4. Gás refrigerante
Prof. Luis Kanashiro
Sumário
• Conceito do gás refrigerante
• Propriedades do gás refrigerante
• Problemas da utilização do gás refrigerante
São as substâncias empregadas como veículos térmicos na realização dos ciclos de refrigeração , ou seja , fluído refrigerante é a substância que absorve calor de um ambiente a ser refrigerado.
Processo através do qual se realiza essa troca de calor é chamada de refrigeração ou condicionamento de ar.
Trata-se de fluídos que além de outras características , tem um baixo ponto de ebulição a pressão atmosférica.
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•
Propriedades Gerais do Refrigerante
Quimicamente compatível com metais , elastômeros , plásticos , óleo lubrificante do compressor, etc.;
Solúvel com o óleo lubrificante do compressor , garantindo assim a recirculação do óleo no sistema;
Substância pura , preferida para uma mistura em um sistema não hermético
• Propriedades termodinâmicas
Cada refrigerante possui propriedades únicas;
Apropriado para aplicação – Estabelecido na prática pelo “Ponto de Temperatura Normal de Saturação (1 atm) – “Normal Boiling Point Temperature”;
Temperatura de saturação é a medida das propriedades de pressão e densidade do refrigerante.
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• Tipos :
CFC: Hidrocarbonetos halogenados, também conhecidos como clorofluorcabonos (R-11, R-12)
HCFCs : CFCs que contém hidrogênio (R-22)
HFCs, não apresentam cloro na composição de sua molécula (R-134a)
Fundamentos
• Propriedades do Refrigerante na Transferência de calor: Alta condutividade térmica;
• Propriedades Desejáveis do Gás Refrigerante :
Fundamentos
Quimicamente estável em altas temperaturas (molécula simples); Não inflamável e não tóxico;
Ambientalmente aceitável:
Não ataca a camada de ozônio (CFC free) Minimiza o efeito estufa
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Propriedades do Refrigerante
• Três parâmetros podem ser definidos para indicar o efeito relativo de
diferentes refrigerantes sobre o meio ambiente no que concerne à camada de ozônio e ao efeito estufa.
a) O potencial de destruição da camada de ozônio – PDO (“ozone depletion potencial” – ODP, em inglês);
b) o potencial de participação no processo de aquecimento global – PAG (“global warming potencial” – GWP, em inglês);
c) Equivalente total de impacto de aquecimento – ETIA (“total equivalent warming impact” – TEWI, em inglês).
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•
Propriedades do Refrigerante
Fundamentos
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•
Propriedades do Refrigerante – Estado físico em função T x P
Fundamentos
Fundamentos
• O Buraco na Camada de Ozônio
A camada de ozônio é uma capa desse gás que envolve a Terra e a protege de vários tipos de radiação, sendo que a principal delas, a radiação ultravioleta, é a principal causadora de câncer de pele.
No último século, devido ao desenvolvimento industrial, passaram a utilizar
produtos que emitem clorofluorcarbono (CFC), um gás que ao atingir a camada de ozônio destrói as moléculas que a formam (O3), causando assim a
destruição dessa camada da atmosfera.
A região mais afetada é a Antártida, corresponde a 15% da superfície terrestre e as demais regiões afetadas entre 3% a 7% da superfície terrestre.
Camada de Ozônio Danificada pelos CFC´s
Imagens do Buraco na Camada de Ozônio na região da Antártida
Como a camada de Ozônio é destruída
As moléculas de clorofluorcarbono ou freon passam intactas pela troposfera, que é a parte da atmosfera que vai da superfície até uma altitude média de 10.000 metros.
Em seguida essas moléculas atingem a estratosfera, onde os raios ultravioletas do sol aparecem em maior quantidade. Esses raios quebram as partículas de (CFC) liberando o átomo de cloro. Este átomo, então, rompe a molécula de ozônio (O3), formando monóxido de cloro (ClO) e oxigênio (O2).
A reação tem continuidade e logo o átomo de cloro libera o de oxigênio que se liga a um átomo de oxigênio de outra molécula de ozônio, e o átomo de cloro passa a destruir outra molécula de ozônio, criando uma reação em cadeia.
