FLUIDOS REFRIGERANTES ALTERNATIVOS AO R12

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FLUIDOS REFRIGERANTES ALTERNATIVOS AO R12
Em 01 de Janeiro de 1996, a utilização de fluidos refrigerantes do tipo CFC, nos países desenvolvidos foi proibida, conforme acordo firmado pelo Protocolo de Montreal. Nos países em desenvolvimento, o prazo para a proibição dos CFCs foi estipulado para 2006.
No Brasil, a data limite de utilização dos CFCs, como por exemplo o R12, na fabricação de produtos novos foi estipulada em 01 de Janeiro de 2001. Sua utilização na manutenção de sistemas de refrigeração, diminuirá gradativamente até ser eliminado, devido à escassez do produto no mercado e a elevação do seu preço.
Várias opções têm sido desenvolvidas e utilizadas como alternativas ao uso do R12, tanto na manutenção como na fabricação de produtos novos, uma delas é o R134a devido às suas características físicas, termodinâmicas e por não afetar a camada de ozônio.
Os hidrocarbonetos, gases naturais compostos unicamente por Hidrogênio e Carbono, também têm sido apresentados como alternativas para substituição do R12 em aplicações domésticas. 
 Ainda existem alguns blend's como o R401A, R401B, R409A entre outros, os quais são uma boa alternativa para a conversão de equipamentos que estão em operação no campo, pois exigem mínimas alterações no sistema original e na maioria dos casos não é necessária a substituição do compressor. São chamados de substitutos temporários, porque possuem R22 em sua composição e têm prazo determinado para serem eliminados.
 I - PROPRIEDADES
1 - Fórmula e Composição
	Fluido
	Fórmula
	Componentes
	Composição
% em Peso
	Tipo
	 
