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[REF] Trabalho Sobre Refrigerantes
Tipologia: Trabalhos
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Não perca as partes importantes!
Professor: Humberto Hoays Disciplina: Refrigeração Alunos: Everton Gollnick Koch Osvaldo Sauer Neto
Refrigerantes são substâncias químicas responsáveis pelo transporte de energia em um ciclo de refrigeração, onde o calor absorvido pelo refrigerante em um local e rejeitado em outro. A seguir estão listadas as características desejáveis para um refrigerante: Pressão de vaporização não muito baixa, com o objetivo de evitar vácuo elevado no evaporador e baixa eficiência volumétrica no compressor; Pressão de condensação não muito alta, favorecendo uma maior eficiência volumétrica no compressor, assim como garantindo uma maior segurança do sistema; Elevado calor latente de vaporização, reduzindo a vazão de refrigerante para uma da capacidade de refrigeração; Baixo volume específico da fase vapor, permitindo uma baixa vazão volumetria para uma dada capacidade de refrigeração; Alta condutibilidade térmica, favorecendo a transferência de calor; Baixa viscosidade, acarretando em menores perdas de carga; Ser estável e inerte, não sofrendo alteração química e evitando reação com outros materiais; Não ser tóxico, estimulante inflamável e explosivo, garantindo, assim, a segurança das pessoas e animais em caso de vazamentos; Não ser prejudicial ao meio ambiente, preservando a camada de ozônio e minimizando o aquecimento global. É impossível que um único fluído se enquadre em todos os quesitos acima, então, diferentes fluidos são considerados. São duas as classes de refrigerantes, os primários e os secundários. Os refrigerantes primários são aqueles usados em sistemas de compressão de vapor. Os refrigerantes secundários são líquidos usados para transportar energia térmica a baixa temperatura de um local para outro, conhecidos como anticongelantes e salmouras. Os sistemas de absorção utilizam duas substâncias que formam a combinação de refrigerantes.
Os hidrocarbonetos halogenados são compostos formados por hidrogênio, carbono e um ou mais dos seguintes elementos da família química dos hologênicos: cloro, fluor ou bromo. A nomenclatura é composta, basicamente, por um nome (ou pela letra R) e um número. Segundo a norma internacional(ANSI/ASRAE 34-1989 – Number Designation and Safety Classification of Refrigerants), a numeração dos hidrocarbonetos halogenados segue as seguintes regras: 1 – O primeiro dígito representa o número de átomos de carbono(C) do composto, menos um. Assim os derivados de metano terão, como primeiro dígito, o zero, enquanto que os derivados de etano terão o número um. 2 – O segundo dígito representa o número de átomos de hidrogênio(H) do composto, mais um, indicando a combustibilidade do refrigerante. 3 – O terceiro dígito representa o número de átomos de flúor (F) do composto. 4 – Nos casos onde o bromo está presente, no lugar de parte ou de todo o cloro, as mesmas regras são aplicadas. A exceção é que a letra B, após a designação do número de átomos de carbono, hidrogênio e flúor, indica a presença de bromo. O número de átomos de carbono, hidrogênio e flúor, indica a presença de bromo. O número imediatamente depois da letra B indica o número de átomos de bromo (Br) do composto. O número de identificação do refrigerante deve ser precedido pela letra R ou utilizado em combinação com a palavra Refrigerante. O número de identificação pode também ser precedido pela marca registrada do fabricante ou nome comercial. Por exemplo: R – 12, Refrigerante 12, Freon 12 (marca registrada da Dupont). Usualmente o R – 12 é também chamado de CFC 12. Esta nomenclatura não está de acordo com a norma ANSI/ASHRAE 34 – 1989, mas também bastante utilizada. A nomenclatura CFC é uma abreviação de CloroFlúorCarbono – principais elementos que compõem estes fluidos refrigerantes. Como a sigla CFC sempre esteve muito ligada à destruição da camada de ozônio, o principal objetivo da utilização desta nomenclatura é informar ao usuário destas substâncias que elas
Muitos hidrocarbonetos são adequados como refrigerantes especialmente para operação em indústrias de petróleo e petroquímicas.Alguns Refrigerantes:
Fórmula ASHRAE Denominação CH4 R50 Metano C2H6 R170 Etano C3H8 R290 Propano Aplicam-se as mesmas regras dos hidrocarbonetos halogenados.
