Estudo de várias soluções existentes e em desenvolvimento de CO2 subcrítico e CO2 transcrítico, aplicadas a instalações frigoríficas da indústria agroalimentar

Trabalho final de mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica – Perfil de Energia, refrigeração e climatizaçãoDesde os primórdios da refrigeração foram utilizados fluidos naturais para a execução de circuitos frigoríficos. Com o avançar da tecnologia dos conhecimentos físico-químicos foram criados fluidos com propriedades termodinâmicas mais melhores e com menos riscos para a sua utilização, os CFC’s. Mais tarde descobriu-se o efeito negativo que estes fluidos provocavam no nosso planeta a longo prazo, falamos de efeitos de estufa e destruição da camada do Ozono. A expansão destes fluidos terá sido tão rápida que vivemos um período em que é urgente travar esta evolução. A criação de legislação europeia para a restrição à utilização de gases fluorados é uma maior valia para impulsionar a tecnologia a trabalhar novas soluções com fluidos amigos do ambiente. O avanço da tecnologia permite hoje a utilização de fluidos que há cerca de 200 anos constituíam riscos para os utilizadores. Vivemos agora uma época em que se conhecem melhor as resistências dos materiais, existem materiais com melhores qualidades, desenvolveram-se equipamentos de segurança e como tal, hoje em dia volta a ser possível a utilização do CO2 em circuitos frigoríficos. Independentemente de existirem agora materiais que permitem elevadas pressões, do ponto de vista termodinâmico, existem condicionantes à utilização do CO2, nomeadamente a temperatura exterior que limita a eficiência da instalação. Assim para países quentes qual será o melhor sistema? CO2 subcrítico (funciona como um circuito frigorífico “normal”, abaixo do ponto crítico do CO2, e para tal necessita de uma montagem do tipo cascata, com recurso a um outro tipo de fluido como fluido primário.) ou CO2 transcrítico (Não necessita de um circuito para condensação do CO2, no entanto trabalha a temperaturas e pressões muito mais elevadas). Dentro de cada um dos sistemas anteriormente referenciados poderão ainda subdividir-se em sistemas de expansão direta ou sistemas inundados (por bombagem ou por gravidade). Considerando uma das cidades com o extremo climatológico mais elevado em Portugal, Santarém, efetua-se um estudo para a aplicação dos dois tipos de sistemas, tendo em conta as mesmas instalações – um típico armazém para pequenos distribuidores constituído por espaços de armazenamento de congelados, refrigerados e espaços de trabalho (cargas e descargas).A instalação frigorífica tipificada não corresponde a uma instalação existente pelo que todo o processo de seleção, comparação e análise se baseia em fundamentos teóricos. O layout em estudo é corresponde a uma instalação existente (atualmente com uma solução de instalação frigorífica diferente). O estudo compara duas soluções (1 subcrítico + 1 transcrítico) do ponto de vista do custo de investimento inicial, custos de exploração (manutenção e consumo) análise de riscos/ segurança e por fim uma análise económico-financeira que resume os resultados das anteriormente referidas. Em vários pontos da análise são utilizados exemplos reais de instalações existentes em Portugal, no entanto estas abordagens apresentam algumas limitações na exposição devido a compromissos de confidencialidade com os donos das instalações.Natural cooling fluid for running cooling circuits are used since the early of refrigeration. With advancing of technology, physicochemical knowledge, some fluids were created with best thermodynamic properties and with less risk for end users, the CFCs. Later it was discovered the negative impact that these fluids caused at long-term in our planet, we talk about greenhouse effect and destruction of the ozone layer. The expansion of these fluids has been so rapid that we live in a period that is urgent stop this utilization. The creation of European legislation for restricting the use of fluorinated gases is greater value to drive the technology to work new solutions with environmentally friendly fluids. The today’s advancement of technology allows the use of fluids that about 200 years ago was risk to end users. We now live in an age that know better the resistance of the materials, there are materials with better qualities, have developed safety equipment and as such, now again it’s possible the use of CO2 in refrigeration circuits. Regardless now existing materials that allow high pressures, thermodynamically, there are constraints to the use of CO2, particularly the outdoor temperature that limits the efficiency of the installation. So, to warm countries what is the best system? CO2 subcritical (functions as a "normal" cooling circuit below the critical point of the CO2, and this requires an assembly of the cascade type installation, using another type of fluid as the primary fluid.) Or transcritical CO2 (not need a circuit for condensing CO2, but works at much higher temperatures and pressures). Within each of the previously referenced systems may be further subdivided into direct expansion systems or flooded systems (by pumping or by gravity). Considering one of the cities with the highest climatological extreme in Portugal, Santarém, makes a study for the application of the two types of systems, taking into account the same facilities - a typical warehouse for small distributors consists of frozen storage spaces, chilled and work spaces (loading and unloading areas).The typed installation does not correspond to an existing installation at the whole process of selection, comparison and analysis is based on theoretical foundations. The layout under study corresponds to an existing installation (currently with a different refrigeration installation solution). The study compares the two solutions (1 subcritical + 1 Transcritical) inciding on the initial investment cost, operating costs (maintenance and use), risk analysis / security and finally a financial and economic analysis that summarizes the results of the above. At various points of efficiency analysis are used real examples of existing facilities in Portugal, however these approaches have some limitations in exposure due to confidentiality agreements with the owners of the facilities.N/