Gestão inteligente aumenta performance dos racks de compressores

Compressores interligados em paralelo chegam a economizar 50% de energia elétrica em relação aos sistemas de refrigeração tradicionais. Contudo, a decisão sobre utilizar num supermercado um rack instalado numa casa de máquinas ou equipamentos frigoríficos autônomos depende do tamanho e do conceito da loja.

“Para estabelecimentos menores ou supermercados de bairro, a opção por sistemas self-contained acaba sendo a melhor escolha, em função de fatores como menor capacidade de refrigeração requerida, facilidade de instalação, custo e espaço disponível no prédio”, diz o gerente de novos negócios da Embraco, Fernando Fischer.

“Em contrapartida, para grandes supermercados, onde a necessidade de carga térmica é muito maior, a opção pelo rack continua sendo a melhor, pois consegue suprir diversos equipamentos e expositores em corredores refrigerados de forma centralizada”, ressalta. 

Uma das grandes vantagens dos racks de compressores é a possibilidade de operar o sistema de refrigeração conforme a demanda. Afinal de contas, há situações em que apenas 70% da carga instalada é utilizada no mesmo instante, uma vez que sempre há evaporadores em degelo ou câmaras frias sem necessidade de trocar calor, por já terem atingindo sua temperatura programada.

Segundo profissionais da área de engenharia térmica, um projeto do gênero sempre tem de considerar aspectos como eficiência energética, robustez dos compressores e facilidade de operação e manutenção.

Os cálculos de carga térmica também devem ser precisos e levar em conta as flutuações que ocorrem no período de operação da loja, que, no caso de sistemas de supermercados, têm uma variação muito grande.

“Isso obriga o projetista a criar uma central com várias etapas de capacidade, para que o sistema tenha sempre um equilíbrio entre capacidade de refrigeração e carga de calor absorvida nas câmaras e salão de vendas”, explica o consultor técnico sênior da Danfoss, Marcos Bernardi, lembrando que gerenciamento eletrônico é essencial para garantir a performance do conjunto.

Atualmente, são utilizados conversores de frequência nos compressores e nos ventiladores dos condensadores – ou ventiladores EC, com eletrônica embutida para variação de velocidade –, para que o equilíbrio entre capacidade de refrigeração do sistema e demanda térmica seja ainda mais eficiente.

“Essas tecnologias integradas – gerenciamento eletrônico e variação de rotação em motores – diminuem o número de partidas de equipamentos, o que gera conservação dos componentes e economia de energia”, informa.

A performance dos compressores e condensadores também depende de trocadores de calor bem dimensionados e modernos, que podem diminuir a diferença de temperatura entre a evaporação/condensação do fluido refrigerante e o meio. Isso possibilita que os compressores trabalhem com pressões de sucção mais altas, aumentando sua eficiência.

“Os sistemas de gerenciamento de óleo com reguladores de nível eletrônicos agora equipam a maioria dos racks, melhorando muito a qualidade e vida útil dos equipamentos. Quanto aos expositores frigoríficos, a indústria vem oferecendo, nos últimos anos, novos modelos que possuem portas ou fechamento na parte superior, o que contribui para a diminuição da carga térmica e, consequentemente, do porte dos equipamentos nas casas de máquinas”, enfatiza.

Fluidos refrigerantes

Em matéria de fluidos frigoríficos, o mercado de refrigeração comercial está passando por um momento de profundas transformações. Substâncias capazes de afetar a camada de ozônio e contribuir com o aquecimento global estão sendo substituídas, em função de exigências legais e preocupações de ordem ambiental.

A seleção dos refrigerantes a serem utilizados em racks de compressores, portanto, sempre deve considerar o custo de provável reposição ou complemento da carga em

serviços de manutenção, além da sua disponibilidade para obtenção no mercado.

Sistemas com o hidroclorofluorcarbono (HCFC) R-22 já não são mais fabricados, embora esse gás, utilizado tanto nos circuitos de média temperatura quanto nos de baixa, ainda seja predominante no mercado brasileiro, pelo preço ainda viável e boa disponibilidade no comércio.