2.4 AZEOTROPOS.
Uma mistura azeotrópica de duas substâncias é aquela que não pode ser separada em seus componentes por destilação. Um azeotropo evapora e condensa como uma substância simples com propriedades diferentes das de cada um se seus constituintes.Alguns refrigerantes:
Refrigerante Composição R502 48,8% de R 22 e 51,2% de R 115 R503 40% de R 23 e 60% de R 13 R507a 50% de R 125 e 50% de 143a
Um comportamento característico de uma mistura não azeotrópica ocorro durante a mudança de fase, quando as concentrações de líquido e vapor são diferentes da concentração original da mistura.
Classe A - Compostos cuja toxicidade não foi identificada. Classe B - Foram identificadas evidências de toxicidade.
Classe 1 – Não se observa propagação de chama em ar a 18oC e 101,325 kPa. Classe 2 – Limite inferior de inflamabilidade (LII) superior a 0,10kg/m3 a 21 oC e 101,325kPa, Poder calorífico inferior a 19.000 kJ/kg. Classe 3 – Inflamabilidade elevada, caracterizando-se por LII inferior ou igual a 0, kg/m3 a 21 oC e 101,325 kPa, Poder calorífico superior a 19.000 kJ/kg.
A camada de ozônio é uma das camadas que envolvem o planeta Terra. Ela é composta por gases que juntos, formam uma espessa camada que serve para proteger a Terra contra os raios nocivos do Sol, os raios ultravioletas. Com o desenvolvimento industrial, e a poluição aumentando a cada dia, os gases liberados por conseqüência desse desenvolvimento, entre eles o mais perigoso o CFC, quando entra em contato com a camada de ozônio, se transforma em O3, que dissolve a camada, provocando assim buracos nela. O buraco prejudica o planeta Terra, pois deixa os raios ultravioletas chegarem ao meio ambiente, prejudicando-o. A região mais afetada pela destruição da camada de ozônio é a Antártida. A principal conseqüência da destruição da camada de ozônio será o grande aumento da incidência de câncer de pele. A seguir é mostrada uma imagem mostrando a evolução do buraco da camada de ozônio, nos anos de 1979, 1998, 2000 e 2005.
Os clorofluorcarbonos (CFC) foram amplamente utilizados como refrigerantes devido às suas características favoráveis, sendo o refrigerante R12 o dominante em sua categoria. Este primeiro refrigerante mostrou-se seguro (do ponto de vista operacional), com preço de certa forma reduzido, não inflamável, e muito estável.
Mais tarde, os CFCs foram considerados como principais causadores da degradação da camada de ozônio, além de responsáveis pelo aumento do efeito estufa provocando o aquecimento global. Hidroclorofluorcarbonos da forma do R causam menos danos à camada de ozônio. Contudo, estes ainda contêm cloro em sua molécula que ao ser liberada na estratosfera interfere nas ligações químicas do ozônio. Cientistas publicaram pesquisas sobre a ameaça à camada de ozônio provocada por gases do tipo clorofluorcarbonos, utilizados como propelentes, em refrigeradores, ar condicionado e na produção de espumas plásticas. Eles mostraram que o uso destes gases pode causar danos significativos a camada de ozônio que protege o planeta de radiações nocivas como a radiação ultravioleta emitida pelo sol. Isso levou ao Protocolo de Montreal que requereu a eliminação da produção e consumo dos CFC’s e dos HCHC’s, feita de forma gradativa pelos países participantes do Protocolo (no material em Anexo estão alguns links sobre o Cronograma de Eliminação dos HCFCs e Decisão XIX. Protocolo de Montreal) O uso de fluidos refrigerantes naturais tem atraído interesse durante a última década em virtude de seu potencial como substitutos efetivos dos CFCs, HCFCs e HFCs. Entre as alternativas de refrigerantes naturais, hidrocarbonetos, como as misturas de gases propano e butano (gás liquefeito de petróleo - GLP) tem sido considerada por suas propriedades termodinâmicas e de transporte favoráveis, melhorando o desempenho do ciclo de refrigeração. Tais aspectos têm estimulado o uso de hidrocarbonetos em sistemas comerciais e industriais. O baixo preço por volume de propano/isobutano e a redução no gasto energético pelos aparelhos destinados a utilizar estes fluidos torna a alternativa de efetuar tal substituição não só tecnologicamente, mas também, economicamente viável para os consumidores e fabricantes de equipamentos de refrigeração.
