4. Results and discussion
4.1. Interpretation of chemistry data
4.1.1. General synthesis strategy
aplicações destes “novos” compostos são, como fluido refrigerante em sistemas de ar condicionado automóvel, em sistemas de refrigeração habitacionais e comerciais e como agente propulsor de aerossóis e espumas de isolamento. Vários fabricantes do ramo automóvel consideram esta nova gama de fluidos refrigerantes (HFO’s) como o futuro substituto do R-134a (fluido refrigerante atualmente utilizado em sistemas de ar condicionado automóvel), sendo que na Europa e nos Estados Unidos da América já começaram a ser fabricados automóveis que utilizam os compostos HFO’s como fluido refrigerante nos respetivos sistemas de ar condicionado, tal como é referido pelo Australian Government (2012).
3.3.3.
Os compostos inorgânicos
Atualmente, os compostos inorgânicos são utilizados em diversos sistemas de refrigeração como fluidos refrigerantes, nomeadamente, ar condicionados e bombas de calor. São exemplos de compostos inorgânicos utilizados como fluidos refrigerantes a amónia (R-717), a
água (R-718), o ar (R-729), o dióxido de carbono (R-744) e o dióxido de enxofre (SO2). De
entre todos estes compostos, a amónia destaca-se como aquele que adquiriu maior importância para aplicação prática, apresentando propriedades termofísicas e de transferência de energia térmica bastante interessantes, tal como é referido por Bolaji e Huan (2013) e Mandal et al. (2013).
Procede-se, de seguida, a uma pequena descrição dos compostos mais interessantes do ponto de vista da refrigeração, a amónia, o dióxido de carbono e o ar.
A amónia apresenta excelentes características termodinâmicas quando opera em
sistemas de refrigeração cuja temperatura de evaporação se encontre entre os -35 e +2 °C. Como inconvenientes, a amónia é altamente tóxica e inflamável. Apesar dos problemas de segurança que a amónia apresenta, as suas propriedades termofísicas e de transferência de energia térmica são tão boas que se tornou, em certos países, o fluido refrigerante mais solicitado para operar em aplicações industriais;
O dióxido de carbono é não tóxico, não inflamável, mas pouco eficiente ao nível
termodinâmico. A sua utilização envolve elevadas pressões (grandes consumos de energia mecânica para a sua compressão), operando normalmente em ciclos transcríticos, necessitando para isso a utilização de compressores específicos. Apresenta ainda como vantagens o facto de possuir um índice de ODP = 0 e GWP = 1;
O ar é normalmente utilizado para acondicionamento do ambiente interior de aviões
e sistemas de refrigeração. O coeficiente de performance associado (COP) é baixo, devido à reduzida massa específica que apresenta, resultando assim na transferência de pequenas quantidades de energia térmica. Em algumas fábricas de produção de frio, o ar é utilizado para congelamento rápido de alimentos.
91
3.3.4.
As misturas azeotrópicas
Uma mistura azeotrópica consiste em duas substâncias que apresentam diferentes propriedades, mas comportando-se como uma única substância. Numa mistura azeotrópica não é possível separar os dois componentes, recorrendo ao processo de destilação. A mistura azeotrópica mais utilizada é o fluido refrigerante R-502, composto por 48,8% de R-22 e 51,2% de R-115. O fluido refrigerante R-502 apresenta um COP associado superior ao do R-22, sendo também menos tóxico, o que permite a sua aplicação em sistemas de refrigeração habitacionais e industria alimentar.
3.3.5.
As misturas zeotrópicas, ou não azeotrópicas (blends)
As misturas zeotrópicas, ou blends, são constituídas por múltiplos componentes, de diferentes volatilidades (i.e., diferentes temperaturas de evaporação). Quando são utilizadas como fluidos refrigerantes, alteram a sua composição durante os processos de evaporação e condensação. A aplicação de misturas zeotrópicas como refrigerantes, em sistemas de refrigeração, foi proposta no início do século XX. O estudo das propriedades termofísicas das misturas zeotrópicas tem vindo a ser desenvolvido desde esse tempo. Ultimamente, um grande interesse nas misturas zeotrópicas foi demonstrado, especialmente para operar como fluido refrigerante em bombas de calor, pois a composição química adaptável durante o processo de aquecimento e arrefecimento, oferece condições que permitem a concepção de novos designs dos permutadores de calor.
Ao longo da elaboração deste trabalho foi recolhida grande quantidade de informação relativa aos fluídos refrigerantes. Pela dificuldade associada a essa recolha e pelo valor que lhe está associado, entendeu-se que teria grande utilidade a apresentação sintética de uma parte dessa informação, o que tem lugar na Tabela 3.3, onde constam algumas das propriedades de vários fluidos refrigerantes, recolhidas em data cheats de fluidos refrigerantes comercializados por diversas empresas, nomeadamente, a DuPont, a National Refrigerantes, a Linde, a Forane e a Honeywell.
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Família Fluido ODP GWP100
TCRÍTICA [°C] PCRÍTICA [MPa] Segurança (ASHRAE) Aplicações CFC R-11 1,00 4000 197,78 4,41 A1
Unidades de refrigeração industrial que utilizam compressores
centrífugos.