	R12
	CCL2F2
	R12
	100
	Puro
	 
	R134a
	CF3CH2F
	R134a
	100
	Puro
	 
	R600a
	CH(CH3)
	R600a
	100
	Puro
	 
	R401A
	-
	R22/R152a/R124
	53/13/34
	Não-Azeotrópico
	 
	R401B
	-
	R22/R152a/R124
	61/11/28
	Não-Azeotrópico
	 
	R409B
	-
	R22/R142b/R124
	60/15/25
	Não-Azeotrópico
	 
1.2 - Características Ambientais
Conforme a tabela seguinte, é possível verificar dois indicadores de como estes refrigerantes se comportam em relação à agressão ao meio ambiente, que são: ODP (Potencial de Destruição do Ozônio) e GWP (Potencial de Aquecimento Global)
	Fluido
	ODP
	GWP (100 anos ITH)
	R12
	1,000
	8500
	R134A
	0,000
	1300
	R600a
	0,000
	11
	R401A
	0,030
	970
	R401B
	0,035
	1060
	R409A
	0,050
	1290
1.3 - Comparação das Pressões de Trabalho
Pressões de trabalho para:
- Evaporação = -23,3°C
- Condensação = 54,4°C
	Fluido
	Pressão
de Sucção (Psig)
	Pressão de
Descarga (Psig)
	Taxa de
Compressão
	R12
	4,4
	180,0
	10,2
	R134A
	1,9
	198,7
	12,8
	R600a
	-5,6*
	95,4
	12,0
	R401A
	4,1
	208,0
	11,8
	R401B
	5,6
	221,0
	11,6
	R409A
	9,0
	222,0
	10,0
* Vácuo de 11,4 inHg
1.4 - Variação de Temperatura Durante Processos de Mudanças de Fases - "Temperature Glide"
O R12 que é um fluido puro e o R502 que é um fluido azeotrópico, mantêm a temperatura constante durante a mudança de estado (evaporação ou condensação).
 1.5 - Toxicidade
Todos os fluidos alternativos citados neste boletim inclusive o R12 apresentam valores similares de TLV (Threshold Limit Values), valor que define a concentração máxima de gases tóxicos em ambiente de trabalho, sem afetar as pessoas expostas a este ambiente.
Desde modo, os mesmos cuidados que devem ser tomados ao manipular o R12, devem ser tomados também ao manipular estes outros refrigerantes, como por exemplo:
- Trabalhar em ambiente ventilado;
- Evitar inalação direta;
- Evitar contato com a pele;
- Evitar contato com o fogo.
1.6 - Flamabilidade
A flamabilidade de um fluído é definida pelos limites inferior e superior de explosão, LEL e UEL respectivamente. LEL e UEL representam a mínima e máxima concentração do fluído no ar, onde pode ocorrer a propagação de chama com a presença de uma fonte de ignição. 
	Refrigerante
	LEL
(% Volume)
	UEL
(% Volume)
	Temperatura de Ignição(°C/°F)
	R11, R134a, R401A, R401B, R409A
	Não Inflamáveis
	Não Inflamáveis
	-
	R600a
	1,9
	8,5
	460/860
Os produtos projetados para trabalhar com refrigerantes inflamáveis como o isobutano, têm o evaporador embutido ( built-in ) e componentes elétricos blindados, entre outras medidas de segurança para o consumidor final.
1.7 - Compatibilidade com materiais
De acordo com as características químicas de cada um dos refrigerantes alternativos, deve-se considerar sua compatibilidade com os óleos lubrificantes e demais componentes existentes no sistema de refrigeração, como por exemplo, o filtro secador.
O R134a é incompatível com diversas substâncias que quando presentes em um sistema de refrigeração, causam danos a ele e em alguns casos pode bloquear o capilar. São elas: Sulfonatos, Parafina, Compostos Sulfurosos, Boratos, Silicone, Silicato de Sódio, Cera Oxidada, Óleo Mineral, Compostos Clorados, Graxas e Potássio.
Os blend's e o R600a são compatíveis com a maioria dos materiais metálicos e elastômeros normalmente usados em sistema de refrigeração para o R12. Materiais como borracha natural e silicone não são apropriados para a utilização com hidrocarbonetos.
II - COMPATIBILIDADE DE ÓLEOS LUBRIFICANTES COM OS REFRIGERANTES ALTERNATIVOS
Um óleo lubrificante, para ser utilizado em compressores de refrigeração, deve possuir as seguintes características:
- Miscibilidade com o fluido refrigerante;
- Não reagir quimicamente com o refrigerante;
- Manter fluidez a temperaturas baixas;
- Estabilidade térmica e elétrica;
- Condutor térmico;
- Isolante elétrico.
A seguinte tabela mostra a compatibilidade dos óleos lubrificantes utilizados em relação aos fluidos refrigerantes:
	Fluido
	Óleo Mineral
	Óleo Alquilato
	Óleo Poliol Éster
	R12
	Compatível
	Compatível
	Incompatível
	R134a
	Incompatível
	Incompatível
	Compatível
	R600a
	Compatível
	Compatível
	Compatível
	R401A
	Incompatível
	Compatível
	Compatível
	R401B
	Incompatível
	Compatível
	Compatível
	R409B
	Compatível
	Compatível
	Incompatível
Misturas de óleos, resultantes de operações de Retrofit e conversão de sistemas, não são recomendáveis, devendo-se respeitar os seguinte limites:
- R134a, até 1% de óleo mineral misturado ao poliol éster
- R401A, R401B e R409 até 20% de óleo mineral misturado ao alquilato
 
