Fluido Refrigerante

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Engº Gladstone Fontgalland, Me.
FLUIDOS REFRIGERANTES
CONDICIONAMENTO DO AR
SISTEMA DE COMPRESSÃO DE VAPOR
Introdução
As instalações de ar condicionado no Brasil são regidas pela Norma Brasileira NBR-6401
(Instalações centrais de ar condicionado para conforto), que estabelece as bases
fundamentais para elaboração dos projetos, das especificações, termo de garantia e
aceitação das instalações.
Condicionar o ar de um ambiente fechado significa submeter o ar do recinto a certas
condições compatíveis com o objetivo das atividades operacionais existentes no local,
permitindo melhor conforto térmico, desempenho dos processos, durabilidade das
máquinas e equipamentos e da estrutura física do prédio, independentemente das
características do ar no ambiente exterior, controlando a temperatura, a umidade
relativa, a velocidade e a pureza do ar.
Pressão
Em termodinâmica só se considera a pressão absoluta, que é a pressão medida pelo
manômetro acrescida da pressão atmosférica ou dela diminuída.
Manifold (múltiplo)
Unidades de calor
A unidade calor no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o joule (J). No entanto,
utiliza-se também, como medida da quantidade de calor a caloria (cal), unidade
estabelecida antes de se entender o calor como forma de energia. Sabe atualmente que:
A caloria é definida como sendo a quantidade de calor necessária para elevar a
temperatura de 1 grama de água de 14,5ºC para 15,5ºC. No sistema britânico, a unidade
correspondente de calor é a Unidade Térmica Britânica (BTU), do inglês British
Thermal Unit, que é bastante usada para indicar a potência de refrigeração de aparelhos
condicionadores de ar. O BTU é definido como sendo a quantidade de calor necessária
para elevar a temperatura de 1 libra-massa de água de 63,5ºF para 64,5ºF.
Unidades de calor
Uma unidade de energia térmica muito comum em sistemas de refrigeração é a Tonelada
de Refrigeração (TR), definido pela ASHRAE (American Society of Heating,
Refrigerating and Air-condicioning Engineers) como sendo a quantidade de calor que
precisa ser retirada de uma tonelada de água (2.000 libras) para produzir gelo a 0ºC em 24
horas.
Como 1 tonelada é igual a 2.000 libras e o calor latente de fusão do gelo é 144 BTU/ℓb,
teremos:
Fluidos Refrigerantes
No fim do século XVIII, a inventividade do homem já produzia refrigeração no tempo e no
lugar desejados. Foram criadas máquinas que baixavam a pressão do vapor d’água e
apresentavam sua evaporação. Logo em seguida, no século XIX, foram inventadas máquinas
compressoras e grande quantidade de diferentes fluidos foi testada como refrigerantes. Entre
os refrigerantes de uso comum estava a amônia, o dióxido de carbono, o dióxido de enxofre,
o cloreto de metila e, até certo ponto, os hidrocarbonetos. Porém, todos os refrigerantes então
em uso tinham uma ou mais propriedades perigosas: alguns eram tóxicos, outros inflamáveis
e outros, ainda, só trabalhavam sob pressões muito altas.
Em 1928, C. F. Kettering, vice-presidente da General Motors, observou que, se a indústria de
refrigeração pretendia mesmo crescer, precisava descobrir um novo gás refrigerante. E pediu
a Thomas Midgely que descobrisse um. Três dias depois de aceitar a incumbência, Midgely e
seus associados sintetizaramo DICLORODIFLUOROMETANO e emonstraram que essa
substância não era inflamável e tinha uma toxicidade baixíssima. Com este avanço, surgiu na
indústria da refrigeração o FLUORCARBONETO, possibilitando uma rápida expansão da
refrigeração.
Fluidos Refrigerantes
Em 1929, a Companhia Du Pont foi convidada a colaborar no aperfeiçoamento de um
processo comercial prático para a fabricação do novo gás refrigerante. Resultando a
formação de uma nova companhia, a Kinetic Chemicals, Inc., uma sociedade
constituída pela Du Pont e pela General Motors.
Alguns anos mais tarde, a parte da General Motors foi comprada pela Du Pont e a
responsabilidade pela fabricação de produtos de fluorcarbonetos passou a Divisão de
Produtos FREON® da Du Pont.
Aplicações
- Climatização de ambientes residenciais, comerciais e industriais.
- Climatização do interior de unidades móveis, com carros, caminhões, aviões, navios,
submarinos.
- Fabricação e conservação de sorvetes e gelo.
- Fabricação de refrigerantes e cervejas.
- Conservação de vacinas.
- Conservação de produtos perecíveis.
