Fluidos Refrigerantes

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Fluidos Refrigerantes
Disciplina: Máquinas Térmicas I – Refrigeração e Ar 
Condicionado
Prof. Daut Couras
Universidade Federal Rural do Semi-Árido
Depart. de Ciências Amb. e Tecnológicas
Engenharia Mecânica
Prof.: Daut Couras
Universidade Federal Rural do Semi-Árido
Máq. Térm. I – Refrig. e Ar-condicionado
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• Função: veículos térmicos na realização dos ciclos de
refrigeração;
• Primeiros: NH3, CO2, CH3Cl;
• CFCs: hidrocarbonetos à base de flúor e cloro. Não
inflamáveis, explosivos ou corrosivos; extremamente
estáveis e muito pouco tóxicos.
• 1974: detectados problemas com CFCs. Compostos clorados
migram para a estratosfera e destruir moléculas de ozônio.
Maiores responsáveis pelo aparecimento do buraco na camada
de ozônio.
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• CFC – são moléculas formadas pelos elementos cloro, flúor e
carbono. (R11, R12, R502, etc.)
• Aplicações: ar condicionado automotivo, refrigeração
comercial, refrigeração doméstica;
• HCFC – alguns átomos de cloro são substituídos por
hidrogênio (R22, R141b, etc.).
• Utilização: ar condicionado de janela, split, self, camâras
frigoríficas,etc.
• HFC – todos os átomos de cloro são substituídos por
hidrogênio (R134a, R404a, R407C, etc.)
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• Efeito estufa:
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• Camada de ozônio: responsável pela filtragem dos raios
ultravioleta que, em quantidades elevadas, são prejudiciais ao
meio ambiente e ser humano;
• Protocolo Montreal de 1987: determinou a substituição dos
CFCs;
• Surge a família dos hidroclorofluorcarbonetos (HCFCs) e
refrigerantes naturais (CO2).
• Nem todos os países aderiram: Rússia, Índia e China.
• Uma molécula de R-12(CFC) apresenta uma vida útil na
atmosfera da ordem de 100 anos;
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APLICAÇÕES TÍPICAS ANTES DE 1987
Aplicação 
Refrigerantes
recomendados
Refrigeradores e freezers domésticos R12
Varejo e supermercados R12, R22, R502
Ar-condicionado R11, R12, R22, R410a
Industrial R717, R22, R502, R13B1
Transportes R12, R502
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• CONAMA – RESOLUÇÃO 267 (14/09/2000): proibição da
utilização do CFC-11, CFC-12, além de outras substâncias que
agridem a camada de ozônio, em instalações de ar
condicionado central, instalações frigoríficas com
compressores de potência unitária superior a 100HP e em
sistemas de ar condicionado automotivo;
• A partir de janeiro de 2001: proibido em refrigeradores e
congeladores domésticos, e em todos os demais
equipamentos.
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• As importações de CFC-12 sofreram as seguintes
reduções gradativas:
• 2001 – 15%;
• 2002 – 30%;
• 2003 – 55%;
• 2004 – 75%;
• 2005 – 85%;
• 2006 – 95%;
• 2007 – 100%;
• As importações de CFC-11 com permissão do IBAMA.
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Datas previstas para a proibição dos CFC’s e HCFC’s.
Datas Refrigerante Ação
1996 R11, R12, R500 Extingue a produção e equipamentos não são 
fabricados
2010 HCFC-22 Para a fabricação de equipamentos
2020 HCFC-22 Para a fabricação do refrigerante
2020 HCFC-123 Para a fabricação dos equipamentos
2030 HCFC-123 Para a fabricação do refrigerante
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• Efeito estufa:
• A maioria dos compostos halogenados utilizados em
instalações frigoríficas, inclusive os substitutos, podem
provocar o efeito estufa;
• Caracterização do nível de ação sobre a camada de ozônio
e do efeito estufa;
• ODP (Ozone Depleting Potential): potencial relativo ao
R-11 de valor 1;
• GWP (Global Warming Potential): potencial relativo ao
R-11 de valor 1.
