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Capítulo 4 – Gases Refrigerantes
Refrigeração
Industrial 
Prof.: Juvenil N. de Oliveira Jr.
1
4.1 Introdução
Como visto anteriormente:
© Juvenil Júnior – Todos direitos reservados
O compressor, o condensador, o dispositivo de expansão e o evaporador formam o circuito de refrigeração. 
Estes quatros componentes principais estando em perfeitas condições e bem instalados fazem o "circuito frigorígeno" existir, contudo, ele não funcionará se um "gás" não estiver contido no interior dos componentes.
o compressor, o condensador, o dispositivo de expansão e o evaporador formam o circuito de refrigeração. 
Estes quatros componentes principais estando em perfeitas condições e bem instalados fazem o "circuito frigorígeno" existir, contudo, ele não funcionará se um "gás" não estiver contido no interior dos componentes.
2
4.1 Introdução
A história da refrigeração registra alguns momentos importantes, entre os quais podem ser citados:
© Juvenil Júnior – Todos direitos reservados
Introdução do ciclo de compressão a vapor
Uso de compressores acionados por motores elétricos
Início do Século XIX
Anos 20
Desenvolvimento de refrigerantes da família de compostos halogenados
Introdução destes refrigerantes no mercado
Últimas décadas
Substituição dos refrigerantes conhecidos como CFCs (hidrocarbonetos à base de flúor e cloro)
4.1 Introdução
© Juvenil Júnior – Todos direitos reservados
Últimos 15 anos:
Caracterizado pelo aparecimento de inúmeros substitutos dos CFCs, a maioria no âmbito da família dos hidrocarbonetos halogenados.
Nos últimos anos:
Com o aumento dos alertas relativos ao efeito estufa, refrigerantes naturais, como o CO2 e outros, têm sido seriamente cogitados pela comunidade científico/industrial.
Neste contexto, a amônia tem sido adotada na maioria das instalações industriais recentes, dominando o setor.
4.1 Introdução
© Juvenil Júnior – Todos direitos reservados
Interação com o Ozônio:
Radiação Ultravioleta
CFCl2
CFCl3
ClO
Ozônio (O3)
Átomo de Cloro 
(Cl)
Molécula de Oxigênio (O2)
Monóxido de Cloro
Oxigênio atômico (O)
Átomo de Cloro (Cl)
Molécula de Oxigênio (O2)
Em 1986, o Protocolo de Montreal, um acordo ambiental internacional, estabeleceu exigências que iniciaram a eliminação em escala global de clorofluorcarbonos (CFC’s) que destroem a camada de ozônio.
© Juvenil Júnior – Todos direitos reservados
4.1 Introdução
Em virtude de seu efeito sobre a camada de ozônio
Protocolo de Montreal deu origem às atividades de desenvolvimento de substitutos
Em 1992, uma retificação no Protocolo de Montreal estabeleceu um esquema para a eliminação gradual de refrigerantes hidroclorofluorcarbonos (HCFCs).
© Juvenil Júnior – Todos direitos reservados
4.1 Introdução
Os HCFCs são substancialmente menos nocivos à camada de ozônio do que os CFCs. 
Porém, eles ainda contém cloro que destrói o ozônio.
	“Phase-Out”	Refrigerante	Ação
	1996	R11, R12, R500	Extingue a produção dos refrigerantes.
Equipamentos não mais fabricados
	2010	HCFC-22	Equipamentos não mais fabricados
	2020	HCFC-22	Extingue a produção dos refrigerantes
	2020	HCFC-123	Equipamentos não mais fabricados
	2030	HCFC-123	Extingue a produção dos refrigerantes
Sobre a questão de destruir a camada de ozônio e contribuir para o aquecimento global, os cientistas criaram dois índices, o ODP é o Poder de Destruição da Camada de Ozônio (“Ozone Depleting Potential”) e o GWP ou Potencial de Aquecimento Global (“Global Warming Potential”). 
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4.1 Introdução
	Refrigerante	ODP	GWP
	CFC – 11	1	1
	CFC – 12	1	3,2
	HCFC – 22	0,05	0,34
	HCFC – 123	0,02	0,02
	HFC – 134a	0	0,28
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4.1 Introdução
Características que um fluido refrigerante deve apresentar:
- Apresentar características termodinâmicas favoráveis
- Apresentar estabilidade química
- Não ser tóxico
- Não ser inflamável
- Ser compatível com o óleo de lubrificação do compressor
- Apresentar um certo grau de compatibilidade com materiais
- Ser de fácil detecção
- Não ser pernicioso ao meio ambiente
- Estar disponível comercialmente a um custo razoável
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4.1 Introdução
Classificação dos fluidos Refrigerantes:
- Hidrocarbonetos halogenados
- Misturas não azeotrópicas de hidrocarbonetos halogenados
- Misturas azeotrópicas de hidrocarbonetos halogenados
- Compostos orgânicos
- Compostos inorgânicos
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4.1 Introdução
O mercado, nestes últimos anos, tem disponibilizado uma grande gama de fluídos refrigerantes a serem aplicados nos setores de refrigeração e ar condicionado. 
