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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO E SISTEMAS

Juliano Bellé

ANÁLISE ECONÔMICO-ENERGÉTICA DE UM SISTEMA DE

REFRIGERAÇÃO COMERCIAL CASCATA COM CO2: UM

ESTUDO DE CASO

Trabalho de conclusão de curso

apresentado ao departamento de engenharia de produção e sistemas da

Universidade Federal de Santa

Catarina, como requisito parcial para a obtenção do título em Engenharia, área

mecânica, habilitação em Produção Mecânica.

Orientador: Prof Artur Santa Catarina

Coorientador: Prof Júlio César Passos, Dr. Eng.

Florianópolis

2017

Ficha de identificação da obra elaborada pelo autor através do Programa de Geração Automática da Biblioteca Universitária

da UFSC.

Juliano Bellé

ANÁLISE ECONÔMICO-ENERGÉTICA DE UM SISTEMA DE

REFRIGERAÇÃO COMERCIAL CASCATA COM CO2: UM

ESTUDO DE CASO.

Este trabalho de conclusão de curso foi julgado adequado e

aprovado em sua forma final pelo curso de Engenharia de Produção Mecânica, da Universidade Federal de Santa Catarina

Florianópolis, 22 de maio de 2017.

________________________ Profª Marina Bouzon, Dra.

Coordenador dos Cursos de Graduação em Engenharia de Produção

Banca Examinadora:

________________________

Prof.º Artur Santa Catarina, Dr.º Orientador

Universidade Federal de Santa Catarina

________________________ Profº Júlio César Passo, Dr.

Coorientador Universidade Federal de Santa Catarina

________________________

Profº Daniel Christian Henrique, Dr. Universidade Federal de Santa Catarina

Dedico este trabalho aos meus pais,

Carlos e Zenaide por toda confiança, apoio e amor depositado em mim nesta trajetória.

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente aos meus pais, Carlos e Zenaide, pelo

imenso apoio a minha trajetória, me incentivando e guiando para eu conseguir atingir meus objetivos, além de todo o carinho e confiança depositados em mim.

Aos meus avós e familiares que sempre me apoiaram e me deram um refugo em momentos difíceis, me ensinando o real significado da vida e o que eu deveria almejar.

Agradeço em especial ao Sr. Josivan por ser o intermediador da empresa, nos recebendo sempre de portas abertas e disposto a auxiliar na

execução do trabalho. Também, aos engenheiros Antônio Zanette e Émerson Frasson por ter firmado a parceria e dar a oportunidade para a realização do estudo.

Ao técnico de manutenção Sr. José, por todo o tempo dedicado e pelo conhecimento repassado nas visitas técnicas no supermercado Giassi, sendo de fundamental importância para a coleta de dados.

Aos professores Sr. Júlio César Passos e Sr. Artur Santa Catarina por ter ajudado com todo o conhecimento e apoio na realização do

trabalho, removendo os obstáculos e facilitando sua execução. A minha segunda família, NQSE, que sempre esteve do meu lado

auxiliando nos momentos difíceis, demonstrando o verdadeiro

significado de viver a vida intensamente. Agradecimento especial aos meus irmãos de coração: Marcelão por todo o álcool e noites viradas de estudo, além dos melhores churrascos; ao Gustavim por ser basicamente

um irmão mais novo, assustando com seus derrames durante a graduação; ao Ricardo por ter a melhor ideia de morar junto com o sid; ao Brunão por unir e dar os melhores conselhos bêbado, além das

cantorias; ao Xepa por tornar a graduação um ambiente mais feliz e engraçado; ao Leitinho por ter me apresentado a cerveja e pelas outras

mil festas; ao Tittoto por sempre me ensinar as matérias e tirar nota menor; e ao Mineiro, por ter aparecido de paraquedas e ser tão indignado com a graduação.

Ao GELOG, grupo de estudos logísticos, por todo o conhecimento repassado, pelas melhores pessoas e pelos melhores roles.

À Céu Azul Aeronaves, equipe de competição mais top da

universidade, pelos irmãos que fiz e pelos roles família que ficarão pra sempre, assim como os melhores voos!

“Tudo é possível desde que façamos.”

(Desconhecido)

RESUMO

No ambiente atual de mercado, as empresas buscam um diferencial

competitivo. As principais ações estão relacionadas à otimização do procedimento e na busca por novas tecnologias, isto é, o como fazer e qual equipamento utilizar. Uma das alternativas para redução dos custos,

portanto, é a avaliação das tecnologias de equipamentos disponíveis no mercado. No setor de autosserviço (supermercados) brasileiro, um dos maiores impactos dos custos está relacionado com a refrigeração dos

alimentos. O custo de energia relativo ao sistema de refrigeração nos supermercados é muito elevado, apresentando elevado potencial de

redução de custos. Além disso, há uma pressão mundial pela utilização de equipamentos sustentáveis, que não agridam o meio ambiente, preservando a camada de ozônio. Desta forma, este trabalho visa

analisar sob o ponto de vista econômico, energético e ambiental dois sistemas de refrigeração distintos, possibilitando o gestor do supermercado analisar as variáveis relacionadas ao investimento, assim

como sua influencia no resultado final. Os objetivos principais e específicos deste trabalho foram atingidos. O trabalho apresenta a

análise técnica do sistema de refrigeração, destacando os pontos positivos do ciclo, como a utilização de válvulas de segurança tipo passo, um fluxo de refrigeração que facilita a identificação de

anomalias, entre outros. Também, são apresentadas algumas oportunidades de melhoria, como a adequação da potência dos compressores, assim como a eliminação do etilenoglicol como fluido

intermediário. Além disso, destaca as principais dificuldades iniciais de implementação do equipamento, desmitificando alguns problemas difundidos na literatura relativos à segurança. A parte final do trabalho

apresenta as análises econômicas onde é verificada a sensibilidade de cada variável no resultado econômico, destacando os pontos de atenção

ao se realizar o investimento devido às incertezas contidas nas estimativas. As análises econômicas permitem concluir que o investimento no equipamento de CO2 é mais atrativo, além de garantir a

utilização de um sistema sustentável, utilizando um fluido refrigerante natural, não causando impactos ao meio ambiente.

Palavras-chave: Sistema de refrigeração cascata. Gás carbônico (CO2).

Análise econômica. Análise de investimento. Sustentabilidade.

ABSTRACT

In today's market environment, companies are looking for competitive advantages. The main actions are related to the optimization of the procedure and the search for new technologies. One of the alternatives

to reduce costs is the equipment technologies’ evaluation available. In the Brazilian supermarket sector, one of the biggest costs is related to food refrigeration. The cost of energy relative to the refrigeration system

in supermarkets is very high and hence presents a potential for cost reduction. In addition, there is a worldwide requirement for sustainable

equipaments in order to preserve the ozone layer. In this way, this study aims to analyze two distinct refrigeration system, from the economic, energy and environmental perspective. By doing that, the supermarket

manager is able to to analyze the variables related to the investment, as well as their influence on the final result. The main and specific objectives of this study were achieved. The paper presents the technical

analysis of the refrigeration system, highlighting the positive aspects of the cycle adopted by the company, as well as some improvement

opportunities that the supermarket could follow. Furthermore, it presents the main initial difficulties of implementing the equipment, showing that some problems reported in the literature are not as significant as appear.

The final part of the paper presents the economic analyzes showing the sensitivity of each variable in the economic result, pointing the influence of the uncertainties contained in the variables in the final result. The

analyzes allow us to conclude that the investment in CO2 equipment is both economically and environmentally attractive, using a natural refrigerant fluid, without damaging the environment.

Keywords: Cascate refrigerantion system. Carbon gas. Economic analyze. Investiment analyze. Sustentability.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Modelo do embarcação geleira Frederic Tudor, o Rei do Gelo.

................................................................................................................ 29 Figura 2 - Porcentagem do uso de CO2 em instalações marítimas ....... 31 Figura 3 - Supermercados com sistemas de refrigeração em CO2 na

Europa em 2011. ..................................................................................... 32 Figura 4 – Massa específica x temperatura do CO2 .............................. 34 Figura 5 - Tensão superficial de fluidos refrigerantes. .......................... 35 Figura 6 - Comparativo da Pressão de vapor x Temperatura dos principais fluidos refrigerantes. .............................................................. 36 Figura 7 - Diagrama Pressão x Temperatura do CO2 ............................ 37 Figura 8 - Ciclo transcrítico e subcrítico do R744 em diagrama Pxh .... 38 Figura 9 - Comparativo do COP para diferentes temperaturas ambientes

e diferentes fluidos refrigerantes ............................................................ 39 Figura 10 - Diagrama de fluxo de caixa. ................................................ 43 Figura 11 - Esboço do sistema de refrigeração ...................................... 52 Figura 12 - Racks de CO2 ...................................................................... 53 Figura 13 - Rack 3 de CO2..................................................................... 54 Figura 14 - Rack de refrigeração de Etilenoglicol e H2O ..................... 55 Figura 15 - Rack de refrigeração com R404A ....................................... 56 Figura 16 - Sistema de arrefecimento em V .......................................... 56 Figura 17 - Condensadores ..................................................................... 56 Figura 18 - Reservatório de água aquecido pelo sistema de refrigeração ................................................................................................................ 57 Figura 19 - Sensor de vazamento de CO2.............................................. 58 Figura 20 - Válvulas de segurança entre os vasos de pressão ............... 59 Figura 21 - Expositores de produtos refrigerados .................................. 60 Figura 22 - Nomenclatura das células .................................................... 61 Figura 23 - Funcionamento do sistema - fluxo do CO2 nos expositores

................................................................................................................ 62 Figura 24 - IGP-M .................................................................................. 67 Figura 25 – Análise dos equipamentos de refrigeração pelo payback

descontado .............................................................................................. 68 Figura 26 - Análise de sensibilidade da energia elétrica consumida pelo equipamento de CO2 .............................................................................. 71 Figura 27 - Variação do VAUE pela variação do consumo de energia em reais (ponto de equilíbrio) ...................................................................... 72 Figura 28 - Análise de sensibilidade da TMA no resultado final do investimento ........................................................................................... 74

Figura 29 - Análise de sensibilidade de acordo com a variação do

investimento inicial do equipamento de CO2 ........................................ 75

LISTA DE FIGURAS

Tabela 1 - Comparação de GWP por fluido refrigerante ....................... 33 Tabela 2 - Efeitos do CO2 para várias concentrações no ambiente ...... 34 Tabela 3 - Comparação entre ciclos ....................................................... 39 Tabela 4 - Vantagens e desvantagens da utilização do CO2 como fluido

refrigerante ............................................................................................. 40 Tabela 5 – Dados do projeto dos sistemas de refrigeração .................... 66 Tabela 6 – Dados econômicos dos equipamentos de refrigeração ........ 67 Tabela 7 - Resultado VAUE................................................................... 69 Tabela 8 - VAUE dos cenários realizados (Comparativo do resultado

econômico) ............................................................................................. 77 Tabela 9 - Fluxo de caixa do equipamento de CO2 ............................... 87 Tabela 10 - Fluxo de caixa do equipamento de R22 .............................. 88 Tabela 11 - Histórico da taxa Selic ........................................................ 89

LISTA DE ABREVIAÇÕES

PIB Produto interno bruto

CFCs Refrigerantes Clorofluorcarbonetos PBH Programa Brasileiro de Eliminação dos

Hidroclorofluorcarbonos

HFCs Refrigerantes hidrofluorcarbonos CO2 Gás carbônico NH3 Amônia

R744 Fluido refrigerante – gás carbônico R404A Fluido refrigerante – Amônia

GWP Potencial de aquecimento global PDO Potencial de destruição da camada de ozônio PPM Partes por milhão

R22 Fluido refrigerante artificial COP Coeficiente de performance FC Fluxo de caixa