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2. Características dos Fluidos Refrigerantes 
• Pressão de vaporização não muito baixa: evita vácuo
elevado no evaporador e um valor baixo da eficiência
volumétrica do compressor;
• Pressão de condensação não muito elevada: melhora o
desempenho do compressor e favorece a segurança da
instalação;
• Calor latente de vaporização elevado: reduza vazão
necessária para uma dada capacidade de refrigeração;
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2. Características dos Fluidos Refrigerantes 
• Volume específico reduzido: especialmente na fase vapor.
Vazão em volume no compressor será pequena e o tamanho
da unidade de refrigeração será menor;
• COP elevado: custo de operação está relacionado;
• Condutibilidade térmica elevada: melhoria das propriedades
de transferência de calor;
• Baixa viscosidade na fase líquida e gasosa: perdas de
cargas serão menores;
• Não ser poluentes.
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2. Características dos Fluidos Refrigerantes 
• Baixa constante dielétrica, grande resistência elétrica e
característica de não corrosão dos materiais isolantes
elétricos: especialmente importantes para ciclos com
compressores herméticos;
• Estáveis e inertes: não reagir e nem corroer os materiais
metálicos da instalação;
• Não devem ser tóxicos ou estimulantes: riscos de
vazamentos;
• Não devem ser inflamáveis ou explosivos: risco de incêndio
ou explosão.
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2. Características dos Fluidos Refrigerantes 
• Devem ser de detecção fácil qdo houver vazamentos:
principalmente em instalações de grande porte para evitar a
perda completa da carga de refrigerante da instalação;
• Devem ser de preços moderados e facilmente disponíveis:
associado ao seu preço. O custo elevado torna o uso
impraticável;
• Temperatura de fusão inferior a -40ºC e temperatura crítica
superior a 80ºC: evitar temperaturas próximas as faixas de
operação;
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2. Características dos Fluidos Refrigerantes 
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2. Características dos Fluidos Refrigerantes 
• Conforme NIST(National Institute of Standards):
• Temperatura de fusão inferior a -40ºC e temperatura
crítica superior a 80ºC: evitar temperaturas próximas as
faixas de operação;
• Pressão de saturação a 80ºC inferior a 50MPa:
eliminação de fluidos excessivamente voláteis;
• 51 compostos: 15 hidrocarbonetos, 5 compostos
oxigenados(éteres e aldeídos,etc.), 5 compostos
nitrogenados(NH3,metilamina,etc.), 3 compostos de
enxofre(SO2,etc.), 19 hidrocarbonetos hidrogenados
(R21,R22,R11,etc.).
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2. Características dos Fluidos Refrigerantes 
• Classificação geral:
• Hidrocarbonetos halogenados;
• Misturas não-azeotrópicas de hidrocarbonetoshalogenados;
• Misturas azeotrópicas de hidrocarbonetos halogenados;
• Compostos orgânicos;
• Compostos inorgânicos.
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2. Características dos Fluidos Refrigerantes 
Família Composição 
Química
Nome Nº ODP GWP
H
id
ro
carb
o
n
eto
s h
alo
gen
ad
o
s
CCl3F Tri cloro monoflúor metano 11 1 1
CCl2F2 Bi cloro bi flúor metano 12 1 3,20
CClF3 Mono cloro tri flúor metano 13
CHCl2F Hidro bicloro mono flúor 
metano
22 0,05 0,34
CHF3 Hidro tri flúor metano 23 0 Nd
CH2F2 Bi hidro bi flúor metano 32 0 0,12
C2HCl2F3 Hidro bicloro triflúor etano 123 0,02 0,02
C2HF5 Hidro pentaflúor etano 125 0 0,84
C2H2F4 Bi hidro tetraflúor etano 134ª 0 0,28
C2H4F2 Tetra hidro bi flúor etano 152ª 0 0,03
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Família Composição Química Nome Nº ODP GWP
M
istu
ras n
ão
 azeo
tró
p
icas
22/152a/124 (53%/13%/34%) - 401 A 0,03 0,22
125/290/22 (60/2/38) - 402 A 0,02 0,52
290/22/218 (5/75/20) - 403 A
125/143a/134ª (44/52/4) - 404 A 0 0,94
32/125/134ª (20/40/40) - 407 C 0 0,38 
22/124/142b (60/25/15) - 409 A 0,05 0,3
32/125 (50/50) - 410 A 0 0,45
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2. Características dos Fluidos Refrigerantes 
Família Composição Química Nome Nº ODP GWP
M
istu
ras 
azeo
tró
p
icas
12/152a(73,8/26,2) - 401 A
22/115 (48,8/51,2) - 402 A 0,22 3,7
125/143a(50/50) - 403 A
H
id
ro
carb
o
n
eto
s
C2H6 Etano 170
C3H8 Propano 290
C4H10 Butano 600
C4H10 Butano normal 600a 
C
o
m
p
o
sto
s 
In
o
rgân
ico
s
NH3 Amônia 717 0 0
H2O Água 718 0 0
CO2 Dióxido de 
carbono
744
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2. Características dos Fluidos Refrigerantes 
• Numeração de acordo com ASHRAE 34-1992:
• Máximo de 4 algarismos;
• O 1º algarismo da direita indica o número de átomos de
flúor na molécula;
• O 2º algarismo indica o número de hidrogênio mais 1;
• O 3º algarismo indica o número de átomos de carbono
menos 1;
• O 4º algarismo a partir da direita é utilizado para designar
compostos derivados de hidrocarbonetos não saturados.
