Pontifícia Universidade Católica do Paraná - PUCPR

Fluidos Refrigerantes

Este trabalho foi pedido pelo professor

Luís Felipe Botton regente da

disciplina de Máquinas Térmicas

Aluno: Pablo Henrique Carvalho Lemes

Curso: Técnico em Mecânica

2º Período - Diurno

Curitiba 2010

FLUIDOS REFRIGERANTES

DEFINIÇÃO É o veículo térmico que transfere o calor absorvido na fonte de baixa temperatura para a fonte de alta temperatura. Também são chamados fluidos frigorígenos ou agentes frigorígenos.

CLASSIFICAÇÃO Segundo a American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE), os refrigerantes são classificados em:

PRIMÁRIOS – São os que apresentam mudanças de fase na troca térmica.

SECUNDÁRIOS – São os que não apresentam mudança de fase durante a troca térmica.

PRIMÁRIOS 1 – COMPOSTOS HALOCARBÔNICOS São refrigerantes que contêm um ou mais dos seguintes halogênios: cloro, flúor e bromo. Normalmente são conhecidos como FREONS (DuPont) ou FRIGENS (hoechst) O sistema de numeração da nomenclatura segue a seguinte regra: - O 1º dígito a direita é o número de átomos de flúor. - O 2º dígito a direita é o número de átomos de hidrogênio + 1. - O 3º dígito a direita é o número de átomos de carbono – 1.

Fluido Nomenclatura Fórmula Classificação Aplicação

R11 Tricloromonofluormetano CCl3FCFC(1) Compressores

centrífugos – vazões grandes

R12 Dicloromonofluormetano CCl2F2

CFC(1) Compressores alternativos – pressões cômodas

R13 Monoclorotrifluormetano CClF3 CFC(1)

R22 Monoclorodifluormetano CHClF2 HCFCidem ao R12, maior custo, absorve água

R23 Trifluormetano CHF3 HFCR40 Cloreto de metila CH3Cl CFC(1)

R113 Triclorotrifluormetano CCl2FCClF2 CFC(1) idem ao R11R114 Diclorotetrafluormetano CClF2 CClF2

R134a Tetrafluoretano CH2FCF3 HFC

(1) Proibido para novas instalações desde 2001, pelo Protocolo de Montreal e com fim previsto de utilização em 2010.

2- COMPOSTOS INORGÂNICOS Foram os primeiros refrigerantes e alguns se mantêm ainda em uso.

O sistema de numeração segue a seguinte regra: os dois últimos dígitos nos indicam o peso molecular. Exemplo: R717 - Amônia NH3

R718 - Água H2O R729 - Ar R747 - Anidrido carbônico CO2 (pressões altas - ebulição à -15ºC a 23,3 atm). R764 - Anidrido sulfuroso SO2

3- HIDROCARBONETOS Operam em indústria de petróleo e petroquímica. O sistema de numeração segue a mesma dos halocarbônicos. Exemplo: R50 - Metano CH4

R170 - Etano C2H6

R290 - Propano C3H8

R600 – Butano C4H10

4- MISTURAS AZEOTRÓPICAS Substâncias não separáveis por destilação se evaporam e se condensam como substância simples com propriedades diferentes dos seus constituintes. As principais misturas comerciais são o R502, corresponde 48,8% de R22 e 51,2% de R115 (em massa) e o R507A – R125/143a (50/50). 5- MISTURAS ZEOTRÓPICAS O processo de mudança de fase não ocorre em temperatura e pressão constantes. R404A – R125/143a/134a (44/52/4) R407C – R32/125/134a (23/25/52)

SECUNDÁRIOS Refrigerantes secundários são fluidos que transferem energia da substância que está sendo resfriada para um trocador de calor de um sistema de refrigeração. Caracterizam-se por não mudarem de fase. Os principais são: - Água - Salmouras: Cloreto de cálcio e de sódio - Anticongelantes: Água+ etileno glicol; Água + cloreto de cálcio. Seus pontos de solidificação variam com sua concentração percentual em massa. Propriedades dos refrigerantes secundários importantes: ponto de congelamento; peso específico; condutividade térmica; viscosidade e calor específico.

ATUALIZAÇÃO Devido aos efeitos do cloro presente nos refrigerantes sobre a camada protetora de ozônio da Terra, acordos internacionais (Protocolo de Montreal – 1987) foram implementados para a extinção do uso de CFCs. Foram desenvolvidas outras classes de refrigerantes contendo várias quantidades de hidrogênio, em vez de átomos de cloro, e que possuem um menor potencial de dano ao ozônio atmosférico quando comparados àqueles com maior teor de cloro, como o Refrigerante 12, até então, o mais utilizado. Uma dessas classes, o HFC, não contém cloro. O Refrigerante 134 a (CF3CH2F) é o HFC considerado como um substituto ambientalmente aceitável para o Refrigerante 12.