TMA Taxa mínima de atratividade TIR Taxa interna de retorno

VP Valor presente VPL Valor presente líquido VAUE Valor anual uniforme equivalente

GHGs Gases de efeito estufa

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ............................................................................. 25

1.1 OBJETIVOS ............................................................................ 27

1.1.1 Objetivo Geral ................................................................ 27

1.1.2 Objetivos Específicos ...................................................... 27

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................... 29

2.1 HISTÓRICO ............................................................................ 29 2.2 PROPRIEDADES DO CO2..................................................... 32

2.2.1 Sustentabilidade .............................................................. 32

2.2.2 Propriedades termo físicas do CO2 .............................. 34

2.2.3 Ciclos de refrigeração: Transcrítico e subcrítico ........ 37

2.2.4 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO R744 COMO

FLUIDO REFRIGERANTE ............................................................... 40

2.3 ASPECTOS ECONÔMICO-FINANCEIROS ........................ 42

2.3.1 Análise de investimento.................................................. 42

2.3.2 Fluxo de caixa (FC) ........................................................ 43

2.3.3 Taxa Mínima de Atratividade (TMA) e Inflação ........ 44

2.3.4 Métodos determinísticos de análise de investimentos . 44 2.3.4.1 Taxa Interna de Retorno (TIR) ..................................... 44 2.3.4.2 Valor presente (VP) e valor presente líquido (VPL) .... 45

2.3.4.3 Método do Valor Anual Uniforme Equivalente (VAUE) 45

2.3.5 Payback simples e descontado ....................................... 46

2.3.6 Análise de Sensibilidade ................................................. 47

3. METODOLOGIA ......................................................................... 49

4. ESTUDO DE CASO...................................................................... 51

4.1 DESCRIÇÃO GERAL............................................................. 51 4.2 DESCRIÇÃO TÉCNICA ........................................................ 51

4.2.1 Sistema de refrigeração.................................................. 52

4.2.2 Processo de implementação e conceitos práticos ......... 61 4.2.2.1 Pontos positivos ............................................................ 61

4.2.2.2 Oportunidades de melhoria ........................................... 63 4.3 ECONÔMICO-FINANCEIRO ............................................... 64

4.3.1 Projeção de Fluxo de Caixa ........................................... 64

4.3.2 Análise econômica .......................................................... 65

4.3.3 Resultado econômico ...................................................... 68

4.3.4 Análise de sensibilidade ................................................. 69 4.3.4.1 Variáveis abordadas na análise ..................................... 70

4.3.4.2 Comparativo dos resultados ......................................... 75

5. CONCLUSÃO ............................................................................... 79

REFERÊNCIAS ................................................................................... 81

APÊNDICE A – QUESTIONÁRIO SOBRE O SISTEMA DE

REFRIGERAÇÃO CO2 UTILIZADO NA REDE GIASSI DE

SUPERMERCADOS ........................................................................... 85

APÊNDICE B – FLUXOS DE CAIXA DOS INVESTIMENTOS .. 87

ANEXO A – HISTÓRICO DAS TAXAS DE JUROS FIXADAS

PELO COPOM E EVOLUÇÃO DA TAXA SELIC ........................ 89

25

1. INTRODUÇÃO

Apesar da retração econômica no país, o setor de autosserviço

brasileiro garantiu um ligeiro aumento de participação no PIB brasileiro (5,35%) no ano de 2015 na comparação com 2014 (5,3%). A receita bruta anual do setor é de R$ 315,8 bilhões. De acordo com o estudo

realizado pela ABRAS, o número de funcionários envolvidos no setor é de 1.847.557 em 2015, expansão de 0,6% em relação ao ano anterior. Em linha com seu comportamento nos últimos quatorze anos, a

participação dos supermercados, no faturamento de todo o autosserviço brasileiro, seguiu crescendo. A expansão do segmento na participação

da receita do setor foi tímida em 2015, passando de 92,8% para 92,9%. (ABRAS, 2016)

No setor de supermercados podem-se classificar os produtos

em: a) Produtos que necessitam de refrigeração para manter sua

temperatura;

b) Produtos que não necessitam nenhum tipo de refrigeração. Sendo assim, o setor necessita de sistemas de refrigeração

adequados para garantir a qualidade dos produtos a serem comercializados. De uma maneira geral, refrigeração comercial compreende todos os equipamentos utilizados pelo comércio

(supermercados e lojas de venda de alimentos) para preparar, manter e disponibilizar alimentos frescos e congelados para os clientes (IPCC/TEAP, 2005).

Para se entender o impacto destes sistemas, Peixoto (2011) afirma que as aplicações de refrigeração, condicionamento de ar e de bomba de calor representam um dos setores usuários de energia mais

importante da sociedade. Estima-se que, em média, para os países desenvolvidos, o setor de refrigeração e condicionamento de ar responda

por 10-20% do consumo de eletricidade.

“O impacto econômico das aplicações de refrigeração é

muito mais significativo do que se imagina. Estimativas indicam 300

milhões de toneladas de mercadoria continuamente refrigeradas, com um enorme consumo anual de eletricidade, e cerca de US$ 100 bilhões

de investimentos em maquinaria e equipamentos, sendo que o valor estimado dos produtos tratados por refrigeração é da ordem de quatro

vezes tal quantia. Essa é uma das razões por que os impactos

econômicos da eliminação de substâncias químicas refrigerantes (tal como CFCs e HCFCs no futuro previsível) foram e ainda são difíceis

de calcular”. (PEIXOTO, 2011)

26

Segundo o gerente da loja do Giassi Supermercados (Oliveira, 2017), o sistema de refrigeração do supermercado é responsável pelo

maior gasto de energia (cerca de 60% do total) e financeiro da loja, sendo mais relevante que os gastos de luz elétrica e as despesas com

funcionários. Portanto, muitas empresas estão investindo no setor de refrigeração a fim de diminuir os custos envolvidos do sistema. Rivers (2005) afirma que aproximadamente metade do consumo de energia em

um supermercado é associado ao sistema de refrigeração. Além disso, cerca de quinze por cento da energia elétrica consumida mundialmente é utilizada para refrigeração (Tassou et al., 2011).

Além de visar à redução dos custos, fez-se necessário buscar alternativas que não agridam o meio ambiente, causadas pelos fluidos

refrigerantes artificiais. Desde o surgimento do Protocolo de Montreal, a necessidade de proteger o meio ambiente tem influenciado diretamente o processo de pesquisa e desenvolvimento de novos fluidos. Durante a

primeira etapa do PBH (Programa Brasileiro de Eliminação dos Hidroclorofluorcarbonos), compreendida entre 2013 e 2015, o País eliminou em 16,6% a importação dos gases do gênero utilizados nos

setores de espumas (HCFC-141b) e serviços (HCFC-22). (REVISTA DO FRIO, 2016)

Os refrigerantes hidrofluorcarbonos (HFCs) foram desenvolvidos nos anos 80 e 90 como refrigerantes alternativos aos CFCs e HCFCs. HFCs não contém cloro e desta forma não destroem a

Camada de Ozônio do planeta, mas contribuem para o processo de aquecimento global (PEIXOTO, 2011).

Em função da crescente preocupação da sociedade com os

problemas ambientais, o CO2 tem sido visto como forte substituto dos fluidos refrigerantes no mercado de refrigeração comercial (SOUZA et al., 2013; Silva, 2009). Dessa forma, muitas pesquisas estão buscando

fluidos refrigerantes que possam substituir os fluidos artificiais que agridem a camada de ozônio ou que intensifiquem o aquecimento

global. O presente trabalho foca na utilização de CO2 como fluido refrigerante em sistemas comerciais, como forma de substituição tanto relacionada a problemas ambientais supracitados, quanto com relação à

eficiência energética do sistema.

27

1.1 OBJETIVOS

Dessa forma, o trabalho busca analisar duas possibilidades de

sistema de refrigeração no setor comercial leve, assim como demonstrar os problemas e soluções encontrados no dia a dia de uma empresa do ramo. Portanto, tem-se como objetivo geral e específico:

1.1.1 Objetivo Geral

Comparar sob o ponto de vista econômico dois sistemas de refrigeração comercial, sendo um sistema cascata com CO2 como fluido

refrigerante em uma loja de uma rede de supermercados.

1.1.2 Objetivos Específicos a) Analisar o desempenho do ciclo de refrigeração;

b) Comparar sistemas de refrigeração em redes de supermercados; e, c) Propor uma alternativa ao ciclo de refrigeração.

Para atingir tais objetivos, o trabalho é dividido em quatro

grandes etapas: Fundamentação teórica, Metodologia, Estudo de caso e

Conclusão.

29

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 HISTÓRICO

A necessidade de se produzir frio é muito antiga. No século

XIX, refrigeração natural era uma parte importante da economia. Gelo

natural era apanhado de rios e lagos do norte dos Estados Unidos, particularmente aqueles na Nova Inglaterra, em grandes demandas para diversas utilidades por navios como o da Figura 1. O gelo era

armazenado em grandes quantidades em casas de gelo e coberto com serragem para isolar e perder menos calor. O grande problema na época

era como transportar sem derreter o gelo ou neve (ASHRAE, 2004).

Figura 1 - Modelo do embarcação geleira Frederic Tudor, o Rei do Gelo.

Fonte: Ashrae (2004)

Melo (2011) divide o histórico em quatro etapas, conforme ilustrado abaixo:

a) Primeira geração: qualquer fluido (1830-1930)

Neste período foram realizados os primeiros estudos sobre o processo de produção de frio. A primeira descrição de um equipamento

de refrigeração, operando de maneira cíclica e utilizando éter como fluido refrigerante foi em 1834, por Jacob Perkins. Já os refrigeradores domésticos consistiam basicamente de uma caixa de madeira com

isolamento térmico interno, onde colocavam o gelo. O grande problema destes refrigeradores é a questão de segurança. Os fluidos conhecidos e

30

utilizados eram tóxicos, inflamáveis ou ambos. Há muitos relatos de

acidentes, até fatais.

b) Segunda geração: segurança e durabilidade (1931-1990)

Nesta fase, as pesquisas focaram na substituição do fluido refrigerante, na busca pelos que não fossem perigosos à saúde e que fossem mais seguros. Surgem então os refrigerantes da família dos

hidrocarbonetos halogenados, ou cloro flúor carbonos (CFC’s). A produção comercial iniciou-se em 1931 do CFC-12 e em 1932 do CFC-11, permitindo a disseminação de refrigeradores domésticos, deixando

de ser um item de luxo e tornando-se uma necessidade. O reinado desses fluidos começou a declinar devido a problemas relacionados à redução

da camada de ozônio da estratosfera.

c) Terceira geração: camada de ozônio (1990-2010) Desta vez, a fim de evitar a destruição da camada de ozônio,

descartou-se a utilização dos CFC-12 e CFC-11 e, em sua substituição, passou-se a adotar o R134a e o HCFC-141b. Estes permaneceram por pouco tempo no mercado, pois sua utilização possui um efeito marcante

no efeito estufa. Dessa forma, surgiu-se uma pressão pela utilização de fluidos naturais aos artificiais. Neste momento abre-se espaço à

utilização do CO2 no setor de refrigeração comercial leve, apesar do mesmo ter surgido bem antes na história deste setor.

d) Quarta geração: efeito estufa (2010 - atualmente)

Tanto os países desenvolvidos quanto os em desenvolvimento deveriam ter eliminado a utilização de CFC’s em 1996 e 2010, respectivamente. Tal processo está em andamento, com prazos para

2020 e 2040. Dentro do contexto da refrigeração comercial leve, que

compreende sistemas do tipo vending machines, freezers para sorvetes e

expositores de bebida, os fluidos mais utilizados são o R134a e o R404A. Com a proposta de se utilizar somente fluidos naturais, os mais

cogitados para assumir o espaço foram o HC-290, CO2 (R744) e, em menor escala, HC-600a.

