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Uso da amônia na refrigeração industrial: nosso assunto da aula de hoje.
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Uma pergunta muito feita para nossos técnicos e engenheiros é sobre a segurança quanto ao uso de amônia na refrigeração industrial. Isso porque esse gás carrega consigo uma fama de ser perigoso devido aos acidentes comuns no passado, geralmente, envolvendo frigoríficos que o utilizavam de maneira indevida, falta de dispositivos e procedimentos de segurança. Mas então, é seguro utilizar amônia na refrigeração?
A história nos relata que utiliza-se amônia para refrigeração desde 1876. Seu primeiro uso foi em uma máquina de compressão a vapor por Carl Von Linde, físico e engenheiro alemão que desenvolveu os princípios para a tecnologia moderna de refrigeração. Além dela, também se utilizavam outros refrigerantes, como CO2, SO2 até 1920.
Fatos históricos dos refrigerantes industriais
No final da década de 1920, nos EUA, Thomas Midgley, Jr. melhorou o processo de síntese e levou o esforço para usar CFC como refrigerante para substituir a amônia (NH3), clorometano (CH3Cl) e dióxido de enxofre (SO2), que, embora, tóxicos, eram comuns. Na procura de um novo refrigerante, os requisitos para o composto foram: baixo ponto de ebulição, baixa toxicidade e, geralmente, não reativos.
Assim, em uma demonstração para a sociedade química americana, Midgley demonstrou extravagantemente todas essas propriedades inalando um sopro do gás e usando-o para fundir para fora uma vela em 1930. Com isso, houve um favorecimento destes refrigerantes, em comparação com todos os outros refrigerantes utilizados até então.
Dessa maneira, os CFCs foram considerados substâncias químicas inofensivas e extremamente estáveis. Contudo, as consequências para o ambiente externo, de lançamentos em massa de refrigerante, não poderiam ser previstas naquela época.
Os refrigerantes CFC se promoveram como seguros, resultando em uma aceleração na demanda e no seu sucesso. Esses refrigerantes ficaram conhecidos como refrigerantes “fabricados pelos homens e enviados por Deus”.
O uso dos CFCs
Devido ao sucesso dos CFCs, a amônia veio sob uma grande pressão, mas manteve a sua posição, especialmente em grandes instalações industriais e na preservação dos alimentos.
Em 1980, os efeitos nocivos dos refrigerantes CFCs se tornaram evidentes e então foi aceito que eles estavam contribuindo para a destruição da camada de ozônio e para o aquecimento global, o que finalmente resultou no Protocolo de Montreal (1989), no qual quase todos os países concordaram com sua eliminação em um programa duradouro.
Tendo em vista a gravidade dos danos para a atmosfera e os perigos resultantes devido às emissões de CFC/HCFC, como também aos efeitos do aquecimento global, as revisões no protocolo de Montreal (1990), 1992 (Copenhagen) e 1998 Kyoto (Japão) exigiram um planejamento de eliminação acelerada. Assim, os HCFCs passaram a ser gradualmente eliminados, tendo a Europa como pioneira nesta realização. No entanto, uma fração significativa dos HCFCs se decompõe na estratosfera e contribui para mais acúmulo de cloro além do que se previa inicialmente, até hoje.
Pelo fato de muitos países europeus pararam de utilizar os HCFC a amônia e o dióxido de carbono passaram, assim, a ser considerados para diversas novas aplicações.
Benefícios da amônia na refrigeração industrial
A amônia possui diversos benefícios que foram comprovados ao longo de décadas de aplicações dos sistemas de refrigeração de amônia. Então, leia alguns a seguir.
Eficiência energética
A amônia é uma das aplicações mais eficientes disponíveis, com a faixa que vai de alta a baixa temperatura. Quanto ao consumo de energia, os sistemas de amônia são uma escolha segura e sustentável para o futuro. Os desenvolvimentos recentes da combinação de NH3 e CO2 contribuíram para aumentar ainda mais a eficiência.
Meio ambiente
É o refrigerante mais ecológico, fazendo parte do grupo dos refrigerantes chamados “naturais”, sem potencial de aquecimento global (GWP) e de degradação do ozônio (ODP).
Segurança
Em algumas concentrações, a amônia é um refrigerante tóxico e também inflamável. Por isso deve-se manipulá-la com cuidado e ainda projetar os sistemas pensando na segurança. Ao mesmo tempo, diferente da maioria dos outros refrigerantes, ela possui um odor característico, mesmo em baixas concentrações. Portanto, isso dá um sinal de aviso, mesmo em caso de pequenos vazamentos.
Além disso, se for necessário reduzir a carga de amônia, uma combinação de amônia e CO2 (como em cascata e salmoura) pode ser uma boa opção.
Menores tamanhos de tubulações
As fases de vapor e líquida da amônia precisam de menores diâmetros de tubulações do que a maioria dos refrigerantes químicos.
