5 - FLUIDOS REFRIGERANTES

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CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
REFRIGERAÇÃO E AR CONDICIONADO 
 
 
UNIDADE VIII – FLUIDOS REFRIGERANTES 
 
 
 
 
 
 
2009 
 
FLUIDOS REFRIGERANTES 
1. CONCEITO 
 
 “SÃO SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS RESPONSÁVEIS PELO 
TRANSPORTE DE ENERGIA EM UM CICLO DE REFRIGERAÇÃO”. 
 
CALOR É “ABSORVIDO” PELO REFRIGERANTE EM UM 
LOCAL (EVAPORADOR/ESPAÇO CONDICIONADO), SENDO 
REJEITADO EM OUTRO LOCAL (CONDENSADOR/MEIO 
AMBIENTE) 
 
 EM GERAL, ESSA TRANSFERÊNCIA DE CALOR ENVOLVE A 
MUDANÇA DE FASE DO REFRIGERANTE (TROCA DE CALOR LATENTE). 
 INICIALMENTE, FORAM USADOS COMO FLUIDOS 
REFRIGERANTES (1850): 
NH3 – CO2 – SO2 - CH3.CL 
 MAIS TARDE (1916) FORAM UTILIZADOS: 
N2O – C2H6 – C3H8 
 
O DESENVOLVIMENTO DA INDÚSTRIA FRIGORÍFICA 
DETERMINOU A PESQUISA DE NOVOS PRODUTOS, QUE LEVARAM À 
DESCOBERTA DOS HIDROCARBONETOS FLUORADOS (1928), 
SINTETIZADOS A PARTIR DOS HIDROCARBONETOS DA SÉRIE METANO 
E ETANO. 
 OS FLUIDOS USADOS COMO REFRIGERANTES PODEM SER 
DIVIDIDOS EM DOIS GRANDES GRUPOS: 
 REFRIGERANTES PRIMÁRIOS – USADOS EM SISTEMAS 
CONVENCIONAIS DE COMPRESSÃO DE VAPOR. EX.: R-134ª, R-22, NH3, ... 
 REFRIGERANTES SECUNDÁRIOS – SOLUÇÕES ANTI-
CONGELANTES, SALMOURAS, ETC., USADOS NO TRANSPORTE DE 
ENERGIA TÉRMICA A BAIXA/ALTA TEMPERATURA. EX.: ÁGUA, 
SOLUÇÕES DE GLICÓIS, SALMOURAS, ... 
 
2 - CLASSIFICAÇÃO: 
 
 A NORMA ASHRAE Std 34 (Designation and Safety Classification of 
Refrigerants) APRESENTE UMA LISTA DE MAIS DE 200 REFRIGERANTES, 
E CLASSIFICA-OS EM VÁRIOS GRUPOS : 
 
 I - HIDROCARBONETOS HALOGENADOS 
 II – MISTURAS AZEOTRÓPICAS E NÃO AZEOTRÓPICAS 
 III – HIDROCARBONETOS 
 IV – COMPOSTOS INORGÂNICOS 
 V – SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS NÃO SATURADAS 
 
I – HIDROCARBONETOS HALOGENADOS 
 SÃO HIDROCARBONETOS QUE CONTÉM UM OU MAIS DOS 
SEGUINTES HALÓGENOS: 
 
CLORO – FLUOR – BROMO 
 SÃO NORMALMENTE CONHECIDOS PELOS NOMES COMERCIAIS: 
 
 FREON (DUPONT) 
 FRIGEN (HOESCHT) 
 GENETRON (GENERAL CHEMICAL) 
 ARCTON (IMPERIAL CHEMICAL OF ENGLAND) 
 CARRENE (GRUPO FRANCÊS) 
 FORANE (ELF ATOCHEM) 
 ISCEON * (RHODIA) 
 
(*) A LINHA ISCEON FOI RECENTEMENTE (2005), ADQUIRIDA 
PELA DUPONT. 
 