Hoje, a maioria dos novos sistemas utilizam os hidrofluorcarbonos (HFCs) R-134a e R-404A, mas esses fluidos estão sendo cada vez mais substituídos por outras substâncias, como o propano (R-290), o dióxido de carbono (R-744) e as hidrofluorolefinas (HFOs).

O R-134a tem sido utilizado para resfriamento de sistemas de fluido secundário com propileno glicol, que é bombeado para os trocadores de calor de média temperatura da planta. “Ele tem a vantagem de ser um fluido puro, e pode ser usado em aplicações de médias e altas temperaturas ou para resfriamento do CO₂ em sistemas do tipo cascata (subcríticos)”, diz Bernardi.

Por ser um HFC eficiente em baixas temperaturas e não gerar calor demasiado na descarga dos compressores, o R-404A é muito utilizado na refrigeração comercial. Sistemas com CO₂ também estão ficando mais comuns, mas, por enquanto, a maior parte é do tipo subcrítico.

Contudo, já existem no Brasil estabelecimentos utilizando CO₂ em ciclo transcrítico. “Em 2016, foram inauguradas duas lojas assim com nossos componentes. Em 2017, serão construídas pelo menos mais três lojas desse tipo, e a Danfoss também vai fornecer todo o sistema de gerenciamento eletrônico”, destaca.

Segundo o gerente comercial da Mayekawa, Silvio José Guglielmoni, existe uma tendência mundial quanto ao uso de refrigerantes naturais, como a amônia (R-717), que está sendo empregada como fluido frigorífico primário em baixa quantidade, ficando restrita à casa de máquinas.

“Como fluido refrigerante secundário, a tendência é utilizar soluções eutéticas para as linhas de congelados e resfriados”, informa o gestor, ao ressaltar que a indústria japonesa está entregando um rack para uma loja do supermercado Guanabara, em Duque de Caxias (RJ), com um projeto desse tipo.

“Esse sistema é composto por um compressor robusto parafuso aberto para toda a carga das linhas de resfriados, um compressor para toda a linha de congelados e um compressor reserva. O sistema ainda conta com resfriadores das soluções eutéticas junto com as bombas para as linhas”, revela.

Outra indústria que espera crescer significativamente no segmento de racks para refrigerantes naturais, principalmente CO₂, é a Embraco. Desde 2015, a companhia está atuando no ramo de compressores semi-herméticos para refrigeração comercial em parceria com a italiana Officine Mario Dorin, um dos principais players do segmento da Europa.

Desde então, o fabricante conquistou diversos clientes no mercado de refrigeração comercial de grande porte, e já está presente em algumas das maiores redes de supermercado do País. “A expectativa das duas empresas é de que a participação dos compressores Dorin aumente significativamente no mercado de racks para refrigeração no Brasil”, salienta Fernando Fischer, da Embraco.

Outra tendência forte no segmento de racks são as HFOs. “Esses fluidos são ideais para quem precisa instalar novos equipamentos ou deseja realizar retrofit, uma vez que contribuem para melhorar a eficiência energética do sistema de refrigeração”, diz o presidente da Chemours no Brasil, Maurício Xavier, referindo-se aos blends da linha Opteon fabricados pela companhia.

Diversos supermercados europeus e norte-americanos já realizaram a substituição dos fluidos R-507, R-404A e R-22 pelo Opteon XP40 (R-449A), como a Ball Food Stores, rede que opera em torno de 30 lojas no entorno de Kansas City, no Missouri.

Segundo o instalador Derek Hileman, o retrofit “não poderia ter sido mais simples”. “A conversão real do sistema levou apenas algumas horas e os racks funcionaram bem desde o início desse processo. Além disso, a temperatura de descarga do compressor com R-449A é muito menor que a do R-22”, diz.

De acordo com Xavier, também há casos de sucesso semelhantes no Brasil. “Na mudança dos HFCs para as HFOs, a redução do consumo energético foi da ordem 3% a 12%, com necessidade mínima de ajustes no sistema”, afirma.