Conforme supracitado, a utilização de CO2 em sistemas de

refrigeração é muito anterior à 1990. Uma retrospectiva histórica indica que o CO2 já foi o refrigerante adotado pelos primeiros sistemas de refrigeração, a partir de 1850, com a proposta de sua utilização por

Alexander Twining, cujo pico de utilização se deu entre 1920 e 1930. A

31

partir da década de 1930 começou a ser substituído por fluidos artificiais

(R12, por exemplo) e amônia (Silva, 2009). Ao contrário do R717 (amônia – NH3) que tinha seu uso

difundido em plantas estacionarias, o R744 era a escolha preferida em embarcações. No entanto, o R744 apresentava como principal problema as elevadas pressões quando exposto a temperaturas próximas de 40°C

(elevada para o gás), e tem-se o problema da rápida perda de capacidade. Kim et al (2004) fez estudos sobre a utilização do R744 em instalações marítimas dando uma visão global sobre sua substituição,

conforme demonstrado na Figura 2.

Figura 2 - Porcentagem do uso de CO2 em instalações marítimas

Fonte: (Kim et al, 2004)

Apesar dos problemas citados referentes ao R744, Silva (2009)

afirma que para operações subcríticas, no ciclo normal de refrigeração, não há diferença em relação aos outros refrigerantes, a não ser que as

pressões de operação do sistema sejam elevadas. Para se ter uma ideia do cenário, a Figura 3 ilustra a quantidade

de supermercados na Europa que utilizam sistemas de refrigeração com

CO2, já amplamente difundido no ano de 2011.

32

Figura 3 - Supermercados com sistemas de refrigeração em CO2 na Europa em

2011.

Fonte: (CIBSE, 2014)

2.2 PROPRIEDADES DO CO2

2.2.1 Sustentabilidade O dióxido de carbono é um refrigerante 100% natural, com

concentração na atmosfera de aproximadamente 0,04% em volume e com baixo custo de aquisição. Por isso, foi um dos gases a serem

estudados. Além disso, o CO2 apresenta outras vantagens como seu Potencial de Destruição da Camada de Ozônio (PDO) que é zero e seu Potencial de Aquecimento Global é apenas um (GWP=1, referência para

os outros refrigerantes). Tal refrigerante é classificado como A1 (não inflamável e atóxico), apesar de poder causar sufocamento em altas concentrações, acima de 5% em volume de mistura com o ar (SILVA,

2009). A tabela 1, abaixo, traz os valores de GWP para cada tipo de

gás, ilustrando a diferença entre o CO2 e os demais no quesito sustentabilidade.

33

Tabela 1 - Comparação de GWP por fluido refrigerante

Refrigerante GWP

R404A 3922

R407A 2107 R410A 2088

R134a 1430 HFO 4 R290 3

R744 1

Fonte: Emerson Climate (2015)

Pearson (2005) complementa afirmando que o dióxido de

carbono possui uma boa compatibilidade química com os materiais de construção do sistema e com um grande número de óleos lubrificantes, além de não apresentar problemas ambientais, tanto em relação à

camada de ozônio quanto ao efeito estufa. Silva (2009) acrescenta nesta linha, ainda, que o CO2 possui

ótimas características para transferência de calor, além de ser estável

química e termodinamicamente. Já que sua compatibilidade química está relacionada a uma excelente miscibilidade com os óleos

lubrificantes, o que facilita sua separação e diminui o arraste para o sistema, aumentando consequentemente a transferência de calor nos evaporadores e condensadores.

Para melhor quantificar o impacto ambiental, Silva (2009) realizou o seguinte estudo: os refrigerantes sintéticos chegam a ser aproximadamente 4.000 vezes mais agressivos com o meio ambiente do

que o CO2. Por exemplo, 1 kg do R404A lançado na atmosfera possui um potencial de aquecimento global equivalente a 3.780 unidades de dióxido de carbono. Em outras palavras, um único supermercado com

HFC tem um GWP igual a 1.850 supermercados do mesmo tamanho com CO2.

Outro ponto benéfico do gás está relacionado à sua recuperação. Por se tratar de um fluido refrigerante natural, não há a necessidade de ser tratado, reciclado ou recuperado, ao contrário dos sintéticos,

tornando-se um atrativo em aplicações em que a infraestrutura é deficiente, como é o caso de muitos supermercados.

No entanto, o CO2 pode se tornar perigoso no caso de

vazamentos em determinados ambientes por ser inodoro e mais denso do que o ar. A Tabela 2 abaixo demonstra os valores de risco, assim como

os efeitos causados pela abundância de CO2 em um ambiente. É

34

recomendável em qualquer instalação com CO2 a utilização de sensores

e alarmes para controle e monitoramento de vazamentos.

Tabela 2 - Efeitos do CO2 para várias concentrações no ambiente

Fonte: Emerson climate (2015).

2.2.2 Propriedades termo físicas do CO2 Há alguns mitos sobre as propriedades do CO2 em comparação

aos demais fluidos refrigerantes utilizados no setor. Realizaram-se vários estudos, recentemente, acerca das propriedades dos fluidos,

analisando capacidades de geração de frio, pressões no sistema, quesitos de segurança, entre outros que influenciam na robustez dos equipamentos de refrigeração e, consequentemente, em custos.

Primeiramente, é interessante analisar a massa específica do fluido. Um dos pontos favorável ao gás é ilustrado na Figura 4, na qual se pode observar que a massa específica quase não se altera entre os

estado físico gasoso e líquido. (Souza, 2013). Figura 4 – Massa específica x temperatura do CO2

Fonte: Souza (2013)

35

Roberto (2014) explica que pelo fato de a massa específica do

CO2 ser mais elevada que a dos refrigerantes sintéticos, permite que uma grande quantidade de vapor refrigerante entre na linha de sucção do

compressor ocupando menos espaço. Então, na prática, a tubulação e os componentes de um sistema com CO2 podem ser menores e o compressor mais compacto, aumentando sua capacidade volumétrica de

refrigeração. Souza (2013), afirma que o CO2 tem alta capacidade

volumétrica de refrigeração comparada aos refrigerantes sintéticos e,

dependendo das condições de aplicação, chega a ser de 5 a 8 vezes maior que o R22, R404A ou R507A, ou seja, isso significa trabalhar

com compressores, componentes e tubulações de tamanhos reduzidos. Portanto, o impacto financeiro da instalação como um todo pode ser positivo.

Além disso, segundo LADEIRA, FILHO (2005), o CO2 apresenta uma baixa tensão superficial em comparação aos demais fluidos, como pode ser observado na Figura 5. Baixas tensões residuais

diminuem a nucleação e, consequentemente, o crescimento de bolhas que são indesejáveis, pois reduzem a capacidade da válvula de

expansão, diminuindo a quantidade de fluido que chega ao evaporador.

Figura 5 - Tensão superficial de fluidos refrigerantes.

Fonte: Ladeira, Filho (2005)

36

A principal desvantagem do CO2 é a sua intrínseca alta pressão

de trabalho, que é muito mais elevada que a dos demais refrigerantes naturais ou sintéticos, impondo maiores exigências à segurança do

sistema e dos componentes, principalmente quanto à necessidade de utilização de válvulas de segurança ao redor do sistema. Normalmente, para a aplicação subcrítica, as pressões deverão ser limitadas em 25 bar

no lado de baixa pressão e 40 bar na alta pressão (SILVA, 2009). Como pode ser observada pela Figura 6, a pressão de vapor do

CO2 é muito mais elevada quando comparada aos demais fluidos

refrigerantes (KIM, 2004).

Figura 6 - Comparativo da Pressão de vapor x Temperatura dos principais

fluidos refrigerantes.

Fonte: Kim (2004)

É importante ter o conhecimento do ponto triplo e ponto crítico do gás. O ponto triplo ocorre em temperaturas menores em comparação aos demais gases. A Figura 7 demonstra ambos os pontos.

37

Figura 7 - Diagrama Pressão x Temperatura do CO2


O ponto crítico é a condição na qual o líquido e o vapor têm a mesma massa específica. Acima deste ponto, as fases líquidas e de vapor não existem (zona super crítico demonstrada na Figura 7). Já o

ponto triplo é a condição na qual as fases sólido, líquido e vapor coexistem (EMERSON CLIMATE, 2015). É preciso um cuidado

especial em relação ao ponto triplo, pois poderá ocorrer a formação de CO2 sólido (gelo seco), com pressões abaixo de 5,2 bar (-56,6 °C). Tais características demandam também um pessoal técnico e bem treinado

para lidar com sua aplicação (SILVA, 2009).

2.2.3 Ciclos de refrigeração: Transcrítico e subcrítico

A utilização de CO2 em sistemas de refrigeração acrescenta complexidade em relação aos ciclos até então aplicados com

refrigerantes artificiais. Isto se deve ao gás não conter melhores índices quanto à eficiência energética, porém apresenta vantagens ambientais, dentre outras já apresentadas. Então, se faz necessário estudar diferentes

ciclos termodinâmicos e analisar para cada situação qual se adequa melhor.

Um dos problemas relacionados ao fluido é que este possui um

baixo ponto de ebulição e uma baixa temperatura crítica, o que significa que as pressões envolvidas são relativamente altas.

38

Para aplicações então, tem-se duas opções: transcrítico e

subcrítico. Primeiramente, a Figura 8 ilustra a faixa de operação para as opções, esclarecendo a diferença entre elas.

Figura 8 - Ciclo transcrítico e subcrítico do R744 em diagrama Pxh

Fonte: Souza (2013)

No ciclo transcrítico, o gás trabalha em altas pressões, sendo a condensação acima do ponto crítico do CO2. Também, o ciclo

transcrítico é menos eficiente do que o ciclo convencional porque as perdas termodinâmicas são maiores. Por outro lado as excelentes

propriedades termofísicas do dióxido de carbono maximizam o desempenho dos trocadores de calor e do compressor, apesar de não serem geralmente suficientes para compensar as perdas com a operação

transcrítica (Pearson, 2005). Já a aplicação subcrítica (sistema em cascata) leva muita

vantagem em relação aos sistemas de simples estágio, pois sua alta

massa específica do vapor de sucção resulta numa troca de calor eficiente entre a linha de sucção do CO2 e a linha de liquido do estágio

de alta pressão, além de aumentar o rendimento do sistema de alta pressão garante também um controle estável do superaquecimento do vapor de sucção do compressor de CO2, evitando a diluição do

refrigerante no óleo. Em contrapartida, no ciclo transcrítico a pressão do resfriador gasoso e a temperatura não são interligadas como na região subcrítica de duas fases. Portanto, a elevada pressão de vapor resulta não

apenas numa baixa relação de pressão, mas também em altos coeficientes de troca de calor e perdas de pressão relativamente baixas

39

(SILVA, 2009). Em suma, as diferenças dos ciclos estão descritas na

Tabela 3, destacando os pontos supracitados.

Tabela 3 - Comparação entre ciclos

Ciclo Subcrítico Ciclo Transcrítico

Ponto Crítico 31,06°C / 73800kPa

Pressão de descarga

Abaixo do ponto crítico

Acima do ponto crítico

Condensação

Igual a refrigerantes

convencionais; Temperatura de condensação < 31°C;

Isobárico e isotérmico

Condensação acima

do ponto crítico, com dispositivo de expansão isobárico e

não isotérmico

Fonte: Elaboração própria (2017)

Realizou-se um estudo para comparar o COP (coeficiente de

performance) de acordo com a temperatura ambiente e ciclo de refrigeração. Pode-se perceber pelo estudo (Figura 9) que quanto maior a temperatura ambiente, pior é a performance do ciclo, atuando no ciclo

transcrítico. No entanto, para temperaturas baixas, o CO2 leva vantagem quanto aos HFC. A diferença do COP nos ciclos subcrítico e transcrítico

obtida no estudo foi uma redução de 10% (EMERSON CLIMATE, 2015).