 
 SÃO DESIGNADOS PELA LETRA “R” E 3 ALGARISMOS: 
 
R – XXX 
 
1° ALGARISMO: [C-1], ONDE C = N° DE ÁTOMOS DE CARBONO 
 
2° ALGARISMO: [H+1], ONDE H = N° DE ÁTOMOS DE HIDROGÊNIO 
 
3° ALGARISMO: [F], ONDE F=NÚMERO DE ÁTOMOS DE FLUOR. 
 
 
PRINCIPAIS HIDROCARBONETOS HALOGENADOS 
 
CÓDIGO NOME QUÍMICO FÓRMULA 
R-11 TRICLORO MONOFLUOR METANO C.CL3.F 
R-12 DICLORO DIFLUOR METANO C.Cl2.F2 
R-13 MONOCLORO TRIFLUOR METANO C.Cl.F3 
R-22 MONOCLORO DIFLUOR METANO CH.Cl.F2 
R-30 CLORURO DE METILENO CH2.Cl2 
R-40 CLORURO DE METILO CH3.Cl 
R-113 TRICLORO TRIFLUOR ETANO C2.Cl3.F3 
R-114 DICLORO TETRAFLUOR ETANO C2.Cl2.F4 
R-114a DICLORO TETRAFLUOR ETANO C2.Cl2.F4 
R-115 MONOCLOROPENTAFLUORETANO C2..Cl.F5 
R-152a DICLUORETANO C2.H4.F2 
 
 
 
Estrutura simétrica Estrutura assimétrica 
 
 R-114 R-114a 
 
 
 Cl Cl Cl F 
 | | | | 
 F --- C --- C --- F Cl --- C --- C --- F 
 | | | | 
 F F F F 
 
 
 
 
 
II – MISTURAS AZEOTRÓPICAS E ZEOTRÓPICAS 
 
 
MISTURA AZEOTRÓPICA: É A MISTURA DE DUAS OU 
MAIS SUBSTÂNCIAS QUE NÃO PODEM SER SEPARADAS EM 
SEUS COMPONENTES ORIGINAIS, POR DESTILAÇÃO. 
APRESENTAM UM PONTO DE AZEOTROPIA, OU SEJA, UMA 
CONDIÇÃO NA QUAL TEM-SE A MESMA TEMPERATURA DE 
VAPORIZAÇÃO E CONDENSAÇÃO. 
 
 
 
AS MISTURAS AZEOTRÓPICAS EVAPORAM E 
CONDENSAM COMO UMA SUBSTÂNCIA SIMPLES, COM 
PROPRIEDADES DIFERENTES DAS PROPRIEDADES DOS 
CONSTITUINTES. 
 
PRIMEIRAS MISTURAS A SEREM UTILIZADAS: 
 
R-500 R-12 (73,8%) + R-152a (26,2%) 
 
R-501 R-22 (75%) + R-12 (25%) 
 
R-502 R-115 (51,2%) + R-22 (48,8%) 
 
R-503 R-23 (40,1%) + R-13 (59,9%) 
 
R-507ªA R-125 (50%) + R143A (50%) 
 
R-508ªA R-23 (39%) + R-116 (61%) 
 
R-508B R-23 (46%) + R-116 (54%) 
 
R-509ªA R-22 (44%) + R-218 (56%) 
 
CÓDIGO: 500 + Nº DE ORDEM DE COMERCIALIZAÇÃO 
 
MISTURA NÃO AZEOTRÓPICA (OU ZEOTRÓPICA): 
DURANTE A MUDANÇA DE FASE, AS CONCENTRAÇÕES DE 
LÍQUIDO E VAPOR SÃO DIFERENTES DA CONCENTRAÇÃO 
ORIGINAL DA MISTURA. 
 
 
 
 
AS TEMPERATURAS DE CONDENSAÇÃO E 
EVAPORAÇÃO NÃO PERMANECEM CONSTANTES DURANTE 
OS PROCESSOS DE TROCA TÉRMICA NO CONDENSADOR E 
EVAPORADOR, RESPECTIVAMENTE. 
SÃO CARACTERIZADOS PELO NÚMERO DE SÉRIE 400. 
 
