Adeus à Refrigeração Baseada em Compressores Tradicionais?

Adeus à Refrigeração Baseada em Compressores Tradicionais?

De Ozgun Danaci, DNV GL

Até recentemente, a indústria da saúde dependia de congeladores de temperatura ultra baixa (ULT) com sistemas de refrigeração em cascata baseados em compressores. Os sistemas em cascata são simplesmente dois ciclos separados de refrigeração em cascata, com compressor, que atingem temperaturas ultra-baixas através da remoção do calor do congelador em duas fases. O primeiro ciclo remove o calor do congelador com o seu evaporador e rejeita esse calor no segundo ciclo com o seu condensador. Uma vez que existe uma diferença significativa de temperatura entre o condensador do primeiro ciclo e o evaporador do segundo ciclo, é possível alcançar temperaturas ultra-baixas. O segundo ciclo devolve então este calor à atmosfera para completar o ciclo de refrigeração.

Figura: Sistema de Refrigeração em Cascata baseado em Compressor [1]

Os congeladores ULT com um sistema de refrigeração em cascata baseado em compressor podem utilizar anualmente tanta energia como uma típica casa americana. Os sistemas em cascata podem emitir mais de 70 toneladas de CO2 durante a sua vida útil[2], contribuindo significativamente para o aquecimento global. Os sistemas em cascata utilizam refrigerantes sintéticos que causam o empobrecimento da camada de ozono. Para além dos inconvenientes ambientais, estes sistemas requerem uma quantidade significativa de manutenção devido ao número de peças móveis e ao funcionamento start-stop dos compressores.

Recentemente, foram introduzidos no mercado congeladores que utilizam um sistema de arrefecimento Stirling como alternativa aos sistemas de refrigeração baseados em compressores para aplicações de temperatura ultra-baixa. Estes novos congeladores são isentos de compressor e utilizam um refrigerador Stirling tipo beta que é accionado por um motor linear integral. O sistema consiste num pistão, que é movido pelo motor linear, e num deslocador, que é movido pelo fluido de trabalho (o pistão e o deslocador não são acoplados mecanicamente). O deslocador tem um lado quente e um lado frio, onde a compressão e a expansão ocorrem durante o ciclo de transferência de calor. O lado frio do refrigerador é ligado a um termosifão accionado por gravidade onde o refrigerante flui para baixo através do tubo como líquido, absorve o calor do congelador, transita para o vapor, flui para cima do tubo e condensa de volta ao líquido no lado frio do refrigerador Stirling. O conjunto pistão/deslocador do refrigerador Stirling move o calor para o lado quente por um refrigerante e depois dispersa o calor para a atmosfera com um ventilador.

Figura: Sistema de arrefecimento Stirling [3]

Um sistema de arrefecimento Stirling utiliza em média 60% menos energia do que um sistema de arrefecimento em cascata. A poupança de energia e de custos resultante da substituição de um sistema em cascata por um sistema de refrigeração Stirling pode chegar aos 75%, dependendo do equipamento de base e das condições de funcionamento. Os refrigeradores Stirling podem ser continuamente modulados, permitindo assim operações entre -20oC a -86oC, em comparação com a operação de -60oC a -86oC de sistemas em cascata. Como bónus, estes sistemas podem atingir este grau de arrefecimento utilizando refrigerantes 100% naturais que podem eliminar a necessidade de produtos químicos que empobrecem a camada de ozono. Estes sistemas contêm apenas duas partes móveis (um pistão e um deslocador), não têm válvulas e não têm rolamentos de óleo e gás, o que também reduz os custos de manutenção.

Um estudo do My Green Lab 2015,Market Assessment of Energy Efficient Opportunities in Laboratories[4] identificou que existem 440.000 a 890.000 congeladores ULT nos EUA, 58.000 dos quais se estima que só na Califórnia. Com base na poupança de energia estimada dos congeladores ULT, só os laboratórios da Califórnia poderiam poupar até $59 milhões por ano, substituindo os congeladores ULT baseados em compressores por congeladores de refrigeração Stirling [3].

Um congelador com sistema de arrefecimento Stirling tornou-se o primeiro congelador de temperatura ultra baixa certificado Energy Star da indústria, estabelecendo o padrão. Alguns serviços públicos e instituições estão a pagar incentivos para que os congeladores de refrigeração Stirling influenciem o mercado. A indústria da saúde já está a beneficiar desta tecnologia.

O desafio: Poderá esta tecnologia substituir os sistemas de refrigeração baseados em compressores para aplicações comerciais e deverão os programas de eficiência energética das empresas de serviços públicos avançar nesta direcção?

Originalmente publicado aqui

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Sobre o autor

Ozgun é um Engenheiro Energético com seis anos de experiência em avaliação energética, redução de emissões de carbono e sistemas de energia renovável. Ozgun tem um mestrado em Energias Renováveis e um bacharelato em Engenharia Química. É um Gestor de Energia Certificado, e é um Profissional Acreditado LEED em Design e Construção de Edifícios.

Fontes

[1],2,3 Stirling Ultracold, Global Cooling Inc. [1],2,3 Stirling Ultracold, Global Cooling Inc. [2],3 [4] www.etcc-ca.com/sites/default/files/reports/ceel_market_assessment_et14pge7591.pdf