Figura 9 - Comparativo do COP para diferentes temperaturas ambientes e

diferentes fluidos refrigerantes


40

Também, pela Figura 9, pode-se notar que o COP decresce para

os HFCs. No entanto, os impactos são maiores para o CO2 devido à sua aplicação em transcrítico, ou seja, acima da temperatura crítica do gás.

2.2.4 Vantagens e desvantagens do R744 como fluido

refrigerante

A tabela abaixo destaca as vantagens e desvantagens de se

utilizar o CO2 em sistemas de refrigeração. Pode-se notar que há mais

vantagens do que desvantagens, porém essas não podem ser negligenciadas devido ao seu impacto principalmente relacionado à

segurança e confiança nos sistemas com R744.

Tabela 4 - Vantagens e desvantagens da utilização do CO2 como fluido

refrigerante

Vantagens Desvantagens

Alta capacidade de refrigeração devido à capacidade volumétrica de

refrigeração (aproximadamente cinco vezes maior do que o R404A), impactando positivamente no

tamanho da instalação necessária, ou seja, compressores, trocadores de calor e tubulação de menor porte.

Zona de baixa pressão nas tubulações e nos trocadores de calor.

Por exemplo, o impacto de sucção longa é menor.

Alta troca de calor nos evaporadores e condensadores devido à alta

pressão e massa específica, proporcionando menores diferenças de temperaturas entre o fluido e o ar,

aumentando a performance. No entanto, o projeto deve ser cauteloso,

pois a parede da tubulação deve ser mais espessa.

A pressão decai mais entre a válvula

Altas pressões de operação são mais perigosas, necessitando de

um projeto mais detalhado. Compressores especiais são

necessários devido à alta capacidade de refrigeração (motor).

Complexidade dos sistemas – tanto cascata quanto transcrítico

– impactando em custos mais elevados dos componentes e

instalações. Tubulações de aço ou aço

inoxidável devido à pressão de operação.

A elevada complexidade aumenta a probabilidade de

baixa performance. Para aplicações em sistemas

transcríticos para congelar

41

de expansão para o R744, melhorando a eficiência.

Baixa taxa de compressão devido à massa específica do gás.

Não corrosivo com a maioria dos

materiais. Boa miscibilidade com óleos de

retorno, lubrificantes dos compressores.

Baixa toxicidade e não inflamável Insignificante GWP, portanto baixo

impacto sobre as mudanças climáticas.

Baixo custo de produção e abundante disponibilidade, apesar da pureza necessária de 99,99%.

Elevadas temperaturas de descarga

devido à alta compressão, fornecendo bom potencial de recuperação de calor.

alimentos são necessários dois estágios de compressão devido à

alta temperatura de descarga. Menor performance em

elevadas temperaturas ambientes.

R744 não é controlado por nenhuma regulação, ou seja, não

é monitorado cuidadosamente como os HFCs.

R744 são muito sensíveis quanto à contaminação de água.


Os sistemas de refrigeração com R744 são realmente mais eficientes com relação a redução de GWP, mas apresentam como

principal ponto negativo a necessidade de mudanças significativas no projeto do sistema, o que limita sua aplicação principalmente em instalações que optaram por outra solução de sistema. Além disso, os

sistemas com CO2 são, pelo menos até hoje, mais caros do que os sistemas convencionais encontrados no setor, e eles são menos

eficientes, isto é, sua performance é menor quando comparado aos convencionais, em regiões quentes, como é o caso de muitos estados do Brasil.

42

2.3 ASPECTOS ECONÔMICO-FINANCEIROS

2.3.1 Análise de investimento

Segundo Casarotto Filho (2010), gradativamente é almejado

otimizar os recursos devido tanto à sua escassez quanto sua necessidade ilimitada. Em outras palavras, buscam-se cada vez mais resultados com menos gastos de recursos.

Diante desta situação, uma análise comparativa entre sistemas distintos, com a mesma finalidade, torna-se algo muito relevante para determinação do mais eficiente economicamente. Isto é, qual dos

sistemas raciona melhor a utilização dos recursos. Dessa forma, é conveniente realizar uma análise de investimento.

Para realizar a análise de investimentos, é necessário ter uma estimativa dos custos totais envolvidos no processo, ou seja, além do capital investido no projeto, os custos operacionais existentes. Estes

estão relacionados ao processo produtivo, decorrentes do esforço de gerenciar o empreendimento. (NETO; FIGUEIREDO, 2009).

Um dos motivos a se realizar um investimento deve-se à

substituição de ativos em uma empresa. Existem várias razões não exclusivas entre si que tornam econômica uma substituição de

equipamentos. A deterioração, por exemplo, é uma das causas e se manifesta por custos operacionais excessivos, manutenção crescente, perdas, entre outras. Casarotto (2010) classifica os tipos de substituição

de ativos em cinco categorias:

1. Baixa sem reposição 2. Substituição idêntica

3. Substituição não idêntica 4. Substituição com progresso tecnológico 5. Substituição estratégica

Baixa sem reposição analisa situações em que um equipamento perde sua razão de existir em virtude da evolução dos produtos ou

processos. Este caso se torna cada vez mais frequente devido ao surgimento de novos produtos que substituem os produtos atuais no mercado. O segundo caso somente deve ser utilizado quando não há

evolução tecnológica, ou seja, suas consequências econômicas são negligenciáveis. Quando se tem um progresso tecnológico pontual, ou seja, aperfeiçoamento do ativo ao invés de uma tendência evolutiva, o

mais indicado é a substituição não idêntica. Caso tenha uma tendência

43

evolutiva contínua e se reflete por economias de custos, deve-se optar

pela substituição com progresso tecnológico. Por fim, a substituição ocorre reconhecendo a evolução

tecnológica e que ela envolve também a capacidade da empresa de manter ou melhorar sua posição estratégica. Isto é, o modelo leva em conta não só a obsolescência de custos de equipamentos como também a

obsolescência de mercado, considerando o decréscimo de potencial de receita dos equipamentos.

Quanto mais estratégica e menos operacional for o impacto da

substituição, isto é, o nível da tomada de decisão, maiores serão os riscos e incertezas do processo. Dessa maneira, se torna mais difícil a

análise de investimento devido à precisão dos dados. Em outras palavras, quando se trata de uma substituição que apresenta elevado potencial ou ganho econômico, maiores os riscos envolvidos na análise.

Para comparar duas alternativas operacionais sob o ponto de vista econômico deve ser feita através da análise do fluxo de caixa previsto de cada uma.

2.3.2 Fluxo de caixa (FC)

O fluxo de caixa é o saldo entre entradas e saídas monetárias de

um projeto ou empreendimento. Uma das maneiras de representar o FC é através de gráficos, como na Figura 10. A intenção da ferramenta é conseguir analisar o problema de uma forma mais simples de se

entender. (CASAROTTO FILHO, 2010).

Figura 10 - Diagrama de fluxo de caixa.


44

A representação do diagrama é feita em escala horizontal, na

qual as setas com sentido para cima significam receitas e as opostas, despesas de um projeto.

2.3.3 Taxa Mínima de Atratividade (TMA) e Inflação Casarotto Filho (2010) define TMA como uma taxa a partir da

qual o investidor do projeto considera que está obtendo ganhos financeiros. Ou seja, é um valor que transmite a ideia de quão bom um investimento pode ser ou não. Portanto, para definir se um investimento

é bom, o investidor deve confrontar os resultados obtidos a partir das duas taxas calculadas.

A definição da TMA para uma empresa, todavia, não é algo tão simples assim. A taxa depende do valor do investimento, assim como do tempo e da importância estratégica. Na realidade, a empresa precisaria

definir qual seria o mínimo retorno que poderia ser obtido através do investimento do capital. Para pessoas físicas, por exemplo, é comum a TMA ser igual à rentabilidade da caderneta de poupança.

(CASAROTTO FILHO, 2010). No entanto, a TMA varia diariamente no mercado de capitais.

Dessa forma, deve-se utilizar de uma TMA média referida a um período maior, que para casos de investimentos de longo prazo trata-se da média anual.

Além da oscilação diária, tem-se a dificuldade de considerar a inflação na análise, visto que os preços e custos apresentam variação no tempo.

Para se analisar dois investimentos, por exemplo, além de considerar a inflação no estudo é necessário realizar uma projeção do seu valor, o que torna o problema muito mais complexo e,

consequentemente, avaliar a variação da variável traçando distintos cenários torna-se algo importante no resultado final.

2.3.4 Métodos determinísticos de análise de investimentos

2.3.4.1 Taxa Interna de Retorno (TIR)

Por definição, a taxa interna de retorno de um fluxo de caixa é a

taxa na qual o valor presente é nulo. Isto é, realizando todos os cálculos de VP, devemos obter uma taxa na qual este valor é zero. Ao invés de conhecer a taxa de juros ou inflação, por exemplo, iremos calculá-la.

45

Ao utilizar a TIR como critério de decisão para projetos de

investimento, deve-se utilizar outra taxa para fins de comparação. A TIR representa o retorno percentual do projeto, o qual deve ser superior a

uma taxa mínima esperada pelos fornecedores de recursos (TMA) de tal modo a considerarem o investimento atrativo. Portanto, se a TIR do projeto de investimento for superior à TMA, o projeto é considerado

rentável e deve ser aceito. Caso contrário, o projeto deve ser recusado (NETO; FIGUEIREDO, 2009). No entanto, a TIR não é aconselhável para processos com investimentos diferentes, o que dificulta a análise,

necessitando de outros métodos para maior confiabilidade do estudo.

2.3.4.2 Valor presente (VP) e valor presente líquido (VPL)

Para poder comparar valores de diferentes períodos de tempo, precisamos primeiramente fazer os cálculos, considerando o valor do dinheiro no tempo, através de taxas de juros para descobrir os valores

em um determinado período para todas as receitas e despesas do projeto. Seguindo esta linha de raciocínio, Casarotto Filho (2010) apresenta a seguinte formula de relação:

𝐹 = 𝑃 ∗ (1 + 𝑖)𝑛 (1)

na qual, F é o valor futuro da receita ou despesa, P o valor presente, i a taxa de juros e n o número de períodos no qual o valor

futuro está distante do valor presente. Esta fórmula pode ser isolada para o cálculo do valor presente

de valores futuros de fluxo de caixa. O Valor Presente Líquido (VPL)

se baseia na conversão de todos os fluxos financeiros do projeto, tanto positivos como negativos, para o período presente e somá-los. Quando

todos os fluxos são ajustados à mesma referência no tempo, obtém-se seu valor líquido, que representa o resultado atual do projeto (NETO; FIGUEIREDO, 2009). Gitman (2007) considera o método VPL como

uma técnica sofisticada de orçamento de capital, pois considera o valor do dinheiro no tempo.

2.3.4.3 Método do Valor Anual Uniforme Equivalente (VAUE)

Casarotto (2010) define VAUE como uma série anual (A) que equivale ao fluxo de caixa dos investimentos realizados a uma taxa de

mínima atratividade. Em outras palavras, o método consiste em encontrar uma série uniforme que equivale a todos os custos e receitas

46

do projeto utilizando como base de cálculo a TMA. Portanto, quanto

maior for o saldo, melhor é o projeto. Este método é mais adequado para investimentos de longo

prazo. Tratando-se de um horizonte menor, o método do Valor Presente (VP) é mais indicado para resolução do problema.

Para projetos com tempos de análise distintos, não é tão simples

sua comparação. No entanto, pelo fato do VAUE traduzir o investimento em uma série uniforme, este permite esta comparação. Isto é, o horizonte de planejamento já está implícito no próprio método, não

sendo necessário repetir os fluxos de caixa para que o horizonte de análise seja o mesmo.

Como o estudo trata-se de uma análise de duas tecnologias distintas e a vida útil é diferente, o método VAUE é mais indicado para realização da análise.