Melhor transferência de calor
A amônia possui melhores propriedades de transferência de calor do que a maioria dos refrigerantes químicos. Portanto, pode-se usar em um equipamento com uma menor área. Assim, a construção da instalação custará menos. Essas propriedades beneficiam a eficiência termodinâmica no sistema e reduzem seus custos de operação.
Preço do refrigerante
Em muitos países, o custo da amônia (por kg) é normalmente menor ao custo dos HFCs. Essa vantagem é ainda maior pelo fato de que a amônia tem densidade mais baixa em fase líquida. Além disso, quando há um vazamento de amônia, este será percebido rapidamente devido ao odor. Portanto, qualquer perda também será mais baixa.
Procedimentos seguros para amônia na refrigeração industrial
Explicamos sobre isso e muito mais em nossos Cursos Vaportec.
Os processos relacionados à segurança com o uso de amônia em refrigeração industrial devem ser personalizados de acordo com a rotina, regime de trabalho, equipamentos e profissionais de cada planta frigorifica. Entretanto, seguem abaixo os procedimentos que sugerimos adequar:
- 1- drenagem de óleo acumulado em vaso de pressão;
- 2 – recolhimento de amônia de vaso de pressão ou trecho do sistema;
- 3 – esvaziamento total de vaso de pressão ou trecho do sistema para manutenção;
- 4 – testes e inspeção de condensadores evaporativos;
- 5 – vácuo em componentes ou trechos do sistema;
- 6 – preparação para exame interno em vasos de pressão (NR-13);
- 7 – carga de reposição de amônia;
- 8 – carga de óleo nos compressores;
- 9 – calibração da instrumentação de campo (incluindo manômetros e sensores);
- 10 – manutenção geral do sistema.
Sendo assim, o engenheiro responsável deve alinhar os procedimentos com o supervisor de manutenção e utilidades e com a gerencia/direção da unidade fabril. Eles devem, em comum, visar a segurança pessoal em primeiro lugar e, consequentemente, a segurança operacional e a correta manutenção preventiva dos equipamentos.
Perguntas e respostas sobre a amônia na refrigeração industrial
Abaixo respondemos, de maneira breve, diversas perguntas que chegam até nós pelos usuários de amônia e equipamentos dentro da indústria.
A amônia é um gás tóxico e inflamável?
Sim, a amônia é um gás tóxico para o ser humano e, se exposto a altas concentrações de amônia em um ambiente sem ventilação, o ser humano pode falecer em não muito tempo de exposição. Além disso, ela também é inflamável. Entretanto, o grau de inflamabilidade depende da concentração em que o elemento estiver.
Vale a pena utilizar amônia na refrigeração?
Esta resposta é muito ampla para apenas responder “sim” ou “não”, entretanto, a refrigeração industrial por amônia vale muito a pena. Em escala comercial não possui a mesma vantagem, em especial pelo risco envolvido. Entretanto, em pequenas, médias e grandes instalações industriais onde é necessário resfriamento e congelamento, certamente um refrigerante natural de baixo custo e alta eficiência valerá muito a pena em relação a outras soluções.
Como detectar vazamento de amônia?
Em uma planta frigorífica é necessário, e inclusive obrigatório, conforme a NR-36, a instalação de detectores de vazamento para amônia. O problema é que em grande parte das instalações de refrigeração encontramos detectores que não estão de acordo com a normativa vigente. O primeiro, e principal, ponto quando for escolher um detector para amônia é avaliar se o mesmo é feito para amônia ou para “gases”. Uma ocorrência bastante normal é o disparo de sensores próximos a portas de câmaras frias quando as empilhadeiras entram com produtos. Isso porque as empilhadeiras também liberam gases, que fazem com que esses sensores inapropriados disparem, gerando falsos sinais e relatórios que podem comprometer a confiabilidade do equipamento para quando o mesmo for realmente necessário.
Qual período de calibração de válvulas de segurança para amônia?
Tal como os manovacuômetros e equipamentos de segurança, a calibração deve ser anual. Assim, deve ser feita por empresa terceira de engenharia, fornecendo certificação adequada e feita através de instrumentos específicos para esse tipo de trabalho. A não certificação dos equipamentos de segurança para amônia, além de, obviamente, ser perigosa, pode causar a interdição da planta frigorifica.
Como fazer controle de nível de reservatório de amônia?
Existem diversas formas de fazer este controle. Sendo assim, iremos focar em duas. A maneira mais comum, barata e usual no mercado é o controle de nível de amônia por meio de boia de nível de amônia. Esse dispositivo permite que se controle o nível do gás através de um nível mínimo e máximo, onde uma boia flutuante com sensor magnético fará o controle. Além disso, outra maneira de fazer o controle é através do uso de um transmissor de nível modelo AKS 4100. Ele fornecerá um sinal de saída de 4 a 20mA que poderá se comunicar com um inversor de frequência ou outro equipamento, controlando a entrada de líquido do reservatório. Dessa forma, a entrada de nível não será on/off, mas ocorrerá de maneira constante, evitando golpes e aumentando a eficiência térmica do sistema.