- Conservação de gêneros alimentícios.
- Conservação de máquinas e equipamentos.
- Manutenção e qualidade do processo fabril, como tingimento, fiação.
- Manutenção de equipamentos elétrico-eletrônicos, como sala de computação.
Propriedades
Não há um fluido refrigerante que reúna todas as propriedades desejáveis, de modo que,
um refrigerante considerado bom para ser aplicado em determinado tipo de instalação
frigorífica nem sempre é recomendado para ser utilizado em outra. O bom refrigerante é
aquele que reúne o maior número possível de boas qualidades, relativamente a um
determinado fim.
1 – Não deve atacar a camada de ozônio;
2 – Não ser inflamável (inflamabilidade);
3 – Não ser explosivo (explosividade);
4 – Não se tóxico (toxidade);
5 – Não ser ácido (acidez);
6 – Elevado calor latente de vaporização;
7 – Miscibilidade com óleo;
8 – De fácil detectação em caso de vazamento;
9 – Qumicamente estável;
10 – Pequeno volume específico (menor trabalho do compressor).
Cálculo da Carga Térmica por Irradiação 
Solar
𝑄 = 𝐴 ∙ 𝑈 ∙ 𝐷
𝑄 = Carga Térmica por Condução
U=Coeficiente Global de Transmissão de Calor
D=Diferença de Temperatura + Acréscimo ao Diferencial
de temperatura devido a cor da superfície (Tabela 3.6 – Índice utilizado 5,5 °C)
Nesse caso como foi utilizada janela de vidro simples, com início 
das atividades às 8h, o coeficiente de transmissão do calor solar 
através do vidro é de U = 488 kcal/h.m², conforme a tabela 3.5. 
Além do aumento de 15% no coeficiente de transmissão de calor 
solar, devido à esquadrias de alumínio.
Novos fluidos refrigerantes
Gráfico Pressão x Entalpia – Diagrama de Mollier
Gráfico Pressão x Entalpia – HCFC 123
Gráfico Pressão x Entalpia – R404a
Gráfico Pressão x Entalpia – R22
Diagrama pressão-entalpia para o R12
Diagrama pressão-entalpia para o R 12
Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor
Superaquecimento e Subresfriamento
Para que o sistema de refrigeração funcione de forme eficiente,
proporcionando a temperatura adequada aos produtos com baixo consumo de
energia elétrica e longevidade dos equipamentos, é importante que a área de
manutenção faça o controle do Superaquecimento e Sub-resfriamento do
sistema de refrigeração.
Superaquecimento é a variação de temperatura após a evaporação de todo o
fluído refrigerante no evaporador. Sub-resfriamento é a variação de
temperatura após a condensação de todo o fluído refrigerante no condensador.
Superaquecimento e Subresfriamento
CONSEQUÊNCIAS DE SUPERAQUECIMENTO FORA DO LIMITE RECOMENDADO
Quebra mecânica prematura do compressor;
Carbonização do óleo, causando desgaste prematuro em todas as partes móveis do
compressor;
Falta de resfriamento do motor elétrico do compressor, podendo causar a queima do
enrolamento do estator;
Diminuição da capacidade frigorífica do evaporador e aumento da potência consumida do
compressor
CONSEQUÊNCIAS DE SUB-RESFRIAMENTO FORA DO LIMITE RECOMENDADO
Presença indesejável de “flash gás” (evaporação instantânea do líquido) na linha de líquido
fazendo com que a válvula de expansão termostática entre em “hunting”, ou seja, a ação
modulante da válvula ficará comprometida com a presença do vapor refrigerante.
Superaquecimento e Subresfriamento
Temperatura de Saturação 
Ao se elevar a temperatura de um líquido a umponto tal que qualquer calor adicional, que 
nele se aplique, faça com que parte do mesmo se transforme em vapor, diz-se que o 
líquido está saturado.
A temperatura do líquido nessa condiçáo é denominada temperatura de saturação.
Vapor Saturado
Vapor saturado é o vapor produzido por um líquido em vaponzação, desde que se encontre 
nas mesmas .condições de pressão e temperatura do líquido saturado do qual provém.
Pode-se definir vapor saturado também como vapor à temperatura tal que qualquer 
resfriamento faça com que o mesmo se condense e torne a estrutura molecular do estado 
líquido.
Superaquecimento e Subresfriamento
Vapor Superaquecido
Vapor superaquecido é um vapor que se encontre a qualquer temperatura acima da 
saturação.
Se, após a vaponzaçáo. se aquece o vapor, de maneira que a sua temperatura seja acima 
da temperatura da líquido em vaporizaçáo, diz-se que o vapor está superaquecído.