O óleo poliol éster na presença de umidade e submetido às condições de calor e pressão, geradas no sistema de refrigeração, pode se transformar em ácidos e álcoois. Como este óleo é cerca de 100 vezes mais higroscópico que um óleo mineral, deve-se tomar muito cuidado com sua utilização, evitando expô-lo ao ambiente, a sistemas contaminados por umidade e observar a execução de um vácuo adequado no sistema.
III - COMPRESSORES PARA REFRIGERANTES ALTERNATIVOS
Como os blend's, são compatíveis com o óleo tipo alquilato e foram desenvolvidos especialmente para substituição do R12, visando mínimas modificações nos sistemas, podem ser utilizados com os mesmos compressores fabricados para R12 que são carregados com este tipo de óleo.
Porém, o R134a e o R600a, exigem compressores feitos especialmente para eles, onde são necessárias diversas características diferentes como:
- Devido à diferença da densidade e do calor latente destes refrigerantes, nas aplicações em baixa pressão de evaporação, os compressores para R134a e para R600a necessitam de uma cilindrada maior em comparação com compressores de mesma capacidade para R12;
- Utilizam o óleo lubrificante compatível com o refrigerante, como demonstra o capítulo 2 deste boletim.
- O motor elétrico do compressor deve ser dimensionado de acordo com as novas condições de trabalho.
- Possuem identificação diferenciada de acordo com o refrigerante aplicável. 
Comparação entre compressores de mesmo deslocamento: 
 IV - SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO COM REFRIGERADOS ALTERNATIVOS 
Quando se modifica um produto para o uso de um fluido refrigerante alternativo ao R12, embora não sejam necessárias modificações radicais como, redimensionamento de evaporadore condensador, outros aspectos devem ser cuidadosamente estudados visando obter o mesmo rendimento do sistema e o máximo de confiabilidade.
O melhor caminho para a substituição de um refrigerante, é seguir as determinações do fabricante do sistema que está sendo modificado e/ou dos seus componentes.
1 - Filtros secadores
Para o R134a, os filtros secadores devem conter o secante do tipo Molecular Sieve. Os tipos XH-7, XH-9 e MS 594 são os recomendados. 
O R600a é compatível com todos os filtros secadores utilizados em sistemas para R12 ou seus alternativos.
Os blend's são compatíveis com os secantes molecular sieves XH-9 e MS 594.
Sempre é recomendado, consultar os fabricantes dos filtros, para a correta seleção em uma aplicação específica.
2 - Elemento de expansão
O R134a possui um efeito refrigerante superior ao R12, desta maneira, é preciso reduzir o fluxo de massa requerido para uma mesma capacidade frigorífica. Consequentemente, o comprimento do tubo capilar deve ser aumentado ou ter seu diâmetro interno reduzido, em relação ao capilar usado com R12. Como qualquer seleção de tubo capilar, devem ser feitos testes para determinar o seu dimensionamento definitivo.
Se a opção for pelo uso de uma válvula de expansão, já existem no mercado válvulas de expansão adequadas para o R134a.
Ao utilizar o R600a ou os blend's geralmente não é necessário alterar as características do elemento de expansão. 
3 - Quantidade de fluido refrigerante
A carga de refrigerante depende das condições de projeto e operação do sistema. Geralmente, em aplicações LBP, a carga poderá ser reduzida de 5 a 30% no caso do R134a, de 35 a 60% nas aplicações com R600a e de 10 a 20 % com os blends, quando comparado com a carga de R12. 
Cuidado especial deve ser tomado ao fazer a carga com um blend, pois devido à ocorrência do fenômeno "temperature glide", este refrigerante é considerado um não-azeotrópico e somente mantém, dentro de um recipiente, sua proporção de mistura, na fase líquida. 
Portanto, a carga deve ser feita na fase líquida, tomando cuidado para o refrigerante não ser admitido diretamente pelo mecanismo de bombeamento do compressor.
4 - Temperatura de descarga e do gás de retorno
As condições de projeto ( temperaturas e pressões ) do sistema devem ser avaliadas e levadas em conta sempre que se estiver verificando a possibilidade de sua adaptação para o uso de um refrigerante alternativo.
