais, tanto os usuários quanto os técnicos de refrigeração terão de se preparar melhor, por causa da periculosidade e de outras características dessas substâncias”, ressalta.

“As empresas precisam investir em treinamentos para os operadores desses novos equipamentos”, concorda o engenheiro Silvio Guglielmoni, gerente comercial da Mayekawa no Brasil.

Segundo o gestor, a indústria japonesa tem desenvolvido soluções de engenharia utilizando refrigerantes naturais para uma extensa faixa de temperaturas em sistemas de aquecimento e resfriamento.

“Chamamos essas soluções de Natural Five, pois englobam cinco refrigerantes desse tipo: amônia (NH3), CO2, água (H2O), HC e ar”, diz.

Tais substâncias são usadas em instalações de aquecimento, secagem, fornecimento de água quente, ar condicionado, resfriamento, refrigeração e congelamento em um range de temperaturas variando de 200 ºC a -100 ºC.

“A aplicação desses fluidos naturais e as soluções de engenharia em eficiência energética visam apoiar o desenvolvimento sustentável, não afetando a camada de ozônio e diminuindo drasticamente o aquecimento global”, reforça.

Nos últimos meses, a Danfoss tem trabalhado forte no desenvolvimento de equipamentos para gases de baixo GWP, incluindo unidades condensadoras. Uma das prioridades da empresa é validar o portfólio atual de compressores para os novos fluidos alternativos.

“Quando falamos de soluções ambientalmente amigáveis, o mercado brasileiro tem sido influenciado externamente, mas o que mais pesa na hora da escolha dessas tecnologias ainda é o custo da energia”, lembra o gerente de contas de compressores comerciais da companhia, Gustavo Asquino.

Em busca do substituto ideal para os HFCs

Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões Tecnológicos dos EUA (NIST) finalizaram, em fevereiro, um estudo de vários anos para identificar os “melhores” candidatos entre os fluidos refrigerantes que, no futuro, terão o menor impacto sobre o clima.

Infelizmente, todos os 27 gases que o NIST identificou como os melhores a partir de uma análise de desempenho são, no mínimo, levemente inflamáveis, o que não é permitido pelas diretrizes de segurança dos EUA e de outros países para a maioria das aplicações. E diversas substâncias da lista são altamente inflamáveis, como o R-290.

Em outras palavras, o estudo não encontrou nenhum refrigerante ideal que combinasse baixo GWP  – uma medida da quantidade de calor que um gás retém quando liberado na atmosfera – com outras características desejáveis de performance e segurança, como não ser inflamável e nem tóxico.

“A conclusão é de que não há um substituto fácil e perfeito para os refrigerantes atuais”, diz Mark McLinden, engenheiro químico do NIST. “Durante o estudo, pensávamos que encontraríamos algo mais. Acontece que não há muita coisa. Então, o resultado foi um pouco inesperado, um pouco decepcionante.”

Órgãos reguladores norte-americanos já admitiram a dificuldade de escolher novos refrigerantes. A Agência de Proteção Ambiental (EPA) ainda não estipulou limites específicos de GWP, mas tem, em vez disso, conduzido análises de risco comparativo para cada fluido e finalidade. Os critérios incluem efeitos atmosféricos e os impactos correlatos no meio ambiente e na saúde, riscos ao ecossistema, riscos ao consumidor, inflamabilidade, custo e disponibilidade.

Com o intuito de ajudar a indústria e os formuladores de políticas públicas dos EUA a compreenderem os limites e as escolhas intrincadas que envolvem a redução gradual dos HFCs, o NIST realizou, durante quatro anos, uma pesquisa abrangente para achar os melhores fluidos alternativos com baixo GWP e apenas um componente em sua fórmula.

O estudo do NIST focou em possíveis fluidos substitutos para os sistemas de ar condicionado pequenos, que são comuns em residências e pequenas empresas. Uma mescla de HFCs chamada R-410A é agora o refrigerante mais popular em tais sistemas.

Essas unidades são lacradas, o que significa que elas não devem liberar HFCs na atmosfera. Entretanto, os sistemas podem ter vazamentos, e quando eles recebem manutenção ou são descartados, o refrigerante tem o risco de escapar e não pode ser recuperado e reciclado, disse McLinden.

O estudo fez uma triagem em um banco de dados de mais de 60 milhões de substâncias químicas, estimando as propriedades unicamente com base na estrutura molecular. Isso foi feito com a ajuda de um método computacional desenvolvido anteriormente no NIST.

Visto que todos os refrigerantes atuais são pequenas moléculas, a pesquisa do NIST ficou limitada a moléculas com 18 ou menos átomos e a apenas oito elementos que formam compostos voláteis o suficiente para servirem como refrigerantes. Esta seleção inicial resultou em 184 mil moléculas que seriam melhor analisadas depois.

A triagem por propriedades energéticas que correspondem aos fluidos utilizados em pequenos sistemas de ar condicionado e a um GWP menor que 1.000 (entende-se por convenção que representa os efeitos por um período de 100 anos) rendeu 138 fluidos.

Os pesquisadores, então, simularam o desempenho destes 138 compostos em ares-condicionados. Um parceiro dentro da Universidade Católica dos Estados Unidos, em Washington, ajudou a desenvolver o modelo de simulação e a avaliar os resultados. Seleções adicionais para descartar compostos quimicamente instáveis ou muito tóxicos ou aqueles com baixa eficiência energética culminaram na lista final de 27 fluidos com baixo GWP.

O R-290, por exemplo, tem um GWP de 3, muito menor que o valor do R-410A, de 1.924. Entre os potenciais refrigerantes com os menores índices de GWP, encontra-se a amônia, geralmente utilizada em grandes sistemas de refrigeração industriais. Contudo, ela tóxica e levemente inflamável.

Além disso, há o dimetil éter, um propelente e potencial combustível que é um pouco menos inflamável do que o R-290. O CO2 possui um GWP de 1 e não é inflamável, porém necessitaria de um tipo diferente de ciclo de refrigeração para operar sob pressões muito altas. Outros compostos de baixo GWP são as HFOs, atual foco de pesquisa da indústria química global, mas elas são ligeiramente inflamáveis.

Embora não haja um limite específico de GWP nos EUA, datas de redução em fases foram estipuladas para os HFCs com maior GWP. (Na União Europeia, refrigerantes com GWP abaixo de 750 são permitidos em sistemas de pequeno porte.)

A lista do NIST pode oferecer novas ideias, porque inclui muitos refrigerantes que ainda não estão na lista da EPA de substitutos aceitáveis. “A indústria de refrigeração vem desenvolvendo ativamente novos fluidos levemente inflamáveis, e os resultados do atual estudo sustentam esse caminho”, afirma McLinden.

“Olhando adiante, as conclusões do estudo do NIST indicam a necessidade de reconhecer e lidar com escolhas conflitantes no planejamento para o futuro”, completa.

Mas como as diretrizes de segurança deveriam ser alteradas para garantir que os compostos inflamáveis sejam usados seguramente? “Misturas de diferentes refrigerantes podem oferecer um equilíbrio entre segurança e baixo impacto climático. Por exemplo, um fluido com baixo GWP, mas inflamável, mesclado com um fluido não inflamável, porém de alto GWP, pode resultar num fluido não inflamável com um valor moderado de GWP”, explica McLinden.