2.3.5 Payback simples e descontado

Ross et al. (2008) e Figueiredo (2009) definem payback como

o período que equivale ao número de períodos necessários para que o investimento realizado seja recuperado. Para tal, a quantia acumulada das receitas deve igualar-se ao investimento realizado. Pequenos valores

de payback indicam que o projeto foi mais rápido em recuperar o investimento, desse modo, o capital estará livre mais rapidamente para

ser investido em outro projeto. Há dois tipos básicos de período de payback: o simples e o

descontado. A variante simples indica o tempo necessário à recuperação

do investimento, desprezando o valor do dinheiro no tempo. No período de payback descontado, não são considerados os valores nominais dos fluxos de caixa, como ocorre no simples, e sim os valores descontados

para o presente, através de uma taxa de juros. A taxa de juros utilizada deve ser ajustada ao risco. Pode-se, por exemplo, utilizar a taxa mínima de atratividade (NETO; FIGUEIREDO, 2009). O gráfico 1 ilustra o caso

de payback descontado.

47

Gráfico 1 - Payback descontado


A recuperação do capital se faz por meio dos benefícios

incrementais líquidos de caixa promovidos pelo investimento. Sabendo o valor presente de cada entrada é possível, então, aplicar o conceito no fluxo de caixa e obter o período que o novo investimento irá se pagar.

(ASSAF NETO, 2008). Para um caso de investimento em que ocorra a redução de

custos, os ganhos do processo serão os benefícios do mesmo. Isto é, a

redução de custos gerada pela substituição de um equipamento é considerada uma receita à empresa.

2.3.6 Análise de Sensibilidade

Devido às incertezas na obtenção de dados de um projeto,

devemos levar em consideração o impacto da variação dos valores de cada variável. Ou seja, o estudo deve ser suportado por mais de uma única solução, em mais de um cenário.

Na análise de sensibilidade é estudado o efeito que a variação de um dado de entrada pode ocasionar nos resultados. Quando uma pequena variação num parâmetro altera drasticamente a rentabilidade de

um projeto, diz-se que o projeto é muito sensível a este parâmetro e poderá ser interessante concentrar esforços para obter dados menos

incertos. (CASAROTTO, 2010).

49

3. METODOLOGIA

O trabalho presente é de cunho empírico e trata-se de um estudo de caso em um supermercado. Para a realização do estudo foram

realizadas visitas técnicas ao supermercado para obtenção de informações sobre o sistema de refrigeração, assim como dados econômicos. Além destas visitas, um formulário foi desenvolvido para

coleta de maiores informações da empresa em geral. Este formulário está disponível no apêndice deste trabalho.

No decorrer do trabalho, surgiu a necessidade de entrar com

contato com uma equipe de manutenção responsável pelo serviço ao supermercado. Devido à falta de especialização dos funcionários do

supermercado quanto ao ciclo em questão, muitas dúvidas técnicas foram questionadas diretamente com a equipe de manutenção.

A partir da coleta de dados, desenvolveu-se uma planilha Excel

para realizar todas as análises econômicas do estudo. Os dados termodinâmicos foram obtidos através do contato com a equipe de manutenção, além do apoio da bibliografia e de empresas que produzem

o equipamento. Também, contatou-se o setor gerencial do grupo Giassi

supermercados para a obtenção de alguns dos dados financeiros da empresa, como os fundos de investimentos e taxação de impostos.

Por fim, para a obtenção de valores futuros da TMA, estimou-se

tanto a inflação do período, a partir de uma análise histórica (anexo A) e uma avaliação do cenário econômico do país, quanto a taxa média de retorno dos fundos de investimentos a partir dos dados fornecidos pela

empresa. Dessa forma, as etapas da pesquisa seguem as seções abaixo:

1. Pesquisa de referencial teórico

2. Coleta de dados 3. Análise do processo produtivo

4. Projeção do fluxo de caixa 5. Comparação entre as alternativas

51

4. ESTUDO DE CASO

4.1 DESCRIÇÃO GERAL

O presente estudo tem por objetivo analisar o sistema de

refrigeração de um supermercado na região de Florianópolis, localizada em barreiros, Santa Catarina. Trata-se de um supermercado de médio

porte. A empresa foi uma das pioneiras do setor a utilizar sistemas de

refrigeração com CO2 como fluido refrigerante, sendo implementado

primeiramente em 2012, na loja de barreiros, e depois o sistema foi difundido entre demais lojas. Hoje, a empresa conta com três lojas com esta tecnologia e em breve terá mais uma.

Conforme Oliveira (2017), a loja de barreiros foi a primeira a implementar o sistema e, como qualquer inovação, surgiram problemas

e também alterações no sistema. A empresa optou por testar o sistema nesta loja e então, a partir das alterações e aprendizados, instalá-lo nas demais lojas.

Dessa forma, esta loja se tornou a mais interessante para pesquisa, pois abordará melhorias técnicas que, possivelmente, são somente vistas na prática, pois, apesar de existir um conhecimento

teórico amplo, a prática pode apresentar outras oportunidades e desafios ao campo de refrigeração.

O supermercado trabalha com um sistema cascata, com três fluidos refrigerantes. Dessa forma, há um fluido intermediário (Etilenoglicol e água) no sistema que atua tanto como evaporador

quanto condensador dos demais fluidos, além de ter a função de manter os alimentos refrigerados.

Por se utilizar CO2 como fluido refrigerante, um dos grandes

problemas associados é a elevada pressão, questão discutida na fundamentação teórica. Dessa forma, o sistema cascata, com a utilização do CO2 no ciclo subcrítico foi o escolhido pela empresa justamente por

trabalhar com pressões não tão elevadas de operação, amenizando assim a primeira barreira.

4.2 DESCRIÇÃO TÉCNICA

Nesta etapa, será descrito o sistema de refrigeração adotado pela empresa, assim como os problemas enfrentados e as melhorias acatadas pela mesma. Além de informações repassadas pela empresa,

52

contatou-se também a empresa responsável pela manutenção do sistema,

facilitando o entendimento do assunto.

4.2.1 Sistema de refrigeração

Conforme supracitado, a empresa adotou um sistema de

refrigeração cascata, com três fluidos refrigerantes. A Figura 11 a seguir esboça o sistema atual, assim como suas particularidades, focado principalmente no CO2.

Figura 11 - Esboço do sistema de refrigeração

Autor: Fonte própria (2017)

53

O ciclo em questão pode ser dividido em:

a) Três racks de refrigeração com CO2

Dois dos três racks são utilizados para manter alimentos congelados nas ilhas do supermercado (expositores), esquematizados como “Evaporador 1 – Ilhas” na figura acima. Cada um destes racks

contém três compressores de 3HP cada um, com um tanque de 90L de CO2. A capacidade de refrigeração de ambos é cerca de 30.000Kcal. A Figura 12 a seguir demonstra os racks utilizados pela empresa.

Ambos racks estão instalados embaixo da instalação do mercado (no estacionamento), logo abaixo dos expositores, a fim de

diminuir o percurso do fluido até o setor refrigerado. Com isso, a perda de carga é menor e garante maior performance do ciclo, sem grandes perdas de temperatura no percurso.

Figura 12 - Racks de CO2

Fonte: Autoria própria (2017)

O terceiro rack está localizado na casa de máquinas. O objetivo deste é manter a temperatura dos estoques congelados (Carnes em geral

e produtos em papelões como pizzas, lasanhas, embutidos, etc.). Como são ambientes isolados e não ficam expostos grandes períodos ao ambiente trocando calor, a necessidade de frio é bem menor.

Desssa forma, a empresa optou por três compressores de potência menor, 1.5HP cada um, produzindo cerca de 18.000Kcal no total. O princípio de funcionamento dos três racks é o mesmo, a única

diferença é a produção de frio de cada um e sua aplicação. A Figura 13 ilustra o rack na casa de máquinas do supermercado.

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Figura 13 - Rack 3 de CO2


Portanto, a empresa utiliza um total de nove ciclos de

refrigeração com CO2, sendo um tanque de 90L de capacidade para

cada conjunto de três compressores. A zona de trabalho de temperaturas é de 30ºC negativos a 4ºC negativos, garantindo assim baixas pressões,

trabalhando no ciclo subcrítico.

b) Um rack de refrigeração com Etilenoglicol e H2O

Este sistema é o intermediário do projeto. Sua função é condensar todos os ciclos de CO2 e, ao mesmo tempo, é utilizado nas demais atividades do supermercado que necessitam de frio. A menor

temperatura de trabalho do fluido é de 4ºC negativos. A empresa optou por utilizar um fluido intermediário por duas

razões. Primeiramente, há a necessidade de manter produtos refrigerados (temperaturas entre 2ºC e 7ºC), que poderia ser feito também com CO2. No entanto, para não operar com pressões muito elevadas e aumentar o

custo do projeto (tubulações mais espessas ou de outro material mais resistente), fez-se um ciclo intermediário. Também, para não ter grandes quantidades de R404A, que é um fluido mais caro e apresenta grandes

impactos ao meio ambiente, além de ser perigoso por ser tóxico. Sendo assim, todas as demais áreas do mercado que serão

mantidas resfriadas são feitas com o etilenoglicol e água (expositores de frios, carnes, produtos industrializados, etc.). É importante fazer esta

55

separação, deixando claro que o CO2 somente é utilizado em produtos

que necessitam se manter congelados, e não refrigerados. O sistema conta com um volume de etilenoglicol e água de

3.000 litros, bombeado por dois compressores ilustrados na Figura 14.

Figura 14 - Rack de refrigeração de Etilenoglicol e H2O


c) Rack de refrigeração com R404A A parte final do sistema de refrigeração e que possui a maior

temperatura de trabalho é a com utilização do fluido R404A. A função

básica do sistema é condensar o etilenoglicol e água (estágio anterior) para manter sua temperatura mais baixa quando este operar no ciclo de

alta. O sistema é bem simples e pequeno (Figura 15), com três compressores menores, alocados na casa de máquinas.

56

Figura 15 - Rack de refrigeração com R404A


Por fim, como condensadores do R404A, têm-se dois sistemas de arrefecimento em V, cada um com cinco ventiladores na superfície externa do mercado, acima da casa de máquinas, para aumentar a troca

de calor, conforme as figuras abaixo demonstram.

Figura 16 - Sistema de arrefecimento em

V


Figura 17 - Condensadores

Fonte: THERMOKEY (2017)

Utilizando este sistema como condensador, todo o calor gerado pelo sistema está sendo descartado para o ambiente aquecendo o ar. Todavia, a empresa acrescentou mais um detalhe ao sistema, ganhando

uma parte desta energia. Para a limpeza diária do supermercado, mais especificamente a

padaria e o açougue, há a necessidade de se utilizar água quente,

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garantindo uma limpeza melhor e um ambiente mais higiênico, fator

importante para os clientes. Portanto, parte deste calor é destinada a aquecer um tanque de água, detalhado na seção seguinte.

d) Sistema de reaproveitamento de calor (aquecimento de água)

Segundo o gerente Josivan (2017), a empresa necessita de 2.000

litros de água quente por dia para a realização da limpeza. Portanto, uma das opções seria aquecer a água com resistências elétricas, processo convencional, porém ineficiente em termos termodinâmicos relativos à

exergia, pelo elevado gasto de energia. Entretanto, a empresa optou por reaproveitar a energia gerada

pelo R404A, retirando calor do ciclo (assim como o sistema de arrefecimento) e aquecendo esta água, que chega a 70ᵒC (valor médio). O sistema, demonstrado na Figura 18, se localiza na casa de máquinas

da empresa, bem próximo aos ventiladores.

Figura 18 - Reservatório de água aquecido pelo sistema de refrigeração


Utilizando-se do calor gerado pelo ciclo, a empresa consegue diminuir os gastos com energia drasticamente, principalmente no caso

de utilização de resistências para aquecer água, além de ser um processo muito mais limpo ao meio ambiente.