Praticamente todas as necessidades dos sistemas de refrigeração convencionais e bombas de calor são atendidas por três refrigerantes naturais abundantemente disponíveis: amônia, mistura de hidrocarbonetos (como o propano e butano), e o dióxido de carbono. A utilização da amônia como fluido de trabalho se estende por quase 120 anos, existindo uma experiência vasta na utilização deste refrigerante. Não se pode negar as excelentes propriedades termodinâmicas e de transporte da amônia, aliás, muito superiores aos CFCs. Uma instalação contendo amônia ganha na economia e eficiência energéticas em função dos dimensionamentos e seleção dos equipamentos do projeto, por serem baseados no menor custo, peso, tamanho e simplicidade. Não necessita de um compressor de altas rotações, tubulações espessas e trocadores de calor de grande desempenho. Outra vantagem é a sua tolerância diante dos óleos minerais, baixas sensibilidades a pequenas quantidades de água no sistema, detecção simples de vazamento, disponibilidade ilimitada e baixo custo. O propano possui excelentes propriedades termodinâmicas muito semelhantes à amônia e R22. Já em comparação ao R12, nem o propano e nem o butano podem isoladamente ser utilizado exatamente como substituto. Contudo, quando se produz uma mistura de propano/butano (50%/50%) a pressão de vapor saturado se aproxima a do R12, tornando este uma boa aproximação para a utilização. A sua elevada massa molar permite uma adaptação em compressores de grandes potências como sistemas de produção de água gelada como os chillers. Além disso, é compatível com óleos lubrificantes e materiais de construção mecânica convencionais, universalmente disponível e a baixos custos. A única desvantagem importante é o fato dos hidrocarbonetos serem combustíveis capazes de entrar em ignição com baixos limites de concentração, o que pode ser lidado da mesma forma que a amônia, por meio de uma estrutura de revestimento que impeça um possível vazamento ou um sistema de ventilação. Portanto torna-se necessário uma manutenção e manuseio feitos por pessoas credenciadas para efetuar um trabalho com mais cuidado.
O dióxido de carbono foi um refrigerante utilizado desde o início do século 20, possuindo grande número de qualidades. Primeiro, a pressão de trabalho se situa em uma faixa que permite uma otimização econômica. Além disso, a razão de compressão é extremamente reduzida em comparação a outros refrigerantes. Outro fator relacionado à compressão é a compatibilidade do óleo lubrificante e materiais de construção. Em termos de acessibilidade, o refrigerante se encontra em grande quantidade e facilidade. A operação e manutenção são simples, não necessitando mão de obra especializada. As elevadas pressões são os maiores problemas desse fluido refrigerante.
A seguir é mostrada uma tabela com os principais refrigerantes alternativos, sua aplicação, características e composição (Retrofit é um termo utilizado principalmente em engenharia para designar o processo de modernização de algum equipamento já considerado ultrapassado ou fora de norma).
Fluido Refrigerante^ Aplicação^ Características^ Composição
Somente como fluido refrigerante em centrífugas de baixa pressão, tanto para equipamentos novos como para Retrofit do R-11.
Não deve ser usado para outra aplicação que não seja como fluido refrigerante. Alta eficiência energética em equipamentos novos. Não inflamável.
Retrofit do R-114, para ambientes com alta temperatura de condensação.
Capacidade de resfriamento 80% superior ao R-114. Necessário avaliar detalhadamente o sistema. Não
R-404ª Novos equipamentos e Retrofit do R- 502 em refrigeração comercial.
Utiliza óleo lubrificante polioléster. Menor temperatura de descarga em comparação ao R-502. Pressão de sucção e capacidade de refrigeração similares às do R-502.
(Mistura)
Novos equipamentos e Retrofit do R- 22 em ar condicionado e bombas de calor.
Utiliza óleo lubrificante polioléster (POE). Mesma capacidade de refrigeração do R-22.