R-12 1,00 2400 112,22 4,12 A1
Pequenos sistemas de refrigeração que utilizam compressores
recíprocos.
HCFC
R-22 0,055 1700 96,11 4,98 A1 Sistemas de ar-condicionado e bombas de calor domésticas.
R-123 0,02 0,02 183,89 3,67 B1
Sistemas que operem compressores de baixa pressão (substituto do R-
11).
R-124b 0,07 620 122,2 3,614 A1 utilizem compressores centrífugos. Sistemas de refrigeração que
R-401A 0,037 1200 105 4,61 A1
Unidades de baixa e média temperatura. Aplicado em arcas
frigoríficas de supermercados, equipados com compressores recíprocos (substituto do R-12).
R-408A 0,026 3152 83,17 4,283 A1
Unidades de baixa e média temperatura. Aplicado em arcas
frigoríficas de supermercados (Substituto do R-502).
R-409A 0,005 1585 109,28 4,605 A1
Sistemas que operam a baixa e média temperatura. Aplicado em arcas frigoríficas de supermercados,
equipados com compressores recíprocos (substituto do R-12).
HFC
R-23 0 5700 25,8 4,82 A1
Sistemas que operam a baixa temperatura (substituto do R-13 e R-
503).
R-32 0 650 78,10 5,782 A2L
Sistemas de refrigeração que operam a temperaturas muito
baixas. R-125 0 3400 66,015 3,629 A1 Ar-condicionado, refrigeração industrial e unidades de arrefecimento de água. R-134a 0 1300 101,1 4,06 A1 Sistemas de ar-condicionado automóvel, domésticos e bombas de
calor (substituto do R-12). Também utilizado como agente expansor de
espumas.
R-143a 0 3800 72,707 3,761 A2
Ar-condicionado, refrigeração industrial e unidades de arrefecimento de água. R-152a 0 120 113,26 4,52 A2 automóvel (substituto do R-134a). Sistemas de ar-condicionado R-404A 0,04 3300 72,1 3,74 A1 operam a baixa temperatura. Sistemas de refrigeração que
R-407C 0 1610 86,2 4,62 A1
Sistemas com compressores recíprocos em ar-condicionados e
bombas de calor de média temperatura (substituto do R-22). Tabela 3.3 – Tabela de apresentação de algumas das propriedades de vários fluidos refrigerantes, recolhidas em data cheats de fluidos refrigerantes comercializados por diversas empresas. Fontes:
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R-410A 0 1890 72,22 4,76 A1
Refrigerante mais utilizado em sistemas de ar-condicionado e bombas de calor (substituto do R-
22).
R-437A 0 1684 96 4,096 A1
Sistemas de ar-condicionado automóvel e habitacional. Sistemas
de refrigeração de média temperatura, arcas frigoríficas, processamento e armazenagem de
alimentos (substituto do R-12). R-507A 0 3800 70,9 3,79 A1 operam a baixa temperatura. Sistemas de refrigeração que
PFC R-508B 0 10350 13,7 3,935 A1
Sistemas de refrigeração que operam a muito baixas temperaturas
(ex. sistemas de frio utilizados em aplicações médicas).
HC
R-290 0 20 98,8 4,25 A3
Sistemas de ar-condicionado e bombas de calor domésticas
(substituto do R-22).
R-600a 0 4 152,22 3,80 A3
Sistemas de refrigeração, ar- condicionado e bombas de calor
domésticas.
Inorgânico
R-717 0 0 132,78 11,42 B2L
Unidades de produção de frio industrial. Congelação. Conservação
de carnes.
R-718 0 0 373,94 22,06 A1
Sistemas de absorção (água - brometo de lítio), sistemas de refrigeração a jato de gás e ar-
condicionado.
R-744 0 1 31,11 7,38 A1 Unidades de refrigeração industrial.
Criogénico R-729 0 0 - - A1 Sistemas de refrigeração por absorção e jato de gás.
HFO R-1234yf 0 4 94,7 3,382 A2L
Sistemas de ar-condicionado automóvel, domésticos e bombas de
calor (substituto do R-134a).
R-1234ze 0 6 109,36 3,635 A2L
3.4. Substituição de fluidos refrigerantes
Na secção que agora se inicia far-se-á a apresentação das diferentes abordagens da substituição de fluidos refrigerantes. Segue-se a exposição dos fluidos refrigerantes alternativos que melhores características apresentam (a curto e longo prazo) para substituição dos compostos CFC’s e HCFC’s, tendo em conta as características do sistema de refrigeração e respetiva aplicação prática do mesmo. Ainda nesta secção, é abordado o processo de recolha, reciclagem, regeneração e reutilização de fluidos refrigerantes.
3.4.1.
Diferentes abordagens da substituição
O processo de substituição de fluidos refrigerantes pode, de acordo com Melo (2011), ser realizado através de dois tipos de abordagens distintas, as substituições do tipo retrofit e do tipo drop-in.
Diz-se que uma substituição é do tipo retrofit, quando a substituição do fluido refrigerante requer a modificação (upgrade) de alguns dos componentes que englobam o sistema de