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e) Sistema de segurança Por se tratar de um sistema que trabalha com um gás inodoro e

tóxico em grandes quantidades (conforme abordado na revisão teórica), a empresa deve garantir a segurança de seus funcionários em um caso de vazamentos. Dessa forma, as empresas fabricantes dos sistemas já

indicam a utilização de sensores de CO2 que verificam a quantidade em partes por milhão no ar e alertam caso esteja elevada. A Figura 19 demonstra um dos sensores instalados no supermercado.

Figura 19 - Sensor de vazamento de CO2


Além dos sensores, há válvulas de segurança em várias etapas do sistema. Cada vaso de pressão têm duas válvulas, uma antes e uma

após, garantindo assim a segurança do sistema. A Figura 20 abaixo ilustra as válvulas antes e após cada vaso.

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Figura 20 - Válvulas de segurança entre os vasos de pressão

Fonte: Giassi (2017)

É importante destacar que as válvulas de segurança devem se localizar em locais abertos e com boa ventilação, evitando problemas quando ocorrer qualquer vazamento.

f) Expositores

Por fim, os expositores são os locais nos quais os produtos são mantidos refrigerados. No supermercado, existem quatro grandes grupos

de expositores, conforme a Figura 21 abaixo.

60

Figura 21 - Expositores de produtos refrigerados


Os expositores são divididos em células, de um a oito,

conforme demonstrado na figura. Cada célula contém algumas divisões, sendo cinco divisões nas células 1C, 2C, 3C e 4C; quatro nas células 5C e 6C; duas nas 7C e 8C. Nas primeiras duas células são mantidos

resfriados alimentos como frango, linguiças e seus derivados. Nas duas próximas células, comidas prontas como pizza, lasanhas, entre outros. Um dos expositores fechados (células 5C e 6C) resfria legumes,

sorvetes, polpas de frutas e outros produtos prontos como batata e aipim fritos. Por fim, o último expositor resfria peixes e frutos do mar.

As quatro primeiras células contêm cinco divisões cada uma, de aproximadamente 0,9m³ cada divisão. Já as demais células contém um total de 12 divisões de 1,1m³ cada. A nomenclatura utilizada pode ser

visualizada pela Figura 22 abaixo.

61

Figura 22 - Nomenclatura das células


4.2.2 Processo de implementação e conceitos práticos Por ser o primeiro supermercado da marca Giassi a aderir ao

CO2 como fluido refrigerante, o projeto foi mais longo e apresentou alguns pontos positivos e negativos, que foram abordados durante as

visitas e também com os técnicos de manutenção da empresa. A seguir serão divididos em pontos positivos e oportunidades de melhoria para destacar os problemas enfrentados, assim como as soluções que a

empresa adotou para solucionar e melhorar nas demais filiais que foram inauguradas posteriormente.

4.2.2.1 Pontos positivos

Na instalação do equipamento, um dos pontos positivos é a utilização de válvulas de segurança de pulso. Este tipo de válvula abre e

fecha de acordo com pulsos, ou seja, quando atinge determinada pressão (elevada o suficiente para ocasionar algum problema) ela vai abrir, liberar certa quantidade de gás, diminuindo a pressão interna, e então

fechará. Outro tipo comum de válvula são as de passo. O problema

destas seria que casso ocorresse algum problema mecânico ou elétrico,

ela poderá ficar aberta e expulsar todo o CO2 do sistema, perdendo o gás e, no pior dos casos, perdendo produtos.

Outro ponto interessante é sobre o funcionamento do ciclo em

si. Especificamente sobre a refrigeração do CO2, o fluxo do gás é feito de forma a determinar possíveis problemas no ciclo. A Figura 23 ilustra

o fluxo do gás em um dos expositores como exemplificação do caso.

62

Figura 23 - Funcionamento do sistema - fluxo do CO2 nos expositores


Pela figura, pode-se observar que o fluxo percorrido pelo gás se inicia na célula “1C1” e termina na célula “2C7”. Devido a este fluxo, qualquer problema de refrigeração poderá ser detectado pelo decaimento

da temperatura na última célula (2C7), pois será o último a trocar calor com o gás.

Dessa forma, a identificação do problema ocorre de maneira mais rápida e o gasto de energia é menor para recuperar o ciclo. Caso o sistema centralizasse o gás e então distribuísse o frio para as células,

todo o sistema iria perder frio ao mesmo tempo, e quando a diferença de temperatura fosse identificada a perda de energia do sistema já seria bem maior.

63

Além disso, a empresa faz o descongelamento das ilhas de

célula por célula, diariamente. Esta rotina garante melhor eficiência do ciclo, garantindo que não entupirá o acesso do frio às células. Também,

por realizar uma por uma, garante que os produtos de cada célula não sofram uma variação de temperatura muito elevada, garantindo assim a qualidade do produto ao consumidor.

Por fim, utilizar o ciclo em sistema cascata subcrítico trás algumas vantagens. Tratando-se de segurança, o ciclo opera com pressões menores quando comparado ao transcrítico. Também, há

autores que indicam melhor rendimento do ciclo na operação subcrítico, apesar de já ter pesquisas indicando que o ciclo transcrítico pode ter

rendimento igual e até maior do que o subcrítico (SILVA, 2009).

4.2.2.2 Oportunidades de melhoria

Durante as visitas realizadas observaram-se algumas oportunidades de melhoria para o ciclo de refrigeração. Primeiramente, os expositores utilizados para manter os alimentos congelados do

supermercado são diferentes entre si, conforme pode ser visualizado na Figura 21.

Dois deles possuem prateleiras com portas de vidro que

funcionam como isolantes, mantendo a temperatura dos alimentos com um gasto menor de energia. Já os outros dois são totalmente abertos,

trocando mais calor com o ambiente. No entanto, apesar da diferença dos expositores, ambos racks de CO2 trabalham com a mesma potência, gerando cerca de 30.000Kcal cada um.

Segundo o técnico de manutenção do local, os expositores com portas de vidro gastam cerva de 17.000Kcal. Isto é, há uma sobra de 13.000Kcal no sistema, gastando mais energia e, consequentemente,

custos ao supermercado. Já no caso do terceiro rack, que mantém as câmaras frias refrigeradas, não há diferença entre a necessidade e a capacidade de produção de frio do equipamento.

Outro ponto observado é a utilização de um fluido intermediário. O Volume total de etilenoglicol é de 3.000 litros, o que

acaba sendo uma das dificuldades da empresa. Quando ocorre alguma falha no sistema ou falta de energia, por exemplo, os ciclos de CO2 começam a aumentar muito rapidamente sua temperatura e,

consequentemente, sua pressão. Ou seja, um dos grandes problemas de se trabalhar com o

sistema no qual o etilenoglicol condensa o CO2 é que, devido a grande

quantidade de etileno utilizada no sistema, se torna muito difícil de

64

manter refrigerado este fluido intermediário. Segundo o técnico de

refrigeração, o ciclo demora cerca de uma hora e vinte minutos para conseguir deixar o etileno na sua temperatura normal de trabalho, isto é,

a T=-4ºC. Atualmente, nas outras três lojas da rede de supermercados, o

ciclo de refrigeração utiliza somente dois fluidos refrigerantes,

eliminando o etilenoglicol e trabalhando com pressões mais elevadas do CO2 para atingir temperaturas mais elevadas de funcionamento, mantendo produtos resfriados e congelados. Segundo Josivan (2017), é

muito mais simples o sistema, facilitando a operação, o que diminuiu os problemas enfrentados pela empresa.

4.3 ANÁLISE ECONÔMICA

Antes de iniciar a análise, é importante ter em mente que a análise de alternativas de investimento é apenas um passo do processo

de solução de um problema, isto é, de nada adianta comparar alternativas se as mesmas não convergem a um mesmo resultado. Krick (1971) propõe um passo a passo para o processo do projeto, conforme

destacado abaixo:

I. Formulação do problema

II. Análise do problema III. Busca de alternativas IV. Avaliação das alternativas

V. Especificação da solução preferida

Neste trabalho, o objetivo não é selecionar várias alternativas de solução do problema, conforme o item III. No entanto, deseja-se

comparar duas alternativas de sistemas de refrigeração pré-definidas. A primeira alternativa é a adotada pela empresa e a segunda o sistema convencionalmente utilizado no setor.

4.3.1 Projeção de Fluxo de Caixa

No projeto financeiro, todos os dados foram obtidos em

conjunto com o supermercado, assim como foram feitas pesquisas com empresas que vendem soluções de refrigeração. Também, a fim de comparar projetos de mesmo porte, alguns dados serão estimados de

acordo com a bibliografia, para garantir maior confiabilidade dos resultados.

65

Para realização das análises é necessário o entendimento de

todos os custos envolvidos do investimento. Neto et. al. (2009) afirma que é deve-se determinar o investimento em capital e definir os custos

de operação para ter uma estimativa completa dos custos do investimento. Estes são chamados de custos operacionais, relacionados ao processo produtivo, que geram receitas para a sua viabilidade. No

estudo de caso, as receitas estão relacionadas à economia gerada por uma solução em comparação à outra.

Outro elemento que gera custo é a mão de obra direta. Esta

compreende a remuneração da força de trabalho. Além dos salários pagos aos colaboradores que participam do processo produtivo, é

essencial contabilizar os encargos sociais e benefícios (previdência, fundo de garantia, 13º salário, etc.). No caso brasileiro, os encargos representam um valor acima de 60% do total do salário. (NETO;

FIGUEIREDO, 2009). Para o caso em específico, a maior diferença com relação à este custo está relacionada à manutenção. O conhecimento necessário é diferente e mais específico para sistema com CO2. Por isso,

tendem a serem maiores. As despesas administrativas, em contra partida, são mais

constantes, mas devem ser levadas em consideração. Neste pilar, incluem-se materiais de escritório, equipamentos, edificações, serviços de engenharia, despesas legais e comunicações (PETERS;

TIMMERHAUS; WEST, 2003). No supermercado em questão, o funcionário responsável pela supervisão do sistema de refrigeração não necessita de conhecimentos aprofundados.

Além destes custos, que totalizam os custos operacionais, deve-se considerar a depreciação do equipamento em estudo. A depreciação é contabilizada até que o ativo perca seu valor de venda. Peters et. al.

(2003) afirma que existem algumas maneiras para determinar a depreciação do equipamento, entretanto em projetos de engenharia é

comum a consideração linear de depreciação. Neto et. al. (2009) complementa que os juros de financiamentos

para ativo imobilizado ou capital de giro constituem despesas a serem

consideradas para efeito de abatimento no imposto de renda. A projeção de inflação é um bom indicador desses ajustes, pois o dinheiro tem valor diferente no tempo.

4.3.2 Análise econômica

Os dados para realizar a análise foram obtidos diretamente com

o supermercado, durante as visitas ao campo. Além disso, foram

66

enviados alguns formulários para a empresa para obter demais dados. Os

formulários estão no apêndice A deste documento. Os dados necessários para a análise estão resumidos na tabela abaixo:

Tabela 5 – Dados do projeto dos sistemas de refrigeração

Variáveis de projeto Equipamento CO2 Equipamento R22

Investimento R$ 4.500.000,00 R$ 3.750.000,00 Custo de energia elétrica R$ 90.000,00 R$ 112.500,00

Custo com mão de obra R$ 6.000,00 R$ 4.800,00 Custo com reposição de gás R$ 750,00 R$ 4.000,00

Fonte: Elaboração em conjunto com a empresa (2017)

O investimento do equipamento se refere ao projeto do ano de

2012, quando foi adquirido e instalado no supermercado. O custo referente à energia elétrica é um custo médio mensal,

pois devido às variações do clima durante o ano os gastos não são constantes mês a mês.

