Refrigerante - Refrigerant
Um refrigerante é um fluido de trabalho usado no ciclo de refrigeração de sistemas de ar condicionado e bombas de calor onde, na maioria dos casos, eles passam por uma transição de fase repetida de um líquido para um gás e vice-versa. Os refrigerantes são fortemente regulamentados devido à sua toxicidade , inflamabilidade e à contribuição dos refrigerantes CFC e HCFC para a destruição da camada de ozônio e dos refrigerantes HFC para as mudanças climáticas .
História
Os primeiros condicionadores de ar e refrigeradores empregavam gases tóxicos ou inflamáveis, como amônia , dióxido de enxofre , cloreto de metila ou propano , que podiam resultar em acidentes fatais quando vazavam.
Em 1928, Thomas Midgley Jr. criou o primeiro gás clorofluorcarbono não inflamável e não tóxico, o Freon (R-12). O nome é uma marca comercial de propriedade da DuPont (agora Chemours ) para qualquer refrigerante clorofluorocarbono (CFC), hidroclorofluorocarbono (HCFC) ou hidrofluorocarbono (HFC). Após a descoberta de melhores métodos de síntese, CFCs como R-11 , R-12 , R-123 e R-502 dominaram o mercado.
Eliminação progressiva dos CFCs
No início da década de 1980, os cientistas descobriram que os CFCs estavam causando grandes danos à camada de ozônio que protege a Terra da radiação ultravioleta e dos buracos de ozônio nas regiões polares. Isso levou à assinatura do Protocolo de Montreal em 1989, que visava eliminar os CFCs e os HCFCs, mas não abordava as contribuições dos HFCs para a mudança climática. A adoção de HCFCs como R-22 e R-123 foi acelerada e, portanto, foram usados na maioria das residências dos EUA em condicionadores de ar e resfriadores a partir da década de 1980, pois eles têm um Potencial de Depleção do Ozônio (ODP) dramaticamente menor do que os CFCs, mas seus O ODP ainda não era zero, o que levou à sua eliminação progressiva.
Hidrofluorocarbonos (HFCs), tais como R-134a , R-143a , R-407a , R-407c , R-404a e R-410a (uma mistura 50/50 de R-125 / R-32 ) foram promovidos como substitutos para CFCs e HCFCs nas décadas de 1990 e 2000. Os HFCs não destruíam a camada de ozônio, mas tinham potenciais de aquecimento global (GWPs) milhares de vezes maiores que o CO 2, com vidas úteis na atmosfera que podem se estender por décadas. Isso por sua vez, a partir da década de 2010, levou à adoção em novos equipamentos dos refrigerantes HFO ( hidrofluoroolefina ) R-32, R-290, R-600a, R-454b, R-1234yf , R-514A, R- 744 (CO2), R-1234ze e R-1233zd, que têm um ODP de zero e um GWP inferior. Hidrocarbonetos e CO
2 às vezes são chamados de refrigerantes naturais porque podem ser encontrados na natureza.
A organização ambientalista Greenpeace forneceu financiamento a uma ex-empresa de refrigeradores da Alemanha Oriental para pesquisar um ozônio alternativo e refrigerante seguro para o clima em 1992. A empresa desenvolveu uma mistura de hidrocarbonetos de isopentano e isobutano , mas como condição do contrato com o Greenpeace não poderia patentear o tecnologia, o que levou à sua ampla adoção por outras empresas. A política e a influência política de executivos corporativos resistiram à mudança e a DuPont, juntamente com outras empresas, bloquearam o refrigerante nos Estados Unidos com a US EPA.
A partir de 14 de novembro de 1994, a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos restringiu a venda, posse e uso de refrigerantes apenas a técnicos licenciados, de acordo com as regras das seções 608 e 609 da Lei do Ar Limpo. Em 1995, a Alemanha tornou os refrigeradores CFC ilegais.
Em 1996 , a Eurammon , uma iniciativa europeia sem fins lucrativos para refrigerantes naturais , foi criada e compreende empresas, instituições e especialistas da indústria europeus.
Em 1997, FCs e HFCs foram incluídos no Protocolo de Quioto à Convenção-Quadro sobre Mudança do Clima.
