Refrigeration for developing countries/Refrigeração para países em desenvolvimento

A refrigeração desempenha um papel importante nos países em desenvolvimento, principalmente para a conservação de alimentos e medicamentos, e para o condicionamento do ar. Exemplos dessas aplicações são:

• Na agricultura e na indústria de laticínios: remoção do calor do campo imediatamente após a colheita, armazenamento de frutas, flores, vegetais, leite e carne, e resfriamento durante o transporte.
• No comércio a retalho: venda de alimentos frescos, peixe e bebidas frias.
• Edifícios, instalações informáticas: ar condicionado e regulação da temperatura.
• Uso doméstico: armazenamento de alimentos e bebidas.
• Clínicas de saúde: armazenamento de sangue, vacinas e medicamentos.

O resfriamento pode ser fornecido de diferentes maneiras. O método adotado em países industrializados depende fortemente da rede elétrica, fornecida de forma contínua e confiável a todo o país. Em contraste, a refrigeração é necessária em países em desenvolvimento para estimular a agricultura e o comércio em vastas áreas sem um fornecimento confiável de eletricidade. Métodos alternativos são, portanto, necessários. Diversas abordagens podem ser consideradas. Três tipos de tecnologia de resfriamento são contrastados na Figura 1ac:

• Passivo (Figura 1a)
• Sorção impulsionada pelo calor (Figura 1 b)
• Compressão mecânica (Figura 1c)
• Refrigeração magnética
• Refrigeração termoelétrica
• Outros (ou seja, refrigeração Malone, refrigeração por tubo de pulso,...) ^{[ 1 ]}

O terceiro método, a compressão mecânica, geralmente depende de um fornecimento confiável e contínuo de eletricidade gerada pela rede elétrica ou por geradores a diesel. Os outros dois métodos são, portanto, mais adequados para áreas não industrializadas. Eles requerem maior desenvolvimento com base nas solicitações de usuários em áreas rurais. Algumas abordagens que podem ser consideradas são:

• A produção de gelo utiliza eletricidade em centros regionais; o transporte desse gelo para áreas agrícolas; e o acondicionamento dos produtos a serem resfriados com gelo em recipientes isotérmicos. A eletricidade é gerada pela rede elétrica ou por motores a diesel. Os refrigeradores, que são movidos a eletricidade, utilizam tecnologia de compressão mecânica.
• Em alguns casos, os refrigeradores podem ser acionados diretamente por força mecânica do eixo, por exemplo, onde turbinas hidráulicas podem ser facilmente instaladas.
• Produção de gelo utilizando resfriadores movidos a calor (HDCs, na sigla em inglês) em nível local nos pontos de produção agrícola. Embalagem de produtos agrícolas com gelo para transporte. As fontes de calor para os HDCs são variadas; podem ser de madeira, carvão vegetal ou resíduos agrícolas queimados em fogões abertos, de combustíveis fósseis em queimadores convencionais ou de coletores solares térmicos. Os HDCs utilizam tecnologia de sorção.
• Fornecimento de câmaras frigoríficas utilizando tecnologia de resfriamento passivo, sorção ou compressão mecânica. Se for utilizado resfriamento passivo, temperaturas inferiores a 10°C raramente são alcançadas.
• Fornecimento de armazenamento refrigerado no ponto de uso utilizando refrigeradores de compressão mecânica que obtêm eletricidade de células fotovoltaicas. Isso é conhecido como tecnologia de refrigeração fotovoltaica.

O método de refrigeração mais adequado dependerá de diversos fatores: a aplicação, o grau de confiabilidade exigido, o fornecimento de energia, o nível de habilidade necessário para operar e manter o sistema, as instalações de treinamento e o financiamento disponível. As diferentes tecnologias devem ser consideradas levando-se em conta esses fatores. Como em qualquer tecnologia, o treinamento adequado é fundamental; ele deve ser planejado como parte integrante do programa de implementação e permanecer como uma preocupação constante durante os anos subsequentes à instalação. Isso aumentará a confiabilidade do sistema e reduzirá drasticamente os custos do ciclo de vida.