Controle da entrada de líquido de amônia na refrigeração industrial
Os parâmetros que são utilizados para definir a quantidade de líquido podem ser diversos. Nesse caso vamos nos restringir ao nível. Por meio de um sensor de nível de amônia, também conhecido como chave de nível de amônia, controlá-se o mesmo através da leitura do reservatório de líquido de amônia. O sensor, ou mesmo um transmissor de pressão para amônia, envia um sinal elétrico para abertura de um dispositivo ou corta o mesmo em caso do nível de líquido estar no limite máximo. Esse dispositivo utilizado é a válvula solenoide para amônia.
Existem diversos formatos de válvula solenoide para amônia. Como distribuidor Danfoss, a Vaportec oferece, com entrega imediata e ampla logística todas essas opções:
Válvula solenoide para amônia EVRA e EVRAT Danfoss
As válvulas solenoide EVRA e EVRAT são as mais utilizadas nessa função. As mesmas são fornecidas com orifício de 3 a 25mm no formato filtro + válvula + flanges. O filtro de tela possui 100 mesh no elemento filtrante, a válvula possui operador manual na parte inferior do seu corpo e torre, onde a bobina Danfoss para refrigeração é acoplada na parte superior. Por sua vez, os flanges seguem os padrões de conexões da válvula e a outra ponta é soldável. Para as válvulas solenoide de amônia maiores com orifícios de 32 e 40 (1.1/4” e 1.1/2”) não é necessário flange. A solda é feita diretamente no corpo da válvula. Quanto ao filtro, se for necessário, pode-se utilizar um convencional de linha para amônia, modelo Danfoss FIA.
Quando a aplicação exigir uma válvula solenoide para amônia maior que 1.1/2” (orifício de 40 mm) recomenda-se uma válvula de controle modelo ICS com piloto solenoide EVM. Dessa maneira, realizando a função de solenoide, sendo dimensionada de acordo com as informações pertinentes ao processo.
Válvula solenoide para amônia com filtro ICF EVRAT Danfoss
A plataforma de válvulas solenoide para amônia modelo ICF EVRAT Danfoss possui válvula solenoide + filtro + operador manual, conjugados em um mesmo bloco. Nesse caso, a manutenção é fácil pois basta trocar os módulos da válvula para realização da mesma. Esse modelo de válvula está disponível em 3 tamanhos de orifício (15″, 20″ e 20H onde o H de “high” entrega uma vazão maior para processos que demandam maior capacidade térmica).
Válvula solenoide em bloco de válvulas Danfoss ICF
A Danfoss entrega, exclusivamente, no mercado os blocos de válvulas ICF. Dentro desses blocos, o cliente pode adequar de acordo com a sua instalação quais módulos estarão presentes na válvula. Vamos pensar em um quadro de válvulas da entrada de líquido de amônia de um evaporador em uma câmara frigorifico. Em uma situação assim, por mais simples que fosse, teriam 3 válvulas de bloqueio, um filtro, uma válvula solenoide e, possivelmente, uma retenção. Utilizando um bloco de válvulas ICF Danfoss, poderíamos colocar todos esses componentes em um único equipamento (2 soldas). Economiza-se muito tempo na instalação, ganha-se em segurança e, principalmente, têm-se uma opção de manutenção rápida, fácil e barata.
A manutenção de válvulas ICF Danfoss é muito simples. Como os módulos são vendidos separadamente, basta bloquearmos a válvula com os módulos de bloqueio, soltar a amônia presente no interior da mesma para atmosfera e, rapidamente, trocamos os módulos. A Vaportec, distribuidora Danfoss, possui os reparos para válvula ICF Danfoss com entrega imediata, além da expertise de nossos técnicos, que podem dar todo auxilio para execução, independentemente do modelo ou tempo de instalação.
É seguro a refrigeração industrial por amônia?
Para encerrar e, finalmente, responder à pergunta a qual nos propomos: sim, é seguro trabalhar com amônia com o fim de refrigeração industrial, porém, tendo em vista que o gás não é perigoso por si só, mas pelo seu uso. Se contarmos com empresas, produtos e profissionais sérios, que auxiliem tecnicamente na geração, condução, controle e segurança da amônia pela planta frigorifica, possuiremos um gás natural, de ótimo custo x benefício, ecologicamente correto e com uma eficiência térmica sem igual
Se o projeto for bem pensado e as manutenções preventivas, calibrações e certificações de equipamentos bem feitos, certamente é muito seguro. Por meio da escolha de produtos adequados e de qualidade, existem plantas de amônia funcionando plenamente há mais de 40 anos. Os equipamentos para amônia são precisos e robustos em função da exigência de segurança e operação. Dessa forma, têm longa vida útil e nível elevado de segurança. Para isso, basta manter as manutenções em dia e ter informações para fazer um projeto adequado, ou contar com empresas e profissionais que possam fazê-los. Tornando, assim, a refrigeração industrial por amônia vantajosa.
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Estamos à disposição.
Um abraço