Em 2010, o sistema com R22 que era utilizado na Marcel Dutil Arena havia 10 anos foi substituído por um novo sistema com R-744, mais conhecido como CO2.
“Desenvolvemos o sistema Eco-2 devido à eliminação dos HCFCs no Québec e também como uma forma de oferecer uma alternativa natural à amônia,” afirma Luc Simard, engenheiro da Compressor Systems Control (CSC), Inc., em Les Côteaux, Québec. “Mas o nosso objetivo era usar o CO2 em 100% de um sistema que pudesse funcionar em praticamente qualquer rinque da América do Norte.”
A fase de rejeição de calor de gás para líquido do Sistema Eco-2 com CO2 é diferente da dos sistemas convencionais que utilizam o R22. Com o R22, o refrigerante em forma de vapor sai do compressor a uma pressão máxima de 270 psig. Esse vapor superaquecido de alta pressão entra no condensador, onde é resfriado e transforma-se em um líquido de alta pressão durante o processo de condensação. O líquido de alta pressão passa então por uma válvula de expansão e sai como uma mistura de líquido e vapor de baixa pressão. Essa mistura circula no trocador de calor, sendo que em uma primeira etapa o glicol ou salmoura é refrigerado, e em uma segunda, há o congelamento e consequente formação de gelo. O ciclo completo se dá abaixo da pressão crítica, o que significa que o refrigerante existe tanto na forma líquida quanto na de vapor durante o processo de rejeição de calor. A isto damos o nome de ciclo de refrigeração “subcrítico”.
No entanto, com o Sistema Eco-2, o gás permanece na forma de vapor durante todo o processo de rejeição de calor. Como o vapor permanece acima do ponto crítico de pressão e, portanto, não se transforma em líquido durante o processo de rejeição de calor, este ciclo é chamado de ciclo de refrigeração “transcrítico”.
Simard utiliza a válvula Danfoss ICMTS para regular o fluxo de CO2 no sistema. "Esta válvula é absolutamente essencial para o processo," ele reforça. "Sem ela, o ciclo de refrigeração não funciona, e não há formação de gelo."
A válvula Danfoss ICMTS proporciona o ciclo transcrítico regulando a mudança da fase de vapor para a líquida. Já no estado líquido, o CO2 é bombeado por uma rede de tubos de cobre com ½ polegada de diâmetro que fica a quatro polegadas da camada de concreto do rinque. Duas polegadas de concreto foram adicionadas à placa já existente para segurar a nova tubulação. A tubulação de cobre foi utilizada para conter o líquido pressurizado. Os tubos são envoltos por uma fina camada de filme de polietileno, de modo a evitar qualquer possível interação com o concreto.
"O rinque funciona como um enorme freezer," continua Simard. "Uma pequena bomba faz o CO2 circular pelos tubos na forma líquida. A placa funciona como uma serpentina de evaporador em um freezer utilizado para armazenar alimentos.”
O CO2 fica fervendo nos tubos o tempo todo. Como isso ocorre a uma determinada temperatura constante, a temperatura da placa de concreto permanece constante a -7°C. Graças ao Sistema Eco-2, quando a superfície é coberta com gelo, a água congela-se imediatamente, tornando esse gelo mais seco e liso.
“Outro benefício do ciclo de CO2 transcrítico é que ele aproveita muito calor, que pode ser aproveitado para produzir água quente," acrescenta Simard. "Utilizamos o controlador EKC 326a da Danfoss para manter o vapor de CO2 na faixa transcrítica. Então esse vapor é liberado a 100ºC para duas unidades de aproveitamento de calor para gerar água quente para chuveiros e aquecedores de ambientes.”
Graças ao reaproveitamento do calor, no último inverno, a arena não precisou de nenhum sistema adicional de aquecimento, o que reduziu os custos com energia. O Coeficiente de Performance (COP) do Sistema Eco-2 é de 3,35 (o equivalente a 11,43 EER) quando funciona no modo de aproveitamento de calor contínuo e de 3,56 (12,1 EER) quando a temperatura ambiente externa cai abaixo de 5°C. Se comparado com o COP de 3,2 dos principais sistemas que usam glicol/salmoura, o Sistema Eco-2 reduz os custos anuais de refrigeração em aproximadamente 5%.
“Somando-se os benefícios energéticos e ambientais, este sistema é realmente um campeão,” afirma Simard. “E graças às válvulas Danfoss, podemos ampliar esta solução, levando-a a rinques de todo o Canadá e da América do Norte como um todo.”