Os sistemas de refrigeração com CO₂ transcrítico

Sistema de refrigeração transcrítico com CO₂

Sistema transcrítico: o CO₂ funciona de forma diferente dos fluidos refrigerantes halogenados. Enquanto nos refrigerantes halogenados ocorre a condensação do fluido, no sistema transcrítico com CO₂ é necessário o arrefecimento do fluido no refrigerador de gás, uma vez que é necessário conseguir reduzir as temperaturas já que estas excedem a temperatura crítica do CO₂. Nestes sistemas, existem elevadas pressões de trabalho até 90 bar ou 1305 PSIG. O fluido refrigerante é então armazenado no reservatório de líquido e depois distribuído para o sistema de baixa e média temperatura. A retirada ocorre sempre no fundo do reservatório, esta operação permite que apenas o líquido seja enviado para o sistema. À temperatura média, o fluido sai do reservatório, passa pela válvula de expansão, pelo evaporador e depois é aspirado por compressores de temperatura média. No sistema de baixa temperatura, o refrigerante passa sempre pela válvula de expansão e pelo evaporador, mas primeiro é aspirado pelo compressor de baixa temperatura. Estes compressores baixam a pressão para a condição de congelação. Depois disso, o fluido é aspirado pelos compressores de média temperatura e, assim, fecha-se o circuito.

Sistemas de refrigeração com CO₂: caraterísticas de projeto

Um sistema de refrigeração com CO₂ pode ser utilizado, por exemplo, para o arrefecimento e/ou climatização de câmaras frigoríficas para alimentos frescos, alimentos congelados e salas de trabalho.
Ao projetar a instalação de um sistema de CO₂, têm de ser seguidas considerações especiais, que são muito diferentes das utilizadas em sistemas com refrigerantes convencionais, tanto para sistemas que operam no regime subcrítico como supercrítico. Apenas a título de exemplo, mencionamos os seguintes pontos, que não esgotam a totalidade das situações em que um sistema com CO₂ difere de um sistema convencional com refrigerantes sintéticos.

1. Temperatura de fim de compressão: os compressores do tipo semi-hermético exigem um controlo muito preciso da temperatura de aspiração. É fácil atingir, mesmo com sistemas de refrigeração com temperaturas de evaporação de cerca de -10°C, temperaturas de fim de compressão próximas dos 200°C, que são excessivas para o compressor. É, portanto, necessário verificar tanto a adequação e a utilidade real de quaisquer permutadores de calor regenerativos, como o controlo do sobreaquecimento efetivamente alcançado pelos dispositivos de expansão utilizados.
2. Sistemas de baixa temperatura: recomenda-se a utilização de compressores de duas fases para temperaturas de evaporação inferiores a -25°C. A solução mais prática é a utilização de compressores compostos internos de duas fases; estes compressores permitem, de facto, dividir a queda de pressão em duas partes, mantendo um único corpo de compressor. Regra geral, é colocado um permutador de calor entre a primeira e a segunda fase de compressão, que opera um intercooler intermédio; esta solução garante uma redução substancial da temperatura final de compressão da segunda fase e tem a capacidade de conseguir uma grande diminuição do trabalho global de compressão e, portanto, da potência absorvida.
3. Funcionamento em condições subcríticas: um sistema concebido para funcionamento transcrítico pode funcionar de forma muito eficiente mesmo quando funciona em condições subcríticas, desde que a lógica de comutação e o permutador de alta pressão sejam programados para ambas as condições de funcionamento. Esta possibilidade permite obter valores elevados de COP (coeficiente de desempenho) calculados numa base anual.
4. Subarrefecimento: devido às características termofísicas do dióxido de carbono, é aconselhável projetar o sistema de dissipação de calor de modo a obter, em funcionamento subcrítico, um subarrefecimento do condensado e, em funcionamento transcrítico, quando possível, utilizar também o arrefecimento evaporativo (por pulverização de água) na extremidade do permutador. Para a mesma quantidade de subarrefecimento, o aumento de eficiência de que o sistema beneficia é muito maior com a utilização de dióxido de carbono (CO₂) do que com outros refrigerantes sintéticos.