(Mistura)
R-408ª Retrofit do R-502 para refrigeração comercial.
Pode trabalhar com óleo mineral. Mesma capacidade de refrigeração do R-502. Temperatura de descarga superior ao R-502. Redução na quantidade de fluido refrigerante utilizada em relação ao R-12 (Cerca de 85% da carga original).
(Mistura)
R-409ª Retrofit do R-12 em refrigeração comercial e doméstica.
Pode trabalhar com óleo mineral. Redução no consumo de energia e aumento da capacidade de refrigeração. Redução na quantidade de fluido refrigerante utilizada em relação ao R-2 (Cerca de 85% da carga original).
(Mistura)
R-410ª Somente em equipamentos novos.
Novos equipamentos desenvolvidos para o R-410A possuem capacidade 60% superior aqueles que utilizam o R-22. Menor temperatura de descarga em relação ao R-22.
(Mistura)
R-507 Novos equipamentos e Retrofit do R- 502 em refrigeração comercial.
Trabalha na mesma faixa de temperatura que o R-502. Possui rendimento similar ao R-502 com maior capacidade de refrigeração.
(Mistura azeotrópica)
Novos Equipamentos e Retrofit do R- 13 para temperaturas extremamente baixas (-80ºC no evaporador), sistemas em cascata.
Menor temperatura de descarga do compressor. Capacidade de resfriamento 30% maior se comparado ao R-13.
(Mistura azeotrópica) R-600A (Isobutano)
Refrigeração Comercial e Doméstica.
Inflamável. HC (C4H10)
(Amônia)
Refrigeração Industrial e Comercial.
Inflamável. Incompatibilidade com cobre. Baixo Limite de Exposição (Alto grau de toxicidade).
Os Fluidos Refrigerantes Alternativos da família Suva (fabricante DuPont) foram desenvolvidos para substituir os CFCs e o HCFC-22. Eles proporcionam performance similar e, muitas vezes superior aos CFCs, tendo como principal diferencial, o fato de serem ambientalmente aceitáveis e de serem mais econômicos. Esses fluidos podem ser utilizados tanto para novos equipamentos, quanto para o processo de Retrofit, seja na Refrigeração Comercial, na residencial ou em Ar- Condicionado. A seguir é mostrado um informativo comercial sobre os substitutos do R-12 e R-22. Mais informações sobre a linha de refrigerantes alternativos da DuPont estão disponíveis no material em Anexo:
Devido às excelentes propriedades e parâmetros de desempenho, os fluidos refrigerantes a base de hidrocarbonetos pode ser adotado como um substituto para os CFCs (R11, R12 e R22) e os hidrofluorcarbonos (R134a). A grande quantidade de informações coletadas até agora garante uma boa compreensão do funcionamento destas substâncias em sistemas de refrigeração convencional pelo ciclo de compressão a vapor, amenizando as preocupações devido à capacidade de se inflamar e como este fluido irar se interagir com os diversos componentes dos sistemas. O baixo preço por volume de propano/isobutano e a redução no gasto energético pelos aparelhos destinados a utilizar estes fluidos torna a alternativa de efetuar tal substituição não só tecnologicamente mas também economicamente viável para os consumidores e montadoras de equipamentos de refrigeração.
Guia de Refrigerantes Alternativos do fabricante DuPont http://www2. dupont.com/Refrigerants/pt_BR/assets/downloads/guia_fluidos.pdf
Cronograma de Eliminação dos HCFCs http://www.protocolodemontreal. org.br/sites/1200/1221/00000128.pdf
Decisão XIX. Protocolo de Montreal http://www.protocolodemontreal. org.br/sites/1200/1221/00000129.pdf
Refrigerantes alternativos fornecidos pela Dupont (Fabricante) http://www2. dupont.com/Refrigerants/pt_BR/assets/downloads/guia_fluidos.pdf
Stoecker, Wilbert F. Refrigeração e ar condicionado / W. F. Stoecker, J. W. Jones ; tradução José M. Saiz Jabardo - São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1985.
Estudo da substituição de fluídos refrigerantes em sistema refrigeração e ar condicionado por compressão de vapor < http://www.agro.unitau.br/exatas/ojs/ include/getdoc.php?id=79&article=29&mode=pdf > Acesso em 20 nov. 2009.