Em 2000, no Reino Unido, os Regulamentos do Ozônio entraram em vigor, proibindo o uso de refrigerantes HCFC que destroem a camada de ozônio, como o R22, em novos sistemas. O regulamento proibiu o uso de R22 como fluido de "complemento" para manutenção entre 2010 para fluido virgem e a partir de 2015 para fluido reciclado.
Lidando com os gases de efeito estufa
Com crescente interesse por refrigerantes naturais como alternativas aos refrigerantes sintéticos como CFCs, HCFCs e HFCs, em 2004, o Greenpeace trabalhou com corporações multinacionais como Coca-Cola e Unilever , e posteriormente Pepsico e outras, para criar uma coalizão corporativa chamada Refrigerants Naturally !. Quatro anos depois, a Ben & Jerry's da Unilever e a General Electric começaram a tomar medidas para apoiar a produção e o uso nos Estados Unidos. Estima-se que quase 75% do setor de refrigeração e ar condicionado tem potencial para ser convertido em refrigerantes naturais.
Em 2006, a UE adotou um regulamento sobre gases fluorados com efeito de estufa (FCs e HFCs) para encorajar a transição para refrigerantes naturais (como hidrocarbonetos). Foi relatado em 2010 e alguns refrigerantes estão sendo usados como drogas recreativas , levando a um fenômeno extremamente perigoso conhecido como abuso de inalantes .
A partir de 2011, a União Europeia começou a eliminar os refrigerantes com um potencial de aquecimento global (GWP) de mais de 150 no ar condicionado automotivo (GWP = potencial de aquecimento de 100 anos de um quilograma de um gás em relação a um quilograma de CO 2 ), como o refrigerante HFC-134a (conhecido como R-134a na América do Norte) que tem um GWP de 1410. No mesmo ano, a EPA decidiu a favor do refrigerante seguro contra ozônio e clima para a fabricação nos Estados Unidos.
Um estudo de 2018 pela organização sem fins lucrativos " Drawdown " colocou o gerenciamento e descarte adequados de refrigerantes no topo da lista de soluções de impacto climático, com um impacto equivalente à eliminação de mais de 17 anos de emissões de dióxido de carbono nos Estados Unidos.
Em 2019, estimou-se que CFCs, HCFCs e HFCs foram responsáveis por cerca de 10% do forçamento radiativo direto de todos os gases de efeito estufa antropogênicos de longa duração. e no mesmo ano o PNUMA publicou novas diretrizes voluntárias, porém muitos países ainda não ratificaram a Emenda Kigali .
A partir de 2020, os HFCs (incluindo R-404a, R-134a e R-410a) estão sendo substituídos: por sistemas de ar condicionado residenciais usando R-32 ou R-600 (isobutano); sistemas de ar condicionado de automóveis usando R-1234yf ; chillers para refrigeração comercial; ar condicionado usando R-1234ze; e, refrigeração comercial usando CO
2 (R-744).
Propriedades desejáveis
O refrigerante ideal seria: não corrosivo , não tóxico , não inflamável , sem destruição da camada de ozônio e potencial de aquecimento global . Deve ser preferencialmente natural, com bom estudo e baixo impacto ambiental. Ele também precisa ter: um ponto de ebulição um pouco abaixo da temperatura alvo (embora o ponto de ebulição possa ser ajustado ajustando a pressão apropriadamente), um alto calor de vaporização , uma densidade moderada na forma líquida, uma densidade relativamente alta na forma gasosa (que também pode ser ajustada definindo a pressão apropriadamente) e uma temperatura crítica alta . Devem ser evitadas pressões extremamente altas. Os refrigerantes mais novos abordam a questão dos danos que os CFCs causaram à camada de ozônio e a contribuição que os HCFCs dão às mudanças climáticas, mas alguns levantam questões relacionadas à toxicidade e / ou inflamabilidade.