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2. Características dos Fluidos Refrigerantes 
• Numeração de acordo com ASHRAE 34-1992:
• O primeiro algarismo nulo a partir da esquerda, por
convenção, não é escrito (Ex: R12);
• Os isômeros são designados pelos sufixos “a”, “b”, “c”, etc.
em ordem crescente de assimetria espacial (Ex: R134a);
• Isômeros: são compostos com a mesma fórmula
molecular, mas com arranjos atômicos diferentes;
portanto com propriedades diferentes.
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2. Características dos Fluidos Refrigerantes 
• Misturas azeotrópicas e não azeotrópicas:
• Azeótropo: mistura de duas ou mais substâncias que, a
uma certa composição, possui um ponto de ebulição
constante e fixo, como se fosse uma substância pura, não
podendo, por isso, seus componentes serem separados por
processo de destilação simples.
• Não Azeótropo: não tem uma temperatura fixa de
vaporização e de condensação para cada pressão. Sua
temperatura de início de condensação é diferente da
temperatura de início de vaporização, sendo que esta varia
com a concentração.
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2. Características dos Fluidos Refrigerantes 
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3. Propriedades físicas 
• As pressões exercidas podem ser o fator determinante na
seleção do refrigerante;
• Refrigerantes de baixa pressão podem ser inadequados
em aplicações de baixa temperatura de evaporação:
possibilidade de ocorrência de pressões inferiores a
atmosférica;
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3. Propriedades físicas 
• As pressões exercidas por um refrigerante estão
associadas a sua pressão crítica;
• Quanto maior a sua pressão crítica, menos volátil é o
fluido;
• Pressões críticas mais elevadas apresentam pontos de
fusão e ebulição normal superiores;
• As temperaturas T0 e TC constituem parâmetros que
determinam o tipo de refrigerante adequado à instalação;
• Baixas T0 : baixas temperaturas críticas;
• Altas T0 : elevadas temperaturas críticas.