Diferentes aplicações têm diferentes requisitos para controle de temperatura e ventilação. A Figura 2 mostra as temperaturas necessárias para o armazenamento de manteiga, carne, peixe fresco e leite. Muitas vezes, o armazenamento de vegetais é complicado pela necessidade de ventilação cuidadosa para remover gases indesejáveis ​​e evitar condições de umidade que deteriorariam os produtos. Os requisitos de umidade relativa variam dependendo do teor de umidade do produto. Um método simples para aumentar a umidade é borrifar água no chão. No armazenamento de vacinas e sangue, é necessário um controle de temperatura muito preciso.

Em aplicações que exigem temperaturas entre 10 e 25 °C, podem ser utilizados métodos passivos. Estes incluem métodos tradicionais, como o uso de recipientes porosos ou sacos umedecidos, onde o calor evaporativo do líquido, geralmente água, é absorvido pela atmosfera. Este método é eficaz em ambientes naturalmente secos. Dispositivos de armazenamento doméstico foram projetados seguindo esses princípios, particularmente com o uso de leitos de carvão vegetal, irrigados por gotejamento com água.

O resfriamento noturno em áreas onde o céu noturno é frequentemente limpo pode ser eficaz. Em aplicações de ar condicionado, o uso de sombras tem sido desenvolvido com sucesso na arquitetura tradicional, juntamente com o resfriamento evaporativo por fontes e espelhos d'água em telhados.

Sempre que possível, devem ser utilizados métodos passivos tanto na agricultura quanto na arquitetura, visto que podem ser mantidos localmente e são econômicos. Somente quando for necessário um resfriamento abaixo de 10°C é que se justifica o uso de tecnologias de resfriamento ativo, que exigem maquinário complexo e programas de manutenção técnica.

O princípio por trás dos refrigeradores acionados por calor ^{[ 2 ]} é a refrigeração por sorção. O funcionamento da refrigeração por sorção é mostrado na Figura 3, que ilustra o tipo mais simples de refrigerador por sorção, com um ciclo intermitente composto por duas fases. Ciclos contínuos também são possíveis – a Electrolux utiliza um ciclo contínuo. O termo geral sorção abrange tanto a absorção de líquidos quanto a adsorção de sólidos, variantes dessa tecnologia. As unidades de sorção apresentam algumas vantagens muito importantes. Elas podem ser projetadas sem partes móveis, reduzindo a necessidade de pessoal especializado para manutenção e a necessidade de substituição de componentes. Em segundo lugar, são simples de fabricar; a fabricação local aumenta o conhecimento local da tecnologia, o que melhora a operação, a manutenção e a detecção de falhas. Em terceiro lugar, são facilmente adaptáveis ​​a combustíveis disponíveis localmente, incluindo biomassa e energia solar. Finalmente, o circuito de refrigeração não utiliza CFCs, que são prejudiciais ao meio ambiente. As unidades de sorção são chamadas de HDCs (refrigeradores acionados por calor).

Figura 3: Resfriador de sorção
	Fase de refrigeração. Devido à baixa temperatura no leito e à baixa pressão, o refrigerante evapora na caixa fria, absorvendo calor, congelando a água e resfriando o espaço de armazenamento. O vapor refrigerante libera calor ao se recombinar com o sorvente, que pode ser sólido (por exemplo, carvão vegetal ou cloreto de cálcio) ou líquido (por exemplo, água).
	Fase de aquecimento. Em altas temperaturas do leito e pressão do sistema, o refrigerante é expelido do sorvente e se acumula na caixa fria em estado líquido.

A fonte de calor em refrigeradores de sorção convencionais geralmente é uma chama de gás ou querosene. Unidades alimentadas por botijões de gás são usadas em caravanas ou barcos. Uma unidade doméstica, frequentemente usada em locais remotos em países em desenvolvimento, é o Electrolux movido a querosene. Calcula-se que o custo de aquisição e operação de uma dessas unidades seja de cerca de £1000 para 10 anos de uso. Os circuitos de refrigeração desses dispositivos operam de forma confiável por muitos anos. A manutenção do conjunto do queimador é necessária e um suprimento constante de pavios, queimadores e vidros para lâmpadas é essencial. Por fim, o tanque de combustível deve ser reabastecido com querosene de qualidade adequada. Essas unidades utilizam hidrogênio como fluido de trabalho e não podem ser projetadas como máquinas de gelo eficientes, embora possuam alguma capacidade de produção de gelo.