Refrigeração 4.0

Para uma operação confiável dos racks por muitos anos, é importante que sempre haja óleo em quantidade suficiente – não em excesso – nos compressores. A falta de lubrificante acelera o desgaste mecânico e causa sobreaquecimento. Óleo demais pode levar à compressão de líquido, o que também pode danificar o equipamento gravemente.

A gestão adequada do lubrificante está cada vez mais desafiadora, em função da crescente utilização de inversores de frequência, o que causa oscilações consideravelmente mais fortes nas taxas de arrastamento de óleo, e pela utilização cada vez maior de sistemas com CO₂, cujas faixas de pressão, tanto na pressão absoluta quanto na pressão diferencial, são substancialmente mais largas.

A formação de espuma também se alterou por causa dos novos agentes de refrigeração e das novas faixas de pressão. Por isso, torna-se importante poder adaptar e ajustar o regulador de nível de óleo com mais precisão para cada aplicação.

“Além desses desafios mais recentes, também há temas bastante conhecidos na gestão de óleo que carecem de aprimoramento”, diz o vice-presidente de negócios internacionais da Kriwan, Michael Neidhöfer, mencionando que a contaminação do lubrificante é uma causa de muitos problemas.

Seguindo a onda da Internet das Coisas, a indústria alemã desenvolveu um regulador inteligente do nível de óleo, o INT280 Diagnose, que começou a ser introduzido no Brasil recentemente.

Além da função básica de medir o nível de óleo e completá-lo, a inovação se destaca, principalmente, pelo fato de detectar os dados que usa na sua própria operação e compartilhá-los.

O valor de medição mais importante, naturalmente, é o nível de óleo no compressor. “Todo mundo sabe que nessa área existem diferentes sensores, sondas óticas e interruptores boia em especial. A célula de medição ótica da Kriwan oferece uma vantagem essencial na era da Indústria 4.0: ela possui um diodo transmissor ativo e um diodo receptor passivo. Um raio de luz infravermelha é emitido pelo diodo transmissor através de um prisma de vidro e, de acordo com o nível de óleo, é transmitido com maior ou menor força ao diodo receptor”, explica.

“Na nova geração do produto, usamos a vantagem de o diodo transmissor ser um componente ativo, ou seja, ele pode ser modulado na sua atuação e, assim, medir dados adicionais”, acrescenta.

Um possível acúmulo de sujeira no circuito de refrigeração que se deposita no prisma de vidro pode ser detectado mediante essa alteração da potência de transmissão. Pela primeira vez, é possível ler uma informação sobre as interferências do óleo no sensor em smartphone ou no regulador do circuito de refrigeração.

O INT280 também se automonitora. “Cada sistema técnico e qualquer sensor podem sofrer danos, contaminação e envelhecimento. Só agora, com esse automonitoramento ativo, torna-se possível detectar tais estados de forma precoce”, ressalta.

Mas as vantagens da tecnologia vão além. Pela interface de dados ligada ao regulador de refrigeração/climatização, é possível transferir ainda outras informações, como a taxa de arrastamento de óleo. Isso se torna mais fácil se não for necessário calcular o valor exato em m³/h, mas apenas a proporção dos compressores entre si em um rack. “Por exemplo, o compressor 1 arrasta o dobro de óleo que o compressor 2”.

Nesse caso, a densidade do óleo é um parâmetro em comum e com uma boa tubulação simétrica também é possível pressupor que a pressão diferencial seja aproximadamente igual em todos os reguladores de nível de óleo.

Nessa avaliação da taxa de arrastamento de óleo, apenas é necessário comparar os tempos de abertura diferentes das válvulas nos reguladores individuais, e esses tempos são transmitidos pelo INT280 Diagnose aos reguladores, pela interface de dados.

Enfim, o componente estabelece novos padrões em relação à segurança na gestão de óleo. “A aplicação concreta dos conceitos da Indústria 4.0 em compressores torna possível operá-los com muito mais segurança”, arremata o executivo.