Superaquecimento
É a variação de temperatura após a evaporação de todo o fluído refrigerante (luíquido) 
no evaporador.
Subresfriamento
É a variação de temperatura após a condensação de todo o fluído refrigerante (vapor) 
no condensador.
Procedimento para determinar o 
Superaquecimento 
1° passo - Instalar o manômetro de baixa na sucção próximo ao 
compressor (superaquecimento total).
2° passo - Instalar o sensor do termômetro na sucção próximo ao 
compressor (isolar bem o sensor).
3° passo - Efetuar a medição da pressão de baixa e anotar.
4° passo - Efetuar a medição do termômetro e anotar ( T.Suc ).
5° passo - Comparar a pressão anotada ( item 3) com a tabela 
termodinâmica do fluído refrigerante do equipamento, e converter esta 
pressão em temperatura (T.Ev).
6° passo - Subtrair a temperatura de sucção (T.Suc) pela temperatura de 
evaporação (T.Ev), o resultado será o superaquecimento (Sup = T.Suc - T. 
Ev ).
Procedimento para determinar o 
Subresfriamento
1° passo - Instalar o manômetro de alta na descarga do compressor.
2° passo - Instalar o sensor do termômetro na linha de líquido após o 
condensador (isolar bem o sensor).
3° passo - Efetuar a medição da pressão de alta e anotar.
4° passo - Efetuar a medição do termômetro e anotar (T. LLiq).
5° passo - Comparar a pressão anotada (item 3 ) com a tabela 
termodinâmica do fluído refrigerante do equipamento e converter esta 
pressão em temperatura (T. Cond).
6° passo - Subtrair a temperatura de condensação (T. Cond) pela 
temperatura da linha de líquido (T. LLiq), o resultado será o 
Subresfriamento (Sub = T. Cond - T. LLiq).
Fluidos Refrigerantes Alternativos
Na década de 1990, devido às características ecológicas, como ODP (potencial de
destruição do ozônio) e GWP (potencial de aquecimento global), a discussão sobre
o uso do CO2 como refrigerante ressurgiu, junto com os hidrocarbonetos e amônia.
Dióxido de Carbono, CO2 ou R-744 (R – Refrigerante; 7 refere a Fluidos
Inorgânicos; 44 – é a Massa Molecular)
Amônia – NH3 - R-717
Água – H2O – R-718
Fluidos Refrigerantes Alternativos
Fluidos Refrigerantes Alternativos
Refrigerantes R134a ou Tetrafluoroetano
- Muito semelhantes a do R 12;
- Temperatura de evaporação de -15° a 12° C;
- Capacidade volumétrica igual ou superior à do R 12;
- Estrutura molecular diferente da do R 12: pode escapar mais facilmente através de 
micro vazamentos;
- Não é inflamável nem tóxico;
- Trabalha com óleos sintéticos: apenas esses se misturam com o R 134 a; No entanto
a combinação de ambos absorve mais água que o R 12 e óleo mineral – para evitar
esse problema normalmente isa-se um filtro secador especial adaptado a estrutura
molecular do R 134 a;
- O filtro secador deve ter carcaça em cobre, maior gramagem de molecular Sieves
XH-9 (elemento secante) em torno de 20%
- Na detecção de vazamentos pode-se usar aparelhos eletrônicos ou então uma
lâmpada ultra-violeta. No elo das instalações com R 134 a existe um aditivo que
emite uma luz fluorescente quando iluminado por uma lâmpada ultra-violeta.
Detectar fugas através de chama não funciona para o R 134 a.
Refrigerante R600a ou Isobutano
É um hidrocarboneto utilizado como refrigerante em frigoríficos
domésticos ou em pequenos aparelhos de refrigeração comercial e em
máquinas dispensadoras. Graças ao baixo impacto ambiental e às suas
excelentes propriedades termodinâmicas, o uso do R600a está a
aumentar progressivamente.
Características:
- Não danifica a camada de ozono, PDO = 0
- Potencial de aquecimento global (GWP) = 3
- Nº ONU: 1969
- Não tóxico mas extremamente inflamável.
Refrigerante R290 ou Propano
É um hidrocarboneto utilizado como refrigerante em frigoríficos
domésticos ou em pequenos aparelhos de refrigeração comercial e em
máquinas dispensadoras. Graças ao baixo impacto ambiental e às suas
excelentes propriedades termodinâmicas, o uso do R290 tem vindo a
aumentar.
Características:
- Não danifica a camada de ozono, PDO = 0
- Potencial de aquecimento global (GWP) = 3
- Nº ONU: 1978
- Não tóxico mas extremamente inflamável.