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3. Propriedades físicas 
Refrigerante MM Tcrit Pcrit Ponto Ebulição hlv [kJ/kmol] Ponto de fusão
R-11 137,38 198,0 4.406 23,8 24.768 -111
R-12 120,9 112,0 4.113 -29,8 19.982 -158
R-13 104,5 28,80 3.865 -81,4 15.515 -181
R-22 86,48 96,00 4.974 -40,8 20.207 -160
R-23 70,02 25,60 4.833 -82,1 17.039 -155
R-32 52,02 78,40 5.830 -51,7 19.834 -136
R-113 187,39 214,1 3.437 47,6 27.513 -35
R-123 152,9 183,8 3.674 27,9 26.005 -107
R-125 120,0 66,30 3.631 -48,6 19.276 -103
R-134a 102,3 101,1 4.067 -26,2 22.160 -96,6
R-152a 66,05 113,5 4.492 -25,0 21.039 -117
R-401A 94,44 108,0 4.604 -33,1 21.457 -
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R12 R134a R22 R404A R502 R717
Pressão de evaporação [kPa] 182,5 164,1 295,6 364,3 348,6 236,3
Pressão de Condensação [kPa] 744,6 770,9 1191 1418 1319 1171
Relação entre pressões 4,08 4,70 4,03 3,89 3,78 4,96
Efeito frigorífico [kJ/kg] 116,4 147,4 162,9 113,4 104,4 1102
Vazão de refrigerante [kg/s/kW] 0,0086 0,0068 0,0061 0,0088 0,0096 0,00091
Volume específico do líquido 
[m³/kg]
0,774.10-3 0,842.10-3 0,852.10-3 1,02.10-3 0,839.10-3 1,68.10-3
Vazão volumétrica de líquido 
[m³/s/kW]
0,007.10-3 0,006.10-3 0,005.10-3 0,009.10-3 0,008.10-3 0,002.10-3
Diâmetro da linha de líquidos 
para 1kW de refrigeração e 
perda de carga de 0,02 K/m 
[mm]
5,19 4,75 4,22 4,73 4,87 2,34
Volume específico do vapor na 
aspiração do compressor [m³/kg]
91,03.10-3 119,9.10-3 77,62.10-3 54.10-3 50.10-3 508,5.10-3
Vazão volumétrica de vapor na
aspiração do condensador 
[m³/s/kW]
0,782.10-3 0,813.10-3 0,477.10-3 0,476.10-3 0,479.10-3 0,461.10-3
COP 4,70 4,61 4,66 4,17 4,35 4,75
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5. Aspectos relacionados à segurança 
• A segurança na utilização e no manuseio de refrigerantes
está relacionada a 4 aspectos básicos:
• Toxicidade;
• Potencial cancerígeno;
• Potencial mutagênico;
• Inflamabilidade.
• ASHRAE 34-92 classifica os refrigerantes de acordo com
seu nível de toxicidade e inflamabilidade. Cada refrigerante
recebe uma designação composta por dois caracteres alfa
numéricos.
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5. Aspectos relacionados à segurança 
• Dependendo do grau de toxicidade para concentrações abaixo
de 400ppm, os compostos são classificados em dois grupos:
• Classe A – Compostos cuja toxicidade não foi
identificada;
• Classe B – Foram identificadas evidências de
toxicidade;
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5. Aspectos relacionados à segurança 
• Quanto ao nível de flamabilidade os refrigerantessão
classificados em três grupos:
• Classe 1 – Não se observa propagação de chama em ar
a 18ºC e 101,325kPa;
• Classe 2 – Limite inferior de inflamabilidade(LII) superior
a 0,10kg/m³ a 21ºC e 101,325kPa, Poder Calorífico
inferior a 19.000 kJ/kg;
• Classe 3 – Inflamabilidade elevada, caracterizando-se
por LII inferior ou igual a 0,10kg/m³ a 21ºC e
101,325kPa, Poder Calorífico superior a 19.000 kJ/kg.
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5. Aspectos relacionados à segurança 
Refrigerante Classe Refrigerante Classe Refrigerante Classe
R11 A1 R134a A1 R502 A1
R12 A1 R152a A2 R507a A1
R13 A1 R401A - R170 A3
R22 A1 R402A - R290 A3
R23 A1 R403A - R600 A3
R32 A2 R404A - R600a A3
R113 A1 R407A - R717 B2
R123 B1 R410A - R718 A1
R125 A1 R500 A1 R744 A1
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• O refrigerante entra em contato com diversos materiais
(metais, plásticos, elastômeros, vernizes e o próprio óleo de
lubrificação) é importante que ele seja estável e inerte: não
causar problemas de corrosão, expansão, entre outros.
• Refrigerantes halogenados podem ser usados com a maioria
dos metais mais comuns, como aço, ferro fundido, latão,
cobre, etc. Não é recomendável para magnésio, zinco e ligas
de alumínio com mais de 2% de magnésio;
• Amônia não utilizar com Cobre, Latão ou outras ligas de Cobre.
6. Compatibilidade com materiais
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• Elastômeros à base de neoprene tem seu volume
significativamente aumentado na presença dos HFCs;
• Recomendável um teste de compatibilidade entre o plástico
e o refrigerante antes do uso.
• No Retrofit trocar as vedações.