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4.1 Introdução
Os HCFCs são refrigerantes a base de HIDROCLOROFLUORCARBONOS, ou seja, por possuírem um molécula de hidrogênio são bem menos agressivos a camada de ozônio -- Ex: R-22 e R409A.
Os CFCs são refrigerantes a base de CLOROFLUORCARBONOS, ou seja, possuem a molécula de CLORO sendo extremamente agressivos a Camada de Ozônio -- Ex: R-11 e R-12.
E por últimos os HFCs são HIDROFLUORCARBONOS, e desta forma não possuem a molécula de cloro e não agridem a camada de ozônio -- Ex: R-134a, R-407C, R-410A, R-404A.
Família de compostos químicos que possuem os elementos CLORO, FLÚOR e CARBONO em sua composição. Atualmente não se fabrica nenhum gás CFC, o cloro que faz parte de sua composição destrói a camada de ozônio, um equipamento de refrigeração ou climatização (ar condicionado) onde seu sistema funciona com um fluido refrigerante que possui cloro na sua composição, é um equipamento tecnicamente ultrapassado.
Refrigerantes CFC
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4.1 Introdução
Esse equipamento deve ser atualizado, o profissional de refrigeração tem que procurar uma alternativa para esse problema. 
Como alternativa à falta de CFC existem os chamados "Gases Alternativos" que pertencem à família dos H.C.F.C.
Os principais refrigerantes da família dos CFCs são: 
R-12 ou refrigerante 12 (Utilizado em Refrigeradores, Freezers, Câmaras frigoríficas e Condicionadores de ar de carros, todos antigos). 
R-11 ou Refrigerante 11 (Utilizado em grandes sistemas com compressores centrífugos e como fluido para limpeza de circuitos frigorígenos). 
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Refrigerantes CFC
4.1 Introdução
Família de compostos químicos que possuem os elementos HIDROGÊNIO, CLORO, FLÚOR e CARBONO em sua composição. Atualmente se fabricam os HCFC's como gases alternativos (BLENDS) que podem substituir os CFC's. 
Os principais fluidos refrigerantes da família dos HCFC's são: 
R-22 ou Refrigerante 22 (Utilizado em condicionadores de ar de Janela, Split e Centrais). 
R-401A ou Refrigerante 401A (Substitui o R-12). 
R-409A ou Refrigerante 409A (Substitui o R-12). 
R-401B ou Refrigerante 401B (Substitui o R-12 e o R-500). 
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Refrigerantes HCFC
4.1 Introdução
Família de compostos químicos que possuem os elementos HIDROGÊNIO, FLÚOR e CARBONO em sua composição. Atualmente os novos equipamentos são fabricados com HFC's. 
Os principais fluidos refrigerantes da família dos HFC's são: 
R-134a ou Refrigerante 134a (Utilizado em Refrigeradores, Freezers, Câmaras Frigoríficas, Condicionadores de ar de carros). 
R-404a ou Refrigerante 404a (Utilizado em Câmaras Frigoríficas);
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Refrigerantes HFC
4.1 Introdução
Família de compostos químicos com HIDROGÊNIO e CARBONO em sua composição. Os principais HC's são: 
R-290 ou Refrigerante 290 (Propano); 
R-600a ou Refrigerante 600a (Isobutano); 
Os fluidos refrigerantes Hidrocarbonetos são inflamáveis, portanto os profissionais devem ter cuidado no manuseio dos equipamentos com esses fluidos. 
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Refrigerantes HC
4.1 Introdução
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4.2 Nomenclatura
Os refrigerantes são designados de acordo com a norma ASHRAE 34-1992, por números três algarismos de acordo com a seguinte regra:
• Oprimeiro algarismo da direita indica o número de átomos de flúor na molécula;
• O segundo algarismo indica o número de átomos de hidrogênio mais 1;
• O terceiro algarismo indica o número de átomos de carbono menos 1;
Uma forma simples da regra de numeração dos refrigerantes é a seguinte:
	3º	2º	1º
(C – 1)
(H + 1)
(F)
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4.2 Nomenclatura
Os isômeros são designados por sufixos “a”, “b” , “c”... etc.