Exemplos de refrigerantes
Alguns refrigerantes comuns são:
| Código | Químico | Status | Comentário | |
|---|---|---|---|---|
| R-12 | Diclorodifluorometano | Banido | Também conhecido como Freon, um clorofluorocarbono halometano (CFC) amplamente utilizado . A produção foi proibida nos países desenvolvidos pelo Protocolo de Montreal em 1996, e nos países em desenvolvimento (países do artigo 5) em 2010. | |
| R-22 | Clorodifluorometano | Sendo eliminado | Um hidroclorofluorocarbono (HCFC) amplamente utilizado e poderoso gás de efeito estufa com um GWP igual a 1810. A produção mundial de R-22 em 2008 foi de cerca de 800 Gg por ano, acima de cerca de 450 Gg por ano em 1998. R-438a (MO-99 ) é um substituto do R-22. | |
| R-717 | Amônia | Tem destruição zero de ozônio e potencial de aquecimento global zero. Comumente usado antes da popularização dos CFCs, está novamente sendo considerado, mas sofre da desvantagem da toxicidade e requer componentes resistentes à corrosão, o que restringe seu uso doméstico e em pequena escala. A amônia anidra é amplamente utilizada em aplicações de refrigeração industrial e pistas de hóquei devido à sua alta eficiência energética e baixo custo. | ||
| R-32 | Difluorometano | Possui excelente desempenho na transferência de calor e queda de pressão, tanto na condensação quanto na vaporização. Tem um potencial de aquecimento global (GWP) de 100 anos de 675 vezes o do dióxido de carbono e uma vida atmosférica de quase 5 anos. é atualmente usado em aparelhos de ar condicionado residenciais e comerciais e bombas de calor . | ||
| R-152a | Difluoroetano | Amplamente utilizado | Normalmente usado como espanador de ar comprimido. | |
| R-290 | Propano | Baixo custo, amplamente disponível e eficiente. Eles também têm potencial de destruição da camada de ozônio zero e potencial de aquecimento global muito baixo. Apesar da inflamabilidade, são cada vez mais usados em refrigeradores domésticos. Em 2010, cerca de um terço de todos os refrigeradores e freezers domésticos fabricados globalmente usavam isobutano ou uma mistura de isobutano / propano, e esperava-se que aumentasse para 75% até 2020. | ||
| R-407c | Mistura de difluorometano e pentafluoroetano e 1,1,1,2-tetrafluoroetano | Amplamente utilizado | uma mistura de R-32, R-125 e R-134a | |
| R-410a | Mistura de difluorometano e pentafluoroetano | Amplamente utilizado | O R-454B deve ser usado como novo equipamento de ar condicionado. R-32 é usado atualmente em novos equipamentos de condicionamento. | |
| R-600a | Isobutano | Consulte R-290. | ||
| R-744 | CO 2 | Foi usado como refrigerante antes da descoberta dos CFCs (este também foi o caso do propano) e agora está tendo um renascimento devido ao fato de ser não destruidor da camada de ozônio, não tóxico, não inflamável com um baixo potencial de aquecimento global de 1. Pode se tornar o fluido de trabalho de escolha para substituir os atuais HFCs em carros, supermercados e bombas de calor . A Coca-Cola colocou em campo refrigeradores de bebidas à base de CO 2 e o Exército dos EUA está considerando a refrigeração de CO 2 . Devido à necessidade de operar a pressões de até 130 bar (1.900 psi; 13.000 kPa), os sistemas de CO 2 requerem componentes altamente resistentes, porém estes já foram desenvolvidos para produção em massa em diversos setores. | ||
| HFO-1234yf | 2,3,3,3-Tetrafluoropropeno | Tem um potencial de aquecimento global (GWP) de menos de 1, em comparação com 1.430 para R-134a . A GM anunciou que começaria a usar "hidrofluoroolefina", HFO-1234yf , em todas as suas marcas até 2013. | ||
| R-134a | 1,1,1,2-Tetrafluoroetano | Amplamente utilizado | R-513A {uma mistura de HFO / HFC (56% R-1234yf / 44% R-134a)} pode substituir o R-134a como uma alternativa provisória | |
| R-454B | Difluorometano e 2,3,3,3-tetrafluoropropeno | R-454B é uma mistura de HFOs de refrigerantes Difluorometano ( R-32 ) e 2,3,3,3-Tetrafluoropropeno ( R-1234yf ). |
Recuperação e descarte de refrigerante
Refrigerantes e refrigerantes são encontrados em todo o mundo industrializado, em casas, escritórios e fábricas, em dispositivos como geladeiras, condicionadores de ar, sistemas centrais de ar condicionado (HVAC), freezers e desumidificadores. Quando essas unidades passam por manutenção, existe o risco de que o gás refrigerante seja liberado na atmosfera acidentalmente ou intencionalmente, daí a criação de programas de treinamento e certificação de técnicos para garantir que o material seja conservado e gerenciado com segurança. Foi demonstrado que o mau tratamento desses gases empobrece a camada de ozônio e, suspeita-se, contribui para o aquecimento global .