As mesmas temperaturas de descarga e do gás de retorno dos compressores para R12 podem ser aplicadas aos compressores para R134a. 
No caso das aplicações dos blend's a descarga do compressor estará sujeita a temperaturas e pressões um pouco mais elevadas, devido à presença do fluido R22. Nas aplicações em que pressões e temperaturas se encontrarem em valores críticos para o R12, poderá ocorrer a formação de carvão nas válvulas do compressor e superaquecimento do motor elétrico, acarretando sua falha prematura. O superaquecimento do gás de retorno também deve ser mantido dentro de valores relativamente baixos, sempre atentando para que não ocorra retorno de líquido ao compressor.
 5 - Vácuo
O nível de vácuo necessário para os sistemas com os fluidos alternativos é o mesmo aplicado aos sistemas com R12, que é de no máximo de 200 microns de Hg aplicados nos lados de alta e baixa pressão do sistema . Este valor garante baixos níveis de umidade e baixa concentração de fluidos não condensáveis no sistema de refrigeração.
6 - Detectores de Vazamento
Como o R134a e o R600a não possuem cloro em suas fórmulas, e a maioria dos detectores convencionais são sensíveis ao cloro, estes devem ser substituídos por detectores apropriados, os quais já estão disponíveis no mercado.
Os blend's possuem HCFC em sua composição e podem ser detectados pelos mesmos detectores utilizados para o R12.
V - RETROFIT
Retrofit é o procedimento de substituição do fluido refrigerante original de um equipamento, por um fluido refrigerante alternativo, visando manter a mesma performance e mesma confiabilidade do sistema.
O Retrofit com a utilização de um blend é uma boa opção, visto que na maioria dos casos não é necessária a substituição do compressor e as modificações do sistema são mínimas.
Apresenta-se a seguir, as etapas de um retrofit genérico, considerando cada uma das características dos refrigerantes alternativos apresentados neste boletim, porém, esta descrição não tem a pretensão de ser um procedimento a ser seguido passo a passo, nem é um endosso da utilização destas alternativas de refrigerantes. Recomenda-se sempre consultar o fabricante do equipamento e/ou os fabricantes dos componentes e fluidos refrigerantes, quando houver dúvidas ou necessidade de detalhes específicos.
  1. Coletar dados de performance (condições de temperatura e pressão) do equipamento operando com R12.
2. Recolher o refrigerante R12 do equipamento utilizando os recursos adequados (sem emissão para o meio ambiente).
3. Verificar as características do compressor instalado, em relação ao refrigerante alternativo que será utilizado. Recomenda-se que em nenhum caso seja substituído o óleo do compressor.
  3.1. Se o retrofit for feito para o R134a, deve-se substituir o compressor por outro que seja compatível com o refrigerante e efetuar uma limpeza completa no sistema, a fim de se eliminar todo o resíduo de R12 e óleo. Para a limpeza, recomendamos o uso de nitrogênio e do próprio R134a. 
3.2. Se o refrigerante alternativo escolhido for o R600a, é necessário a substituição do compressor por outro compatível.
3.3. Quando a substituição é feita por blend, e o compressor já estiver carregado com óleo alquilato, como é o caso do compressor Tecumseh para R12 fabricado a partir de 1994, não é necessária sua substituição.
4. Substitua o filtro secador por um compatível com o refrigerante alternativo, conforme o item 4.1 deste boletim.
5. Checar vazamentos e realizar o vácuo atingindo uma pressão absoluta de 200 microns de Hg.
6. Ajustar o elemento de expansão (capilar ou válvula) quando necessário, de acordo com o item 4.2 deste boletim.
7. Carregar o sistema com o refrigerante alternativo escolhido, verificando as particularidades apresentadas no item 4.3 deste boletim
8. Ligar o produto e comparar as condições de operação do equipamento com as condições de operação registradas na primeira etapa do retrofit.
9. Se necessário, ajustar os parâmetros do sistema para atingir as condições originais de operação, como por exemplo: carga de refrigerante, elemento de expansão, etc...
10. Identificar o produto quanto ao tipo de refrigerante utilizado e quantidade de fluido refrigerante aplicada.