Atualmente, estão sendo desenvolvidas novas unidades de sorção para maior eficiência na produção de gelo e no armazenamento refrigerado. Elas não utilizam hidrogênio como fluido de trabalho. Grande ênfase está sendo dada ao projeto para operação confiável em ambientes remotos, onde não há serviços de manutenção técnica disponíveis. Em alguns casos, também se prioriza o projeto para fabricação local.

Os custos e os dados de desempenho não estão facilmente disponíveis, uma vez que muitas unidades ainda estão em fase de testes. Os preços de venda a retalho projetados para unidades movidas a biomassa rondam os 2000 libras para uma máquina de gelo com capacidade de produção de 100 kg por dia. Tendo em conta os custos de combustível e de operação, bem como o retorno do investimento inicial, isto representa um custo de produção de gelo de cerca de 0,02 libras por kg.

A fonte de calor para unidades de sorção do tipo mostrado na Figura 3 pode ser o sol. Em uma versão simples, a fase de aquecimento termina ao pôr do sol e a fase de refrigeração ocorre durante a noite. Se o sol não brilhar por alguns dias, o gelo produzido nos dias anteriores funciona como um reservatório frio, mantendo a caixa fria a uma temperatura baixa enquanto derrete gradualmente. Estima-se que uma unidade que produza 100 kg de gelo por dia possa ser fabricada por £4.000 (incluindo o custo de painéis solares térmicos de alta eficiência), resultando em um custo de £0,03 por kg de gelo.

Onde houver um fornecimento de energia elétrica confiável, a opção mais econômica é instalar uma unidade padrão com compressor. Refrigeradores convencionais desse tipo são comercializados. Por exemplo, uma unidade que produza cerca de 100 kg de gelo em flocos por dia, para uso na indústria pesqueira, em condições tropicais, custará £7.000, sem incluir o custo dos recipientes de armazenamento do gelo ou o frete. O consumo de energia seria da ordem de 4 kW continuamente. Haverá custos adicionais com peças de reposição, manutenção e equipamentos auxiliares.

Os custos podem ser reduzidos se a força do eixo for usada diretamente para acionar o compressor, por exemplo, a partir de uma turbina hidráulica. Uma fonte de alimentação elétrica auxiliar é útil para fornecer funções de controle e proteção e, por exemplo, para acionar ventiladores. No entanto, é viável projetar sistemas de armazenamento a frio e produção de gelo totalmente mecânicos.

O custo de operação de um gerador em áreas rurais depende das condições locais e deve ser avaliado à luz da experiência local. Muitas vezes, o custo pode ser muito maior do que o esperado devido à necessidade de pessoal de manutenção e às dificuldades encontradas na obtenção de combustível e peças de reposição. Se a eletricidade gerada não estiver disponível continuamente, o refrigerador deve ser projetado como uma máquina de gelo, permitindo que o frio seja armazenado na forma de gelo. A experiência tem demonstrado que sistemas que envolvem o armazenamento de eletricidade em baterias têm custos muito elevados e são pouco confiáveis.

A energia solar é uma fonte de energia intermitente, geralmente disponível por 12 horas por dia. A intensidade da insolação é muito variável. Ela pode ser convertida em eletricidade por células fotovoltaicas, que são então armazenadas em baterias, de modo a fornecer um fornecimento elétrico contínuo e estável para alimentar um refrigerador de compressão mecânica.

A vantagem de usar energia solar é que se trata de uma fonte confiável, que nunca falha por mais de alguns dias. Essa confiabilidade é muito importante em alguns casos, como no armazenamento de vacinas, onde a perda do controle de temperatura pode deteriorá-las completamente. A bateria é projetada para continuar fornecendo eletricidade à noite e em dias sem sol. Nessa aplicação, o alto custo das células fotovoltaicas, das baterias e dos equipamentos de controle se justifica. O tamanho do conjunto fotovoltaico e a capacidade da bateria devem ser cuidadosamente calculados para se obter um sistema economicamente viável.

Unidades de refrigeração solar desse tipo, especialmente projetadas para a conservação de vacinas, estão disponíveis comercialmente. Um sistema que fornece de 60 a 80 watts de refrigeração geralmente custa entre £ 3.000 e £ 5.500. As peças de reposição costumam custar entre £ 500 e £ 1.000 ao longo de quatro anos de operação. A maior parte desse custo se deve à substituição das baterias, que são projetadas para durar quatro anos, mas podem falhar em um período menor se a manutenção for inadequada. Os custos de substituição são consideravelmente reduzidos se houver pessoal técnico qualificado disponível para manutenção.