A mão de obra é dividida em duas partes: própria e de

manutenção. A empresa conta com um funcionário que monitora o sistema diariamente, gerando um custo fixo de R$2.000 por mês. O restante refere-se à mão de obra contratada para o serviço de

manutenção em geral. A empresa contratada atua regularmente no supermercado, assim como quando ocorrem alguns imprevistos e falhas

no sistema. Por fim, tem-se o custo de reposição de gás refrigerante,

referente a perdas por mau funcionamento, vazamentos e perdas diárias

e reposição de óleos lubrificantes para os compressores. Há trocas que devem ser realizadas periodicamente para não prejudicar o funcionamento do equipamento e garantir sua eficiência.

Além dos dados do equipamento em si, é necessário obter dados econômicos do setor, como a TMA, conhecer a forma de tributação adotada pela companhia, imposto de renda e valores de

depreciação dos equipamentos. Os dados estão demonstrados na tabela abaixo:

67

Tabela 6 – Dados econômicos dos equipamentos de refrigeração

TMA real 4,60%

IR 34%

Depreciação 10% a.a.

Vida útil 10 anos (R22) e 15 anos (CO2)

Valor de revenda 20%

Fonte: Elaboração em conjunto com a empresa (2017)

A TMA real foi obtida a partir dos dados fornecidos pela

empresa, assim como com uma estimativa de inflação entre o período de análise. Para obter a estimativa de inflação é necessário definir qual o índice mais conveniente para a análise. Dentre os índices, o IGP-M,

segundo a FVG (2017), é um forte indicador da macroeconomia do país, tratando-se de uma informação importante nas análises de investimento, avaliando a desvalorização do dinheiro ao longo do tempo.

Dessa forma, fez-se uma análise dos anos passados (desde a instalação do sistema até a data atual) e então uma estimativa futura

considerando o período de análise dos sistemas. A figura abaixo demonstra os dados do IGP-M obtidos até a data atual.

Figura 24 - IGP-M

Fonte: Fundação Getúlio Vargas (2017)

Para realizar uma estimativa futura é interessante analisar a situação macroeconômica atual do país. Nos últimos anos o país sofreu com crises que impactaram diretamente no poder econômico,

desvalorizando o dinheiro e diminuindo o poder de compra do consumidor.

No entanto, o cenário é mais otimista para os próximos anos e

pesquisas indicam que os índices devem diminuir. A meta de inflação para o ano de 2018 é de 4,5%, assim como a estimativa do IGP-M, segundo o Banco Central (2017). Por se tratar de estimativas, no estudo

serão abordados três cenários: otimista, pessimista e a estimativa real. Os limites superior e inferior estimados pelo Banco Central são 6,0% e

68

3,0%, respectivamente, referentes à projeção do cenário econômico do

país. Além da inflação, obteve-se da empresa seus principais fundos

de investimentos a partir do formulário em anexo. Analisando suas aplicações, optou-se por utilizar a taxa SELIC como estimativa, pois a maioria gera rendimentos próximos a taxa em questão. Portanto,

calculou-se o valor médio da taxa Selic de acordo com os dados disponíveis do Banco Central do Brasil, demonstrados no anexo A, obtendo o valor médio de 11,06%.

Por fim, o IR é referente à forma de tributação adotada pela empresa, também via formulário, no valor de 34% (15% referente ao

imposto de renda em si, 10% adicional e mais a alíquota de 9% de contribuição social). A taxa de depreciação, a vida útil e o valor residual foram obtidos com as empresas fabricantes e com o auxílio da equipe de

manutenção, além de defrontar os dados com a literatura.

4.3.3 Resultado econômico

A partir dos dados coletados, fez-se o estudo econômico

comparativo das duas tecnologias. De acordo com a metodologia, o resultado pode ser observado de diferentes maneiras. A figura 25

demonstra o payback descontado, demonstrando o período no qual o investimento se paga.

Figura 25 – Análise do fluxo de caixa incremental dos equipamentos de

refrigeração.


69

Pela análise, é possível reparar que mesmo sendo um

equipamento com um investimento maior, o retorno começa a ser positivo antes de se completar quatro anos de utilização do

equipamento. Segundo a literatura, o retorno do investimento deveria ser

positivo entre três a cinco anos, no máximo. De acordo com a análise

feita pelo supermercado antes de realizar a implementação do sistema, o investimento seria vantajoso no segundo ano de utilização.

Em complemento, utilizou-se o método VAUE para comparar

os equipamentos, devido à vida útil ser distinta. Os valores obtidos da análise estão resumidos na tabela abaixo:

Tabela 7 - Resultado VAUE

Equipamento com CO2 Equipamento com R22

R$ (1.071.263,95) R$ (1.295.884,31)

Fonte: Elaboração própria

Conforme abordado na fundamentação teórica, o resultado para

ambas as tecnologias seria negativo, por se tratar de investimento em equipamentos que não geram lucro. No entanto, quanto mais negativo o valor, pior é seu resultado, pois o método calcula todos os custos e

receitas e converte em uma série anual. Dessa forma, o equipamento que utiliza CO2 como fluido

refrigerante se demonstra mais interessante economicamente por possuir uma série anual mais positiva, isto é, gerando um custo anual menor em comparação com o outro equipamento.

4.3.4 Análise de sensibilidade

Com o estudo, foi possível observar que com os dados fornecidos pela empresa investir no equipamento de CO2 foi a melhor

opção, com um período de retorno atrativo. No entanto, durante a análise, demonstrou-se interessante avaliar a sensibilidade de alguns valores devido suas variações decorrentes da imprecisão dos dados,

assim como as estimativas realizadas, impactando diretamente no resultado final. Em outras palavras, a imprecisão dos dados pode

fornecer um resultado positivo a primeiro momento que, caso os dados apresentem demasiada variação na prática, pode se tornar negativo no futuro.

Sendo assim, serão apresentados diferentes cenários com o objetivo de avaliar a viabilidade econômica do investimento para o

70

equipamento de refrigeração, assim como o impacto de cada variável no

resultado final, isto é, sua sensibilidade. Para realizar esta análise, fez-se uma comparação dos valores

fornecidos pela empresa e os valores encontrados na literatura para as diferentes variáveis. Também, foram comparados os valores fornecidos por empresas de manutenção e empresas produtoras dos equipamentos

de refrigeração. Destas comparações, verificou-se que os gastos com energia

elétrica, manutenção e reposição de gás possuem uma grande dispersão

relativa de valores, necessitando então de uma análise mais abrangente. Além destas variáveis, é necessário verificar o impacto da TMA

no resultado da análise, pois para o estudo a variável foi estimada de acordo com os dados fornecidos e a inflação média do período (passado e futuro).

Por fim, torna-se pertinente avaliar o impacto do investimento inicial devido ao sistema de CO2 ter grandes chances de crescimento no mercado com novos estudos e inovações tecnológicas, podendo então

seu preço variar consideravelmente. Ademais, há a pressão pela substituição de equipamentos que impactam o ambiente, fato

amplamente discutido no estudo.

4.3.4.1 Variáveis abordadas na análise

Para melhor interpretação das variáveis, a seguir estão

apresentadas as considerações de cada variável separadamente para poder apresentar sua influência no resultado total.

a) Energia elétrica

Os dados do estudo abordados anteriormente são relacionados aos reais fornecidos pela empresa. Na literatura, diversos autores apresentam algumas faixas de redução dos custos de energia para o

sistema de CO2. Segundo Silva (2009), a redução de energia pode chegar a 40%. Outros autores também citam reduções na ordem de 30%.

Também, dependendo do caso, a redução é de aproximadamente 10% somente, isto devido ao funcionamento do sistema, assim como diversos outros fatores como temperatura local que podem influenciar no

resultado energético. Portanto, será realizada a sensibilidade para o pior e o melhor

cenário, 10% e 40% respectivamente. A figura 26 ilustra o impacto da

variável no resultado final.

71

Figura 26 - Análise de sensibilidade da energia elétrica consumida pelo

equipamento de CO2 – Payback descontado


Pela figura 26 é possível observar que a energia gasta no

processo pode alterar significativamente o cenário. Caso a redução de energia seja de 10%, o investimento se torna positivo após o quinto ano apenas. Em contrapartida, caso a redução seja de 40% o investimento se

demonstra muito atrativo, com tempo de retorno de aproximadamente dois anos.

Por alterar significativamente o resultado final, fez-se uma projeção para identificar o ponto de equilíbrio no qual os dois investimentos teriam o mesmo valor do VAUE, isto é, seriam

igualmente atrativos do ponto de vista econômico. A Figura 27 demonstra que isto ocorreria caso o gasto de energia fosse aproximadamente 5% maior com relação ao equipamento de R22. Ou

seja, mesmo se o consumo elétrico do equipamento fosse maior o investimento teria resultado econômico mais atrativo.

72

Figura 27 - Variação do VAUE pela variação do consumo de energia em reais

(ponto de equilíbrio) – Payback descontado


b) Manutenção do equipamento

Conforme supracitado, dentro do pilar manutenção estão relacionados os gastos com a equipe de manutenção (mão de obra), assim como gastos com manutenção do equipamento em si. Durante o

período de análise, a empresa não obteve gastos excessivos neste contexto.

Na literatura também não há evidências de problemas relacionados com a manutenção, sendo ambos equipamentos similares. No entanto, o maior problema está relacionado com as possíveis perdas

que podem ocorrer a partir da falha do equipamento, gerando perdas de produtos e, consequentemente, maiores gastos para a empresa.

Nestes cinco anos de operação, a empresa somente teve perdas

de produtos uma única vez. Segundo Josivan (2017), a perda chegou a 30 mil reais de produtos (sorvetes), devido a uma queda de energia no

local. Dessa forma, não há grandes impactos no resultado final.

c) Reposição de gás

Durante as visitas a empresa, uma das variáveis exaltadas pela companhia como grande diferença foi a reposição de gás. Segundo a empresa, a reposição de gás seria uma das grandes vantagens de se

utilizar o CO2, necessitando menor reposição. Buscou-se então avaliar os valores dos gases de refrigeração no

mercado e na literatura, assim como a variação em quilogramas de

73

reposição. Durante a pesquisa, não foram encontrados valores tão

distintos do que os apresentados pela empresa de manutenção, com variação total pequena e pouco significante, não gerando grandes

impactos. Contudo, caso o equipamento apresente problemas

repetidamente, o CO2 será descartado pelas válvulas de segurança,

sendo necessária sua reposição. Em contato com a empresa de manutenção, verificou-se que os

equipamentos com R22 apresentavam mais falhas e, consequentemente,

necessitavam de reposições mais frequentes. Em suma, quando ocorre alguma falha todo o CO2 pode ser

descartado pelas válvulas, porém, mesmo necessitando sua reposição total, ainda é mais vantajoso.

Realizou-se somente uma vez a reposição total do gás do

sistema, no mesmo incidente que houve perda de produtos pela companhia, abordado anteriormente.

d) TMA A taxa mínima de atratividade é a variável mais incerta do

estudo. Por se tratar de estimativas do futuro, que dependem bastante das condições do país no viés econômico. Além disso, a empresa pode alterar seus fundos de investimento de acordo com o cenário do país.

Portanto, é preferível realizar uma análise com uma variação maior, abrangendo cenários bem distintos. Os limites utilizados para a análise foram obtidos das análises do Banco Central do Brasil,

considerando o desvio padrão calculado, sendo 3% e 6% o limite inferior e superior, respectivamente.

Utilizando então a projeção com os limites citados acima e com

os dados reais de 2012 até a data presente, projetou-se a inflação média do período, sendo 4,76% e 6,13% para o cenário negativo e positivo,

respectivamente. O resultado está apresentado na figura abaixo.