1974 - Molina e Roland propõem teoria que o CFCs está destruindo a Camada de Ozônio;
1978 - CFC eliminado em aerosóis nos EUA;
1984 - primeiro buraco na Camada de Ozônio na Antártica; 1985 - Convenção de Viena;
1987 - Protocolo de Montreal (eliminação de CFC´s e HCFC´s); 1988 - verificam-se perdas de ozônio no hemisfério norte;
1990 - Revisão de Londres;
1992 - Revisão de Copenhagen;
1997 – Protocolo de Kyoto (Redução das emissões de HFC, PFC, CO2, SF6, N2o, CH4) e ocorreu a Revisão de Montreal;
2007 - Montreal Aceleração da eliminação do HCFCs; 2008 - Completa escassez de CFCs no mercado.
Ações para redução do CFC´s
Meta do Protocolo de MONTREAL x Consumo
Resultados do Protocolo
95% das SDO (susbstância destruidora ozônio) eliminadas em todo o mundo;
25 bilhões de toneladas de CO2 equivalente eliminadas;
CFCs já não são mais encontrados em redes de distribuição;
Entre 2050 e 2075 prevê-se a recuperação da Camada de Ozônio sobre a Antártida aos níveis anteriores a 1980.
Opções para refrigerantes - Panorama geral
Desde o estabelecimento do Protocolo de Montreal, a indústria de refrigeração tem procurado substitutos para os refrigerantes CFCs e HCFCs.
Nos últimos 15 anos, os fluidos refrigerantes utilizados evoluíram de três ou quatro substâncias destruidoras de ozônio (SDO) (basicamente
CFC-11,CFC-12, HCFC-22 e R-502), para perto de cem fluídos
incluindo hidrofluorcarbono (HFC), perfluorocarbono (PFC), amônia, dióxido de carbono e hidrocarboneto (HC).
Desta forma, fabricantes de equipamentos, projetistas, instaladores e usuários finais têm que tomar decisões sobre quais refrigerantes escolherem para substituir as SDO.
Isto deu origem a questionamentos com respeito a implicações
energéticas, ambientais e de segurança das novas substâncias, com a conclusão que não há mais um número pequeno de soluções simples.
Estrutura química R-12 & R-134
Principais diferenças entre os dois gases
R-134a absorve mais água que o R-12. São necessários novos agentes dissecadores;
R-134a penetra nas mangueiras de borracha com maior frequência que o R-12, necessita-se de mangueiras com forro de nylon;
Óleos baseados em minerais não providenciam lubrificação adequada em sistemas com R-134a. O óleo desenvolvido para uso com R-134a em combinação com R-12 se decompõe formando algo parecido com “lama” e podem danificar sistemas;
Sistema de condicionamento de ar que utilizam R-134ª operam com pressões maiores daqueles com R-12
Fundamentos
Propriedades do R134a
O R134a não ataca a camada de Ozônio
Redução do efeito estufa em 90% comparado ao R12 Não é Inflamável
Não Tóxico
Possui alta estabilidade Térmica e Química
Compatibilidade com metais e ligas utilizados em climatização Propriedades Físicas e Termodinâmicas adequadas
Não produz ataque corrosivo a metais Compatibilidade com elastômeros
Fundamentos
Fundamentos
Aplicações do R134a
O R-134a, foi escolhido pela maioria dos fabricantes de equipamentos, dada a excelência do seu desempenho, como substituto a longo prazo do R-12 em aplicações, tais como:
- ar condicionado móvel;
- ar condicionado industrial (chillers centrífugos); - refrigeração doméstica;
- refrigeração comercial e de transporte.
Como todos os HFC , o R-134a necessita da utilização de óleos sintéticos , para assegurar o retorno ótimo de óleo ao compressor.
Fundamentos
Armazenamento do R134a
Proteger os cilindros contra danos físicos.
Armazenar em local seco e bem ventilado, distante dos locais de passagem.
Não permitir que a temperatura ambiente ultrapasse 52ºC.
Os cilindros devem ser estocados em pé, protegidos contra quedas. Armazenar os cilindros cheios separadamente dos vazios e distantes 6m dos gases inflamáveis.
Evitar que os cilindros fiquem armazenados por muito tempo sem utilização.
Na linha dos esforços globais para proteção do clima, há um interesse em "refrigerantes naturais";
O uso de refrigerantes não-sintéticos, naturais, basicamente amônia (R-717),dióxido de carbono (R-744) e HC (R-600a, R-290, R-1270) está aumentando em função das suas características ambientais e de
desempenho favoráveis;
Os refrigerantes naturais são muito baratos, o que tem um efeito
positivo não só na carga inicial de uma instalação, mas também, considerando os custos operacionais devido aos vazamentos;
Por outro lado devido à questão de segurança, estima-se que os custos de investimentos para instalações usando refrigerantes naturais são mais alto que para instalações usando refrigerantes sintéticos,
dependendo do tipo e tamanho do sistema.