 
 
 
 
 Variação da temperatura nas pressões de operação 
 
 
 
 
EXEMPLOS DE MISTURAS ZEOTRÓPICAS 
 
R-401A R-22 (53%) + R-152A (13%) + R-124 (34%) 
R-401B R-22 (61%) + R-152ª (11%) + R-124 (28%) 
R-401C R-22 (33%) + R-152ª (15%) + R-124 (52%) 
R-402A R-125 (60%) + R-290 (2%) + R-22 (38%) 
R-402B R-125 (38%) + R-290 (2%) + R-22 (60%) 
R-407A R-32 (20%) + R-125 (40%) + R-134ª (40%) 
R-407B R-32 (10%) + R-125 (70%) + R-134ª (20%) 
R-410A R-32 (50%) + R-125 (50%) 
R-410B R-32 (45%) + R-125 (55%) 
R-412A R-22 (70%) + R-218 (5%) + R-142B (25%) 
 
III – HIDROCARBONETOS 
 
CÓDIGO NOME QUÍMICO FÓRMULA 
R-50 METANO CH4 
R-170 ETANO CH3.CH3 
R-290 PROPANO CH3.CH2.CH3 
R-600 BUTANO C4.H10 
R-600a ISOBUTANO C4.H10 
R-1270 PROPILENO C3.H6 
 
USOS: RESTRITOS ÀS INDÚSTRIAS DE PETRÓLEO E PETROQUÍMICA 
(ADQUIRIRAM NOVA IMPORTÂNCIA APÓS OS PROTOCOLOS DE 
MONTREAL E KYOTO) 
 
IV – COMPOSTOS INORGÂNICOS 
 
CÓDIGO NOME QUÍMICO FÓRMULA 
R-717 AMÔNIA NH3 
R-718 ÁGUA H2O 
R-729 AR ---- 
R-744 DIÓXIDO DE CABONO CO2 
R-674 DIÓXIDO DE ENXOFRE SO2 
CÓDIGO: 700 + PESO MOLECULAR 
 
V – SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS NÃO SATURADAS 
 
CÓDIGO NOME QUÍMICO FÓRMULA 
R-1150 ETILENO C2.H4 
R-1270 PROPILENO C3.H6 
(RARAMENTE UTILIZADOS) 
3 – PROPRIEDADES DOS FLUIDOS REFRIGERANTES 
 
 Os principais fatores considerados na seleção de um fluido 
refrigerante se relacionam às suas propriedades Termodinâmicas, Químicas e 
Físicas. 
 
Propriedades Termodinâmicas: 
 
• Pressões nas temperaturas de evaporação e condensação 
- Pressões de condensação não muito altas: equipamentos mais leves; 
- Pressão de evaporação deve ser maior que a pressão atmosférica, 
para evitar que o ar entre no sistema. 
(CO2 tem pressões excessivamente altas, enquanto que o R-11, R-113 
e água, apresentam pressões de evaporação abaixo da atmosférica). 
 
• Ponto de congelamento 
- O ponto de congelamento deve ser inferior à temperatura de 
evaporação. A principal restrição de uso se refere à água. Os demais 
fluidos apresentam ponto de congelamento bem inferior às 
temperaturas de evaporação usuais nas instalações frigoríficas 
comerciais e industriais. 
 
Exemplos: 
NH3: tc = -77°C 
CO2: tc = -56,8°C 
R-11: tc = -111°C 
R-12: tc = -158°C 
R-22: tc = -160°C 
H2O: tc = 0°C 
 
• Volume deslocado por TR 
Fluidos que apresentam pequeno volume deslocado para cada TR de 
capacidade, são adequados para trabalhar com compressor alternativo 
e rotativo (A). Aqueles com grande volume deslocado, necessitam de 
compressor centrifugo (C). 
 
Exemplos: (condições de operação: –15°C/+30ºC) 
 NH3 : VD = 0,098 m3/min A 
 CO2 : VD = 0,027 m3/min A 
 R-11 : VD = 1,031 m3/min C 
R-12 : VD = 0,164 m3/min A 
R-22: VD = 0,102 m3/min A 
R-113:VD = 2,851 m3/min C 
 
• Coeficiente de Performance (COP) 
 
Os valores do COP não apresentam variação significativa entre a 
maioria dos fluidos refrigerantes em utilização. 
 