74

Figura 28 - Análise de sensibilidade da TMA no resultado final do investimento

– Payback descontado

Fonte: elaboração própria (2017)

Pela figura, é possível verificar que o resultado final não é tão influenciável pela variação da inflação. No entanto, o que poderia afetar

consideravelmente o estudo seria o tipo de aplicação da empresa. Caso as aplicações tivessem um retorno mais elevado, o cenário poderia ser mais negativo, aumentando o tempo de retorno do investimento.

e) Investimento

Na busca por alternativas que não agridam o meio ambiente,

equipamentos com CO2 irão se tornar cada vez mais interessantes no setor. Por um lado, já apresentam resultados econômicos interessantes.

O grande problema encontrado hoje em dia é a mão de obra especializada, que com o tempo estará mais abundante e disponível no mercado. No entanto muitas empresas já oferecem cursos

profissionalizantes, e como visto na empresa, o sistema não é muito diferente e difícil de controlar.

Relacionando então o avanço tecnológico, assim como o

potencial mercado consumidor, o produto deve se difundir e abrir espaço a novos produtores, tendenciando diminuir seu custo de

implementação. A figura abaixo ilustra o resultado da variação do investimento inicial na análise econômica.

75

Figura 29 - Análise de sensibilidade de acordo com a variação do investimento

inicial do equipamento de CO2 – Payback descontado

Fonte: elaboração própria (2017)

Pela figura é possível observar que o custo inicial do

equipamento também altera consideravelmente o resultado final da análise econômica. Variando o custo entre R$4.000.000,00 e R$5.000.000,00 nota-se que faz muita diferença, sendo decisório para a

empresa realizar ou não o investimento no equipamento de CO2.

4.3.4.2 Comparativo dos resultados

Observando as análises de sensibilidade, pode-se concluir que algumas variáveis alteram mais significativamente o resultado final,

dificultando a tomada de decisão do investidor. Dessa forma, é primordial avaliar a possibilidade das variáveis mais sensíveis apresentarem dispersão que reflita em um cenário negativo.

Das variáveis acima, então, deve-se ter cautela com os possíveis ganhos relacionados à energia elétrica. A tabela 8 demonstra que dentre as variáveis estudadas, a energia é a que apresenta a maior dispersão do

resultado final. Pela tabela é possível analisar a variação no valor do VAUE

para cada cenário traçado. Ou seja, para cada limite definido das variáveis tem-se outro resultado, o qual deve ser analisado em particular.

Em suma, a variação da TMA não apresenta grande

sensibilidade, com alterações que impactam menos de 2%. Já a dispersão do investimento altera bastante a tomada de decisão, influenciando diretamente o tempo de retorno do investimento, assim

como altera o cenário da necessidade de mais ou menos capital inicial para realizar o investimento, apesar de não ter tanto impacto no

76

resultado final. Por fim, a energia elétrica se destaca alterando

consideravelmente a curva de retorno do investimento, conforme demonstrado anteriormente na Figura 26.

Desta forma, o estudo se demonstrou muito positivo tanto no âmbito econômico e energético, quanto relacionado aos requisitos ambientais, mesmo com a utilização do fluido R404A.

Ter um retorno positivo antes de cinco anos para um investimento deste porte se torna algo muito interessante e viável para o setor, atuando como uma grande vantagem competitiva para os

supermercados. Também, é possível analisar quais são as variáveis que tem

maior impacto no resultado final, destacando sua importância para os futuros investimentos, conforme a Figura 26.

77

Tabela 8 - VAUE dos cenários realizados (Comparativo do resultado econômico)

Estudo

TMA Otimista

TMA Pessimista

Energia Otimista

Energia Pessimista

Invest. Otimista

Invest. Pessimista

CO2 1.071.263 1.051.292 1.091.638 893.063 1.160.363 1.037.814 1.104.713

R22 1.295.884 1.278.494 1.313.472 1.295.884 1.295.884 1.295.884 1.295.884

Variação percentual

- -1,86% 1,90% -16,63% 8,32% -3,12% 3,12%


79

5. CONCLUSÃO

O resultado econômico do estudo foi muito positivo, com

tempo de retorno consideravelmente rápido, de acordo com a literatura. Isto demonstra um elevado potencial para o setor, que caso fosse

expandido para os demais supermercados poderia significar ganhos expressivos de economia de energia para o país, assim como agredir menos o meio ambiente. Segundo a ABRAS (2017), o número de lojas

classificadas como supermercados do setor de autosserviço no Brasil no ano de 2015 é de 84.547 unidades.

Pela análise de sensibilidade, pode ser observado que mesmo

com cenários pessimistas o investimento se demonstra atrativo. Diante de todas as variáveis o consumo de energia foi a que mais impactou no

resultado final, sendo a variável foco do estudo. Também, o investimento inicial é relevante devido ao montante inicial que a empresa deve ter, ou pelas formas de financiamento caso seja

necessário, pois mesmo com um investimento mais elevado o equipamento é economicamente melhor. As demais variáveis impactaram muito pouco no resultado final devido ao seu valor absoluto

ser irrelevante comparado com o custo de energia. Também, a vida útil do equipamento de CO2 é substancialmente maior, impactando no

resultado final. Como o equipamento apresentou consumo menor de energia, o

desempenho do equipamento é maior, isto é, o coeficiente de

performance do ciclo de refrigeração é maior. Apesar de a literatura muitas vezes citar a ineficiência do CO2, a prática demonstrou o contrário. Algumas literaturas já sinalizam vantagens econômicas do

ciclo de CO2, como é o caso deste estudo. E, mesmo o ciclo sendo mais eficiente, a empresa já investiu em

outros três supermercados um ciclo diferente, com regime transcrítico de

trabalho do CO2, apontando melhores resultados econômicos, isto é, de performance do ciclo, eliminando algumas das dificuldades do ciclo

atual, como a não utilização de um fluido intermediário. Uma quarta geração de refrigerantes é eminente. No entanto,

estes devem atender aos requisitos de segurança, compatibilidade com

materiais e de GWP < 150. Além disso, tais refrigerantes devem ter um tempo de residência na atmosfera relativamente curto para evitar eventuais novos problemas ambientais. Os novos fluidos devem ainda

oferecer alta eficiência para diminuir e não aumentar as emissões de GHGs (gases de efeito estufa). Muitos refrigerantes considerados

80

atualmente como novos refrigerantes, incluindo vários HFCs, logo se

tornarão obsoletos (Calm, 2008). Em se tratando de aplicações futuras o CO2 é um fluido

promissor, uma vez que suas características satisfazem as exigências de aplicação e dos protocolos de Kyoto e Montreal niveladores dos níveis de Aquecimento Global e Destruição da Camada de Ozônio.

Além dos quesitos ambientais serem mais interessantes pelo fato de diminuir os impactos do efeito estufa e não agredir a camada de ozônio, pode-se concluir que o ciclo com CO2 não apresenta elevados

riscos de segurança, sendo uma das barreiras de sua utilização na prática. Por se tratar de um gás inodoro, quando concentrado no

ambiente pode causar vários problemas à saúde. No entanto, este quesito não é difícil de tratar, conforme foi demonstrado no trabalho. Há mais sensores espalhados em pontos estratégicos, assim como mais válvulas

de segurança, garantindo assim a segurança do local. Além disso, a empresa monitora diariamente o sistema por um software que alerta qualquer tipo de anomalia.

Sugere-se para trabalhos futuros realizar a análise do coeficiente de desempenho do ciclo analisado para encontrar novas

oportunidades de aperfeiçoamento do equipamento. Também, realizar uma projeção do impacto se o ciclo fosse difundido em mais supermercados, mensurando o ganho de consumo de energia, assim

como os ambientais. Outro estudo seria comparar o desempenho do ciclo estudado com os novos equipamentos que a empresa adquiriu, tanto no viés econômico quanto técnico. Por fim, realizar uma análise

multicritério aplicando o método AHP, por exemplo.

81

REFERÊNCIAS

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85

APÊNDICE A – Questionário sobre o Sistema de Refrigeração CO2

utilizado na rede GIASSI de supermercados

Dados financeiros: 1) Qual a forma de tributação adotada pela empresa? R: A forma de tributação da Giassi & Cia. Ltda. (Opercional

supermercados) é o LUCRO REAL; A Holding (Giassi Administradora de Bens S/A) é o Lucro Real; A Giassi Empreendimentos e Participações Ltda. (Proprietária dos imóveis) é o lucro presumido

2) Qual a alíquota de imposto de renda?

R: A Alíquota do IR + Contribuição Social s/ o Lucro é 34% (IR 15% + adicional de 10%); CS = 9%.

3) Qual o custo de capital? R: O custo de capital é apenas o de capital próprio, pois as Empresas não tomam recursos de 3º como financiamento. Distribui dividendos

conforme estatuto e contrato social e paga Juros s/ capital aos sócios e acionistas.

4) Que tipo de aplicação é utilizado pela empresa com o dinheiro que não é gasto pelo mercado?

R: A empresa operacional aplica seus recursos em Fundos de Investimentos. Obs.: Os fundos de investimento que a empresa aplica seus recursos

foram omitidos devido a confidencialidade dos dados. 5) Qual foi o orçamento realizado pela empresa para utilização de um

sistema equivalente utilizando o R22 como fluido refrigerante? R: A instalação com CO2 é 30% maior do que as instalações com

expansão direta no congelado com R22. Dados técnicos do sistema de refrigeração:

1) Qual seria a reposição de fluido em um sistema comum citado acima? Quantos litros de fluido por mês em média? R: Com um sistema operando normalmente sem nenhum defeito

mecânico ou elétrico, um sistema com 75 quilos de CO2 você poderá gastar 75 quilos por ano, isso também é considerado para os demais

gases alogenados.

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2) No sistema do Giassi, quantos litros são necessários para reposição de

CO2, glicol e R404A por mês em média? E qual a quantidade total de fluido no sistema?

R: O sistema atual do Giassi conta com CO2 são 03 racks, cada rack tem uma carga de CO2 com 75 quilos, no sistema de resfriados existe 02 racks; Cada rack tem uma carga de R404 com 275 quilos; No sistema do

resfriado trabalha com fluido intermediário. Ou seja, 30% de etilenoglicol e 70% de agua, totalizando na média de 3.000 litros.

3) Qual o custo do litro destes fluidos (CO2, R22)? R: CO2 - com 50.000,0 ppm r$ 29,00 por quilo; R22 - r$ 20,50 por

quilo; Obs.:Etilenoglicol não possui valor. 4) Qual o custo do supermercado com manutenção dos equipamentos?

R: R$4.000,00 por mês com mão de obra 5) Caso fosse um sistema mais comum, o custo seria o mesmo? Se não,

quanto seria? R: R$2.800,00 por mês com mão de obra.

6) Quantos litros de água são aquecidos por dia no tanque da casa de máquinas?

R: 2.000 litros com temperatura de 70°C. 7) Quais são as temperaturas médias de evaporação e condensação do

CO2, glicol e R404A? E qual a capacidade de frio que eles possuem? R: Os 03 racks de CO2 possuem uma carga térmica de 31.200 kW hora; A abertura da válvula de alta são 40 quilos, e a abertura da válvula de

baixa são 25 quilos

8) Qual a pressão que as válvulas de segurança abrem e vaza CO2? R: Alta CO2 32 quilos, baixa CO2 13 quilos.

9) Onde estão as válvulas de segurança do sistema como um todo? R: Estão entre o compressor e o condensador, também entre o evaporador e aspiração do compressor, entre o tanque e o coletor de

linhas de liquido. Obs: a quantidade de válvulas de segurança depende do fabricante do Rack e a posição correta das válvulas de segurança não

é no Rack, e sim fora da casa de maquinas em um ambiente totalmente arejado.

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APÊNDICE B – Fluxos de caixa dos investimentos

Tabela 9 - Fluxo de caixa do equipamento de CO2


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Tabela 10 - Fluxo de caixa do equipamento de R22


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ANEXO A – Histórico das taxas de juros fixadas pelo Copom e

evolução da taxa Selic

Tabela 11 - Histórico da taxa Selic

Fonte: Banco Central do Brasil (2017)

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