Como um refrigerador libera calor, ele pode ser usado para elevar as temperaturas em processos agrícolas, como a secagem de grãos ou especiarias. O efeito de resfriamento pode ser usado para desumidificar o ar que passa sobre a colheita, e o efeito de aquecimento pode ser usado para aquecer o ar. Nesse processo, podem ser obtidas eficiências muito altas (por exemplo, até 7 vezes mais energia útil produzida do que a necessária para acionar o equipamento). Tais eficiências são comumente alcançadas em instalações de secagem de madeira que utilizam esses princípios. A Practical Action está desenvolvendo métodos de baixo custo para utilizar esse efeito, com relação a acionamentos por pequenas turbinas hidrelétricas ou por motores a vapor ou diesel.

Um segundo exemplo é o uso do calor de um refrigerador (também conhecido como bomba de calor, exatamente a mesma máquina) para ajudar a esterilizar o leite, enquanto o mesmo refrigerador resfria o leite para conservá-lo.

Refrigeradores e condicionadores de ar que funcionam com o calor residual do escapamento de um motor a diesel, da chaminé de um aquecedor ou de um coletor solar também estão sendo utilizados. Eles usam os mesmos princípios de um refrigerador a gás. Normalmente, o calor da chaminé alimenta um "resfriador por absorção". A água fria ou salmoura do resfriador é usada para resfriar o ar ou um espaço refrigerado.

A cogeração é popular em novos edifícios comerciais. Nos sistemas de cogeração atuais, pequenas turbinas a gás ou motores Stirling movidos a gás natural produzem eletricidade e seus gases de escape acionam um resfriador por absorção.

A NRG Solutions, Inc. demonstrou um refrigerador para reboque de caminhão que funciona com o calor residual do escapamento a diesel de um trator. A NRG desenvolveu um trocador de calor hidrônico para gás amônia e um vaporizador, os dois componentes essenciais, novos e ainda não disponíveis comercialmente, de um refrigerador movido a calor residual.

Os ventiladores podem ser úteis para refrescar um ambiente.

Um esquema semelhante (resfriamento multifásico) pode ser implementado com um resfriador evaporativo de múltiplos estágios. O ar passa por um jato de solução salina para desumidificá-lo, depois por um jato de solução aquosa para resfriá-lo e, em seguida, por outra solução salina para desumidificá-lo novamente. A salmoura precisa ser regenerada, o que pode ser feito economicamente com um destilador solar de baixa temperatura. Os resfriadores evaporativos multifásicos podem reduzir a temperatura do ar em 50 °F (aproximadamente 28 °C) e ainda controlar a umidade. Se o regenerador de salmoura utilizar alta temperatura, ele também esteriliza parcialmente o ar.

Para decidir qual sistema de refrigeração adotar para uma finalidade específica, é necessário considerar os insumos necessários para cada sistema. A Tabela 1 lista os diversos sistemas e os insumos necessários para cada um. A escolha do sistema baseia-se na certeza prévia de que todos os insumos necessários continuarão disponíveis no local onde o refrigerador será instalado. O erro comum é instalar uma unidade com um custo de aquisição relativamente baixo, que posteriormente deixa de funcionar por falta dos insumos necessários.

Informações adicionais sobre refrigeração em países em desenvolvimento podem ser obtidas em:

Manuais da ASHRAE:

• 1997 - Fundamentos
• 1998 - Refrigeração
• 1999 - Aplicações de HVAC
• 2000 - Sistemas e Equipamentos de HVAC

Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado (ASHRAE)
1791 Tullie Circle
North East Atlanta
GA 30329, EUA
Tel.: +1 (404) 636-8400
Fax: +1 (404) 321-5478
Site: www.ashrae.org

PD Dunn: Energia para Países em Desenvolvimento.

RJ Dossat: Princípios de Refrigeração. Prentice Hall, 1997, 4ª ed.

Ray Tomkins: Perspectivas para a Refrigeração Solar, 1985.
Ray Tomkins Management School
, Imperial College, 53 Princes Gate
Exhibition Road, Londres, SW7 2PG, Reino Unido.
Tel.: +44 (0)20 7594 9137.
Fax: +44 (0)20 7823 7685.
Site: www.ms.ic.ac.uk

B. McNelis, A. Derrick e M. Starr: Energia solar: um estudo sobre energia fotovoltaica em países em desenvolvimento. ITDG Publishing, 1988.