 
Propriedades Químicas: 
 
• Inflamabilidade 
- Hidrocarbonetos halogenados são NÃO inflamáveis; 
- NH3: é inflamável (explosivo) quando misturado com ar na faixa de 
16% a 25%, em volume.- Hidrocarbonetos (propano, etano, butano): são altamente 
inflamáveis e explosivos. 
 
• Toxidade 
- Hidrocarbonetos halogenados: são NÃO tóxicos na presença do ar. 
Decomposto na chama, liberam fosgeno (gás venenoso); 
- NH3 : é classificada como substância altamente tóxica. 
 
 
CLASSIFICAÇÃO Baixa Toxidade Alta Toxidade 
Alta inflamabilidade A3 B3 
Baixa inflamabilidade A2 B2 
Não propagam chama A1 B1 
 
• Reação com materiais de construção 
- Hidrocarbonetos halogenados: não reagem com o cobre, ferro, aço e 
alumínio. Atacam o zinco e borracha. 
- NH3: ataca o cobre e latão na presença da água. Não ataca o ferro e 
o aço. 
 
• Danos a produtos refrigerados 
- Hidrocarbonetos halogenados: não tem qualquer efeito prejudicial 
sobre os alimentos; 
- NH3: a amônia, pela sua afinidade com a água, se dissolve nesta em 
qualquer proporção. Como a maioria dos alimentos contém água, 
um vazamento de amônia inutiliza a carga de produto na câmara. 
 
Propriedades Físicas: 
 
• Tendência a fugas e detecção de vazamentos 
- NH3: é facilmente detectável pelo cheiro. Queimando bastão de 
enxofre em presença da amônia, se formam fumos brancos de 
sulfato de amônia. 
- Hidrocarbonetos halogenados: São inodoros. O primeiro sintoma de 
vazamento é a queda de capacidade do sistema. 
Instrumentos de detecção: 
a) Lâmpada de Halide (chama de álcool tem a cor azulada. Na 
presença de halogenados, a cor passa a ser verde azulada). 
b) Detector eletrônico 
c) Detector Ultra-Violeta 
 
• Viscosidade e condutividade térmica 
- A viscosidade tem efeito na perda de carga nas tubulações; 
- A condutividade térmica tem efeito na transmissão de calor. 
• Ação sobre o óleo lubrificante 
- NH3: não é miscível no óleo de lubrificação. Todo compressor de 
NH3 deve Ter um separador de óleo na saída, para separar o óleo e 
fazê-lo retornar ao compressor; 
- R-12: é completamente miscível no óleo. O óleo deve circular com o 
fluido refrigerante e retornar ao compressor. Nas tubulações, deve 
ser verificada uma velocidade mínima de arraste de óleo, para 
impedir a acumulação de óleo, nos momentos de parada de 
funcionamento. 
- R-22: é parcialmente miscível no óleo de lubrificação. Para sistemas 
industriais, é conveniente o uso de um separador automático de óleo. 
 
 
 
 
Níveis de Toxidade (TLV) e Limite Inferior de Flamabilidade (LIL) 
 
REFRIGERANTE TLV-TWA CLASSE LIL 
R-290 Propano 2500 ppm A 2,3 % 
R-600 Butano 800 ppm A 1,9 % 
R-600ª Iso-butano 800 ppm A 1,8 % 
R-1270 Propileno 375 ppm A 2,0 % 
R-22 Diclorodifluormetano 1000 ppm A --- 
R-1324ª Tetrafluoretano 1000 ppm A --- 
R-407c R32/R125/R134a 1000 ppm A --- 
R-410ª R32/R125 1000 ppm A --- 
R-744 CO2 5000 ppm A --- 
R-717 Amônia 25 ppm B 14,8 % 
R-764 SO2 2 ppm B --- 
 
ppm – parte por milhão 
 
Variação da Pressão de saturação com a Temperatura 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Detector Eletrônico Detector Fluorescente com raios UV 
 
 
 
 
 
Cadeia de Sistematização da Base Metano 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cadeia de Sistematização da Base Etano 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 – COEFICIENTE DE EFICIÊNCIA 
 
 Uma maior eficiência se consegue quando o ciclo de funcionamento se 
aproxima o mais possível do Ciclo de Carnot. 
 