Não há atualmente um refrigerante ideal, deve-se considerar que cada sistema de AC dentro de suas particularidades para a escolha do
refrigerante.
Comparando com CFCs e HCFCs o uso destas alternativas apresenta desafios técnicos, incluindo as questões de segurança e eficiência.
2,3,3,3-tetrafluorpropeno, ou HFO-1234 a ( R-1234yf), é
um hydrofluoroolefin com a fórmula C H 2 C = F CF 3. Tem sido proposta como um substituto para o R-134a como refrigerante em sistemas de ar condicionado de automóveis.
R-1234yf é o primeiro de uma nova classe de refrigerantes adquirindo um potencial de aquecimento global ( GWP – Global Warming Potencial )
Avaliação 335 vezes menos do que a de R-134a e uma vida atmosférica de cerca de 400 vezes menor.
Desenvolvido para atender a Directiva Europeia 2006/40 / CE, que entrou em vigor em 2011, exigindo que todas as plataformas de carros novos para venda na Europa utilizam um refrigerante em seu sistema de AC com um
GWP inferior a 150.
Solstice® yf Refrigerant (R-1234yf) Honeywell
Opteon® YF Refrigerant (HFO-1234yf ) DuPont
Fonte : DUPont
O R-1234yf tem apenas um GWP de 4, proporcionando emissões diretas de gases com efeito de estufa substancialmente inferiores às do sistema com R134a.
HFO – 1234 a ( R-1234yf )
Principais vantagens
Desempenho excepcional
Concebido para uso em sistemas de ar condicionado automotivo
Capacidade de arrefecimento e eficiência energética idênticas ao R134a
Adequado a todos os climas em todo o mundo Reduzido impacto ambiental
Atende às mais exigentes normas ambientais do mundo GWP de apenas 4 – 99,7% inferior ao R134a
Potencial de destruição de ozono nulo Não tóxico
Informações adicionais
R1234yf é inflamável e pode exigir medidas adicionais de segurança durante a sua implementação, uso e serviço.
É recomendamos a realização de uma pré-avaliação de risco.
R1234yf deve apenas ser utilizado em sistemas de ar condicionado concebidos para operar com este gás. Não deve ser utilizado para retrofit de sistemas existentes que operam com R134a.
R1234yf é um gás refrigerante com maior complexidade e custo de produção do que o R134a.
Uma comissão científica da União Europeia afirmou que o gás refrigerante R1234yf é seguro, contradizendo a Daimler, que afirma que o produto químico é tóxico e potencialmente mortal em caso de acidente. O caso começou quando a UE proibiu o uso do R134a, que seria substituído pelo R1234yf, patenteado pela DuPont e Honeywell.
No entanto, a Daimler persistiu em utilizar o gás antigo em seus sistemas de climatização depois do resultado de um crash test do modelo Classe B, onde o produto teria vazado e em contato com partes quentes do motor, teria se incendiado, produzindo um gás tóxico.
A Alemanha – baseando-se no apurado pela Daimler – decidiu boicotar o R1234yf, mas a UE abriu um processo contra o governo germânico por manter o gás proibido em uso por seus fabricantes de veículos. A França aboliu o R134a e assim proibiu a comercialização de alguns modelos da Mercedes-Benz no país, mas a decisão foi revogada nos tribunais, pois os carros haviam sido homologados por um instituto ligado à união.
Sob análise de uma junta científica da União Europeia, o R1234yf foi considerado seguro para uso em automóveis. Todos os testes realizados na Alemanha foram refeitos para se apurar a real condição do gás, a fim de que não ficasse dúvida no ar. A Daimler contestou o resultado da apuração.
No entanto, a empresa alemã foi duramente criticada por outros fabricantes europeus por criar desenhos dos dutos de refrigeração que provocam o vazamento do R1234yf em direção ao coletor de escape, o que provocaria sua ignição e evaporação. Diante da decisão, a Daimler diz que criará seu próprio gás refrigerante.
A ideia é criar um produto químico que seja mais seguro que o R1234yf e atenda as normas de proteção ao meio ambiente. Mas isto deverá levar muitos anos para ser concluído e nesse período, a Alemanha e a Daimler deverão ser punidas pela UE por desrespeitarem a homologação de veículos. A Mercedes-Benz poderá ter que fazer um recall geral para troca dos gases.
Internet – Notícias Automotivas – 11/03/2014