Energia Solar para o Desenvolvimento - Atas da Conferência ISES do Reino Unido, 1988

Instituto de Pesquisa Alimentar,
Parque de Pesquisa de Norwich, Colney,
Norwich NR4 7UA, Reino Unido
Tel.: +44 (0)1603 255 000
Fax: +44 (0)1603 507 723
Rebecca Sweet, Gerente de Serviços de Informação e Bibliotecária-Chefe - rebecca.sweet@bbsrc.ac.uk
Diana Green, Assistente de Biblioteca - diana.green@bbsrc.ac.uk
Geral/Empréstimo Interbibliotecário - ifr.library@bbsrc.ac.uk
Site: www.ifrn.bbsrc.ac.uk

EPI (Programa Ampliado de Imunização),
Organização Mundial da Saúde
, A/C Diretor do EPI,
Avenue Appia 20, 1211 Genebra 27,
Suíça.
Tel.: +41 (0)22 791 4517
Fax: +41 (0)22 791 4193
Endereços do site da OMS:
Página inicial :www.who.int

Energia solar e cuidados de saúde rurais: Ficha informativa N132 :
www.who.int/inf-fs/en/fact132.html

Aplicações da energia solar (com links para a ficha informativa do produto):
http://www.who.int/vaccines-access/Vaccines/Vaccine Cold Chain/solarenergy.htm

Health Link Worldwide,
Cityside House, 40 Adler Street,
Londres E1 1EE, Reino Unido
Tel.: +44 (0)20 7539 1570
Fax: +44 (0)20 7539 1580
Site: www.healthlink.org.uk

Instituto Internacional de Refrigeração,
177 Boulevard Malesherbes,
75017 Paris, França.
Tel.: +33 (0)1 4227 3235,
Fax: +33 (0)1 4763 1798,
Site: www.iifiir.org

Instituto de Refrigeração,
Kelvin House, 76 Mill Lane,
Carshalton, Surrey, SM5 2JR, Reino Unido,
Tel.: +44 (0)20 8647 7033,
Fax: +44 (0)20 8773 0165,
Site: www.ior.org.uk

NR International
Park House
Bradbourne Lane
Aylesford, Kent, ME20 6SN
Tel.: +44 (0)1732 878 686/7
Fax: +44 (0)1732 220 498
E-mail: info@nrint.co.uk
Website: www.nrinternational.co.uk

Nota: Esta é uma lista seletiva de fornecedores e não implica endosso por parte da Practical Action.

Total Refrigeration Ltd.,
Dunkirk Lane, Hyde,
Cheshire SK14 4PW, Reino Unido
Tel.: +44 (0)161 366 2535
Fax: +44 (0)161 366 0342
E-mail: total@totalrefrigeration.co.uk,
Website: www.totalrefrigeration.co.uk,
Máquinas de gelo, armários, câmaras frigoríficas chiller e freezer.

Ziegra Ice Machines (UK) Ltd.,
Unidade 14, Enterprise Centre 2,
Chestergate, Stockport, Cheshire, SK3 0BR, Reino Unido
Tel.: +44 (0)161 429 0525
Fax: +44 (0)161 480 7927
Site: www.ziegra.co.uk
Especialistas em máquinas de gelo e sistemas de armazenamento de gelo.

Trembath Refrigeration and Air Conditioning Ltd.,
Felstead Road, Longmead Industrial Estate,
Epsom, Surrey, KT19 9XS, Reino Unido
Tel:+44 (0)1372 215010
Fax:+44 (0)1372 215011
Máquinas de gelo, refrigeração, ar condicionado,
desumidificadores, bombas de calor, projeto,
fabricação, instalação e manutenção.

Electrolux Leisure Appliances AB
SE-105 45 Estocolmo
Suécia
Tel.: +46 (8) 738 64 26
Fax: +46 (8) 738 75 38
Site: www.electrolux.com/worldfridge

Sibir International AB
S-105 45 Estocolmo
Tel.: +46 (8) 738 61 18
Fax: +46 (8) 738 75 38
Site: www.sibir.com

• Categoria: Refrigeração
• Sistema de bomba de calor : também pode resfriar quando operado em modo reverso.

• Outros modelos úteis: refrigeradores Peltier, refrigeradores com sistema "pote dentro de pote".
• Projeto para uma despensa refrigerada