 
RENDIMENTO DO CICLO : η = ε/ εc 
 
Onde: ε = COP= QE / W e εc = COPc= Te / (Tc – Te) 
 
 
Desvios do Ciclo Real em relação ao Ciclo de Carnot: 
 
 
 
Ciclo real: 1-2-2’-3-4-1 
Ciclo de Carnot: 1-a-3-b-1 
 
PLANK (1940) chegou à seguinte expressão para avaliar os desvios do ciclo real 
em relação ao Ciclo de Carnot: 
 
 
η = 1 – {(1/2٠ Tc(Tc-Te)÷Te) ٠ [((Ts-Te)/Tc.(Tc-Te)) + Te/Tc + C1/.Co.Cp]} ÷ 
 
[(re/Co) – (Tc-Te)] 
 
onde: Tc = temperatura de condensação [K] 
 Te = temperatura de evaporação [K] 
 Ts = temperatura de sub-resfriamento [K] 
 re = calor de vaporização à temperatura Te 
 Co = calor especifico do liquido saturado (X = 0) 
 C1 = calor específico do vapor saturado (X = 1) 
 Cp = calor específico do vapor super-aquecido 
C1 pode ser calculado a partir da expressão: 
 
C1 = Co – rm ٠ [1 ÷ 3(Tcritica – Tm)] + 1/Tm 
 
onde: rm = calor médio de vaporização entre Te e Tc 
 Tm = (Te+Tc)/2 
 Tcritica = temperatura crítica [K] 
 
Estas equações permitem chegar às seguintes conclusões, para caracterizar um 
bom fluido refrigerante: 
 
a) Pequeno calor específico do vapor saturado (C1), isto é, linha de liquido 
saturado (lls) próximo da isentrópica, o que decorre de uma elevada 
temperatura do ponto crítico em relação à temperatura de funcionamento; 
b) Elevado calor específico do líquido e do vapor superaquecido à pressão 
constante (pequena área a-2-2’); 
c) Calor de vaporização elevado em relação ao calor específico do líquido 
(pequena área b-3-4 em relação à restante); 
 
 
5 – CAMPOS DE APLICAÇÃO 
 
 Existe no mercado uma grande variedade de fluidos refrigerantes. Esta 
diversidade, embora interessante, faz com que o procedimento de avaliação seja 
elaborado, impondo um cuidadoso exame das propriedades e características de 
cada refrigerante. Evidentemente, por mais objetiva que se pretenda, a escolha de 
um particular refrigerante sempre obedecerá a critérios pessoais. 
 
5.1 Amônia (NH3) 
 
 Nas grandes instalações de refrigeração industrial, o R-717 (NH3) não tem 
competidor. Foi um dos primeiros fluidos refrigerantes a serem utilizados em 
sistemas de refrigeração mecânica (+/-150 anos). É um elemento natural, presente 
abundantemente na natureza. 
 
Usos: 
- Aplicação imediata em refrigeração industrial, e insubstituível em 
instalações frigoríficas de grande porte. 
- Opção mais recente (como alternativa para o R-22) em sistemas indiretos 
para supermercados, câmaras de frutas e sistemas de ar condicionado central. 
 