6. Compatibilidade com materiais
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• A umidade poderá combinar em vários graus com a maioria
dos refrigerantes comumente usados, causando a formação de
compostos altamente corrosivos (usualmente ácidos) que
reagirão com óleo lubrificante e com outros materiais nos
sistema, incluindo metais.
• Consequências: danos para válvulas, vedações, mancais,
paredes do cilindro, etc.; Causar deterioração do óleo
lubrificante; Entupir válvulas e passagens de óleo, arranhar
superfícies de bronze; Corrosão causa falha da válvula do
compressor e avaria no isolamento do enrolamento do motor;
7. Efeito da Umidade
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• Não é possível um sistema de refrigeração totalmente livre;
• O nível mínimo depende: natureza do refrigerante, qualidade
do óleo lubrificante, e temperaturas de operação do sistema
(principal: descarga do compressor);
• Pode existir como água livre ou em solução com o refrigerante;
• Água livre: pode congelar no orifício da válvula de
expansão (refrigeração intermitente);
• Congelamentos: quase sempre indica que o teor de umidade
está acima do nível mínimo que produzirá corrosão;
7. Efeito da Umidade
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• Óleo requerido para lubrificação do compressor está contido na
caixa da manivela: sujeito ao contato com o refrigerante;
• Refrigerante deve ser química e fisicamente estável na
presença do óleo;
• Dióxido de enxofre e halocarbonos reagem em larga escala;
8. Relação Refrigerante-Óleo
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• Três grupos:
• Miscíveis com óleo em todas as proporções sob condições
encontradas no sistema;
• Miscíveis sob condições normalmente encontradas na
seção da condensação, mas separados do óleo sob as
condições normalmente encontradas na seção do
evaporador;
• Não são de qualquer modo miscíveis com óleo;
9. Miscibilidade do Óleo
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• Ao projetar um sistema de refrigeração:
• Vários refrigerantes para escolher, como os
clorofluorcarbonos (CFCs), amônia, hidrocarbonetos
(propano, etano, etileno, etc), dióxido de carbono, o ar (o ar
condicionado de aeronaves), e até mesmo a água (em
aplicações acima do ponto de congelamento).
10. Selecionando o refrigerante certo
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• Vantagens da amônia:
• Baixo custo;
• COP elevado (menor custo de energia);
• Boas propriedades de transporte e coeficientes de calor,
assim;
• Fácil detectabilidade no caso de uma fuga;
• Nenhum efeito sobre a camada de ozono. ;
• A principal desvantagem: toxicidade (torna impróprio para
uso doméstico.
10. Selecionando o refrigerante certo
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• Aplicações da amônia:
• Predominantemente em instalações de refrigeração de
alimentos (resfriamento de frutas frescas, legumes, carne,
peixe);
• Refrigeração de bebidas e de produtos lácteos (cerveja,
vinho, leite, queijo);
• Congelamento de sorvetes e outros alimentos;
• Produção de gelo;
• Refrigeração de baixa temperatura na indústria
farmacêutica e outras indústrias de processo.
10. Selecionando o refrigerante certo
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• Dois parâmetros importantes devem ser considerados na
seleção de um refrigerante:
• Temperaturas dos dois meios (o espaço refrigerado e
ambiente), com o qual o refrigerante troca calor.
• A diferença deve ser mantida entre 5° e 10°C. Exemplo: se
o espaço refrigerado for mantido a -10°C a temperatura do
refrigerante deverá permanecer cerca de -20°C.
• A pressão do evaporador deverá ser maior que a
atmosférica.
10. Selecionando o refrigerante certo
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• A temperatura (e pressão) do refrigerante no condensador
depende da média na qual calor é rejeitado.
• Temperaturas menores no condensador (alto COP) podem
ser mantidos se o refrigerante for resfriado por líquido
(água).
• A temperatura do refrigerante no condensador não deve ser
menor que a temperatura de resfriamento médio e a
pressão de saturação nesta temperatura deve ser menor
que a pressão crítica.
10. Selecionando o refrigerante certo
Prof.: Daut Couras
Universidade Federal Rural do Semi-Árido
Máq. Térm. I – Refrig. e Ar-condicionado
• https://www.chemours.com/Refrigerants/en_US/products/Freon
/index.html
11. Fabricante – Chemour - Dupont