FATORES A CONSIDERAR NA ESCOLHA DE UM REFRIGERANTE.

TERMODINÂMICOS:

Pressões – As pressões de operação devem ser baixas para que tubos e vasos que contém refrigerante sejam leves. Pressões no evaporador abaixo da atmosférica devem ser evitadas a fim de impedir a entrada de ar quando ocorrem vazamentos. Relação entre pressões de baixa e de alta deve ser pequena a fim de reduzir o trabalho de compressão. Efeito de Refrigeração – Um alto efeito de refrigeração seria um ótimo indicador para a eficiência do ciclo, contudo deve ser analisado em conjunto com o trabalho de compressão. Por exemplo, a amônia possui um efeito de refrigeração muito maior do que a maioria dos refrigerantes, entretanto, o trabalho de compressão é alto, resultando em um coeficiente de eficácia da mesma ordem de grandeza. Ponto de congelamento – Não deve congelar-se às temperaturas mais baixas do processo. Vazão em volume – Pequena vazão em volume de vapor refrigerante que o compressor deverá comprimir por TR. Coeficiente de funcionamento – Deve-se comparar com o valor máximo possível correspondente ao ciclo de Carnot. Baixa temperatura de descarga para não prejudicar a lubrificação e a vedação.

Refrig.Pressão de vaporização kPa

Pressão de CondensaçãokPa

Relação de Pressões

Efeito de refrigeração

Vazão de vapor na sucção por kW de refrig.

CDE

11 20,4 125,5 6,15 155,5 4,900 5,0312 182,7 744,6 4,08 116,3 0,782 4,7022 295,8 1192,1 4,03 162,8 0,476 4,66502 349,6 1308,6 3,74 106,8 0,484 4,37717 236,5 1166,6 4,93 1130,4 0,462 4,76134ª 164,5 770,1 4,68 146,5

QUÍMICOS: Inflamabilidade e explosividade. Em geral os que não contêm H2 não são

inflamáveis; Toxidade; Reação com os materiais: ser quimicamente inerte em relação aos metais,

juntas e lubrificantes usados na instalação; Danos aos produtos refrigerados.

FÍSICOS: Tendências a fugas. Viscosidade: baixa viscosidade ocasiona pequena perda de carga. Apresentar, no estado de vapor, boa condutibilidade térmica, a fim de permitir

as trocas de calor com pequenos gradientes de temperatura. Ação sobre o óleo lubrificante: não se misturar com o óleo lubrificante, a fim de

evitar o arrasto do mesmo, quando da passagem do fluido pelo compressor, o que poderia acarretar o esvaziamento do cárter. As canalizações devem ser dimensionadas para permitir o retorno desse óleo para o compressor

Custo. Preferência pessoal e/ou comercial.

SEGURANÇA

Tabela – Classificação comparativa dos perigos de vida devido a gases

Índice

Concentração % volume do ar Exposição Tempo

1 0,5 a 1% 5 min.2 0,5 a 1% 30 min.3 2 a 2,5% 1 hora4 2 a 2,5% 2 hora5a Menos nocivo que o grupo 45b Entre os grupos 5a e 66 Algun efeito 2 a 20 horas

Valores limites adotados – A Conferência Americana de Higienistas Industriais do Governo dos EUA estabeleceu valores limites adotados para muitos produtos químicos industriais. Esses valores são as concentrações no ar que se acredita representarem limites seguros para exposições repetidas diariamente sem efeitos adversos. Para a maioria dos produtos químicos examinados, os limites são concentrações médias pesadas por tempo e alguma exposição acima do limite seria permitida se fosse compensada com uma exposição equivalente abaixo do limite durante o dia. O valor máximo fixado para qualquer produto químico (exceto dióxido de carbono) é 1000 partes por milhão, por volume.

Os principais riscos encontrados em refrigeração são: (1) explosões; (2) incêndio (3) efeitos tóxicos dos gases usados. O risco de explosão tende a aumentar na medida em que aumenta a quantidade de refrigerante. Se houver escapamento de gases, podem ser danificadas as mercadorias armazenadas nas câmaras frigoríficas. Se o gás é tóxico, pode causar danos pessoais sérios. Se for inflamável, pode se acumular em concentrações explosivas.

Quais são as causas de explosão no cárter de um compressor de refrigeração? Existem duas causas principais: a entrada de impurezas líquidas no gás e o vazamento através dos anéis de pistão e do engaxetamento. O vazamento permite a mistura de vapores de óleo com o gás no interior do cárter, a altas temperaturas, gerando uma mistura inflamável. Os vapores refrigerantes são várias vezes mais pesadas que o ar e, sob condições estáticas (ambientes mal ventilados), aumentam sua concentração excluindo o oxigênio, causando possibilidade de dano ou morte. OUTROS Identificação em caso de fugas: odor, coloração ou outros efeitos secundários, como identificação por chama ou variação de resistência elétrica.