Com exceção de isobutano e propano (R600a, R441a e R290), amônia e CO 2 sob a Seção 608 da Lei do Ar Limpo dos Estados Unidos , é ilegal liberar intencionalmente qualquer refrigerante na atmosfera.
A recuperação de refrigerante é o ato de processar o gás refrigerante usado que foi anteriormente usado em algum tipo de circuito de refrigeração de forma que atenda às especificações para o novo gás refrigerante. Nos Estados Unidos , o Clean Air Act de 1990 exige que o refrigerante usado seja processado por um recuperador certificado, que deve ser licenciado pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA), e o material deve ser recuperado e entregue ao recuperador pela EPA -técnicos certificados.
Classificação de refrigerantes
Os refrigerantes podem ser divididos em três classes de acordo com sua forma de absorção ou extração de calor das substâncias a serem refrigeradas:
- Classe 1: Esta classe inclui refrigerantes que esfriam por mudança de fase (normalmente fervendo), usando o calor latente do refrigerante .
- Classe 2: Esses refrigerantes resfriam por mudança de temperatura ou ' calor sensível ', a quantidade de calor sendo a capacidade de calor específica x a mudança de temperatura. Eles são ar, salmoura de cloreto de cálcio, salmoura de cloreto de sódio, álcool e soluções não congelantes semelhantes. O objetivo dos refrigerantes Classe 2 é receber uma redução de temperatura dos refrigerantes Classe 1 e transmitir essa temperatura mais baixa para a área a ser resfriada.
- Classe 3: Este grupo consiste em soluções que contêm vapores absorvidos de agentes liquefáveis ou meios refrigerantes. Essas soluções funcionam por natureza de sua capacidade de transportar vapores liquefáveis, que produzem um efeito de resfriamento pela absorção de seu calor de solução. Eles também podem ser classificados em várias categorias.
O sistema de numeração R- # foi desenvolvido pela DuPont (proprietária da marca Freon ) e identifica sistematicamente a estrutura molecular de refrigerantes feitos com um único hidrocarboneto halogenado. O significado dos códigos é o seguinte:
- Para hidrocarbonetos saturados, subtrair 90 dos números concatenados de átomos de carbono , hidrogênio e flúor , respectivamente, dá o R # atribuído.
- Se o bromo estiver presente, o número é seguido por um B maiúsculo e depois pelo número de átomos de bromo.
- As ligações restantes não contabilizadas são ocupadas por átomos de cloro .
- Um sufixo de uma letra minúscula a, b ou c indica isômeros cada vez mais assimétricos .
Por exemplo, R-134a tem 2 átomos de carbono, 2 átomos de hidrogênio e 4 átomos de flúor, uma fórmula empírica de tetrafluoroetano. O sufixo "a" indica que o isômero está desequilibrado por um átomo, dando 1,1,1,2-tetrafluoroetano . R-134 (sem o sufixo "a") teria uma estrutura molecular de 1,1,2,2-tetrafluoroetano.
- A série R-400 é composta de misturas zeotrópicas (aquelas em que o ponto de ebulição dos compostos constituintes difere o suficiente para levar a mudanças na concentração relativa devido à destilação fracionada ) e a série R-500 é composta das chamadas misturas azeotrópicas . O dígito mais à direita é atribuído arbitrariamente pela ASHRAE , uma organização de padrões do setor.
- A série R-700 é composta de refrigerantes não orgânicos, também designados pela ASHRAE.
Os mesmos números são usados com um prefixo R- para refrigerantes genéricos, com um prefixo "Propelente" (por exemplo, "Propelente 12") para o mesmo produto químico usado como propelente para um spray de aerossol e com nomes comerciais para os compostos, como como " Freon 12". Recentemente, surgiu a prática de usar abreviaturas HFC- para hidrofluorocarbonos , CFC- para clorofluorocarbonos e HCFC- para hidroclorofluorocarbonos , devido às diferenças regulatórias entre esses grupos.