A série 400 é reservada para as misturas não azeotrópicas
A série 500 é reservada para as misturas azeotrópicas
A série 600 é reservada aos compostos orgânicos
A série 700 é reservada aos compostos inorgânicos
Numeradas de acordo com a massa molecular
Numeradas de acordo com a ordem cronológica de aparecimento
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4.2 Nomenclatura
Exemplo 1: Escreva a composição química do refrigerante, de acordo com seu nome:
R-22
R-32
R-134a
R-120
R-50
R-152
Exemplo 2: A partir da composição química do refrigerante, escreva seu respectivo número:
C2HF5
CCl3F
C2H6
CHF3
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4.2 Nomenclatura
© Juvenil Júnior – Todos direitos reservados
4.2 Nomenclatura
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4.3 Propriedades Físicas
As pressões exercidas podem ser o fator determinante na seleção do refrigerante para dada instalação frigorífica.
Pressões elevadas tendem a exigir tubulações e reservatórios de espessuras superiores às normais.
Pressões baixas podem ser inadequadas para aplicações de reduzida temperatura de evaporação em virtude da possibilidade de ocorrência de pressões sub-atmosféricas em determinadas regiões do circuito, deixando-as expostas à penetração de ar atmosférico, que deve ser evitado.
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4.3 Propriedades Físicas
Na figura estão representadas as curvas da pressão de saturação em função da temperatura de alguns dos refrigerantes.
Observa-se que os refrigerantes R404A, R-502 e R-13 se caracterizam por pressões superiores aos demais, razão pela qual se utilizam em baixas temperaturas de evaporação.
24
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4.3 Propriedades Físicas
Os refrigerantes R-12 e R-134a apresentam pressões menores, razão pela qual são utilizados em aplicações de temperatura de evaporação mais elevadas, tipicamente entre -20°C e 0°C.
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4.4 Aspectos relacionados à segurança
A segurança na utilização e no manuseio de refrigerantes está relacionada a quatro aspectos básicos:
Toxicidade;
Potencial cancerígeno;
Potencial mutagênico;
Inflamabilidade.
A norma ASHRAE 34-92 classifica os refrigerantes de acordo com seu nível de toxicidade e inflamabilidade. Cada refrigerantes recebe uma designação composta por dois caracteres alfa numéricos:
O primeiro é uma letra maiúscula que caracteriza seu nível de toxicidade.
O segundo é um algarismo que indica seu grau de inflamabilidade. 
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4.4 Aspectos relacionados à segurança
Dependendo do grau de toxicidade para concentrações abaixo de 400 ppm, os compostos são classificados em dois grupos:
Classe A - Compostos cuja toxicidade não foi identificada.
Quanto ao nível de flamabilidade os refrigerantes são classificados em três grupos:
Classe 3 - Inflamabilidade elevada, caracterizando-se por LII inferior ou igual a 0,10kg/m³ a 21°C e 101,325 kPa, Poder Calorífico superior a 19.000 kJ/kg.
Classe B - Foram identificadas evidências de toxicidade.
Classe 1 - Não se observa propagação de chama em ar a 18°C e 101,325 kPa.
Classe 2 - Limite inferior de inflamabilidade (LII) superior a 0,10kg/m³ a 21°C e 101,325kPa, Poder Calorífico inferior a 19.000 kJ/kg.
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4.4 Aspectos relacionados à segurança
Grupo de Segurança – ASHRAE 34
Muito Inflamável
Pouco Inflamável
Sem propagação de chama
A3
B3
A2
B2
A1
B1
Baixa toxicidade
Alta toxicidade
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4.4 Aspectos relacionados à segurança
A classificação de alguns refrigerantes quanto a sua toxicidade e inflamabilidade é apresentada na tabela:
CFCs são do grupo A1, não inflamáveis e não tóxicos.
O R123, um HCFC, substituto do R11 é classificado como B1, requerendo cuidados no seu manuseio.
Os HFCs, substitutos dos CFCs, não são tóxicos, porém, podem apresentar um certo grau de inflamabilidade.
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4.4 Aspectos relacionados à segurança
Recomenda-se o manuseio cuidadoso de todos fluídos refrigerantes, pois mesmo os halogenados, que são considerados os mais seguros, podem ser perigosos em altas concentrações.
No caso dos hidrocarbonetos, por serem combustíveis, recomenda-se seu uso em instalações preparadas para evitar chamas e faíscas. 
Entre os refrigerantes industriais, a amônia é o mais tóxico, apresentando limites de inflamabilidade intermediários entre os halogenados e os hidrocarbonetos.
No processo de substituição de um CFC por um HCFC, o fabricante de fluidos refrigerantes deverá ser consultado juntamente com o fabricante do equipamento, esse procedimento requer uma análise apurada de todos os dados do funcionamento do equipamento (temperaturas, pressões, tipo do óleo, etc). A DuPont, que detém as marcas SUVA e FREON, e é um dos grandes fabricantes de fluidos refrigerantes, chama essa atualização de CFC para HCFC de Retrofit. 
4.5 Retrofit
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