Vantagens: 
- Não causa dano à camada de ozônio. 
- Não provoca efeito estufa. 
- Seu preço é 5 a 6 vezes menor que os halogenados (freons). 
- Termodinâmicamente é mais eficiente (possui peso específico menor). 
- Uma instalação trabalha com menor quantidade de NH3 do que R-22, 
para proporcionar a mesma capacidade de refrigeração. Possibilita, 
inclusive, a utilização de equipamentos menores, como no caso de 
separadores de líquido, trocadores de calor e evaporadores. 
Desvantagens: 
 
- Possui cheiro forte (pode ser vantagem, no caso de vazamentos). 
- É considerada substância altamente tóxica. 
- É explosiva e inflamável, dentro de uma faixa de concentração no ar 
(entre 16% e 24%, em volume). 
- É incompatível com o cobre, latão ou ligas de cobre. 
- A amônia tem uma grande afinidade pela água. Como a maioria dos 
alimentos possui água, na eventualidade de vazamento, a carga de produto 
na câmara ficaria inutilizada. No entanto, se operada com segurança e por 
pessoas com conhecimento, os riscos se tornam mínimos. 
 
Em sistemas de circulação indireta com NH3 há uma desvantagem nos 
custos, tornando-se mais cara tanto na instalação inicial como na operação. 
Este sistema é ótimo para acumulação térmica. 
 
 Retrofit: 
 
A transformação de um sistema que utilize um refrigerante halogenado 
para trabalhar com amônia não é simples e, na maioria dos casos, custa 
muito caro. 
 
 
5.2 – Hidrocarbonetos halogenados e misturas 
 
 Restringindo-se à refrigeração doméstica e comercial, bem como algumas 
instalações industriais de pequeno e médio porte, existe uma predominância 
absoluta dos refrigerantes halogenados e misturas zeotrópicas e azeotrópicas. 
 A seguir, alguns destes tipos, seguidos de suas finalidades básicas. 
 
R-11 - (Eliminado) 
a) Foi largamente utilizado em compressores centrífugos para refrigeração 
industrial e em centraisde condicionamento de ar com água gelada; 
b) Usado como solvente para limpeza de sistemas de refrigeração, em 
processos de manutenção; 
c) Usado como propelente de aerosóis; 
d) Veículo de expansão de espumas rígidas ou flexíveis. 
 
R-12 (Eliminado) 
 a) Era o mais usado em refrigeração com compressores herméticos, 
rotativos e compressores de grande porte. Aplicações em refrigeração doméstica 
(refrigeradores, freezers); Comercial (balcões, expositores de supermercado, 
bebedouros; Transporte (ar condicionado de automóveis, ônibus, trens, aviões...). 
 b) Usado como propelente de aerosóis, puro ou misturado com o R-11; 
 c) Veículo de expansão de espumas. 
 
R-22 
 a) Usado em refrigeração doméstica, comercial e industrial (sistemas onde é 
necessário muita refrigeração e equipamentos de pequeno porte) 
 b) Ar condicionado, tanto aparelhos domésticos, como sistemas centrais. 
 
R-502 (Eliminado) 
 Mesmas aplicações do R-22, porém onde é exigida maior capacidade de 
refrigeração e menores temperaturas de evaporação. 
 
R-13 
 Uso em sistemas de baixíssima temperatura, como em equipamentos de 
laboratório. 
 
R-113 (Eliminado) 
 a) Usado em refrigeração comercial, industrial (processos de água fria) e 
especialmente em equipamentos de pequeno porte; 
 b) Usado como solvente e agente de limpeza . 
 
R-114 (Eliminado) 
 Usado para refrigeração em pequenos sistemas com compressores rotativos. 
Pode ser usado como solvente e/ou propelente para aerosóis quando misturado ao 
R-12. 
 
R-500 (Eliminado) 
 Usado em refrigeração para equipamentos de porte médio. 
 
R-503 (Eliminado) 
 Usado em refrigeração para sistemas cascata de baixa temperatura. 
 
 
 
6 – AÇÃO DOS CFCs NA CAMADA DE OZÔNIO 
 
Camada de Ozônio: 
Faixa localizada no limite da estratosfera, a 30.000 m da superfície da 
Terra, onde se concentram os gases O3 (ozônio). 
 
Função da camada de ozônio: 
 Filtrar os raios ultravioletas que incidem sobre a superfície da Terra. 
 
Efeitos dos raios UV em excesso: 
 - provocam câncer de pele 
 - causam danos à visão e enfraquecem o sistema imunológico 
 - destroem os microorganismos marinhos 
 - afetam a produção agrícola 
 
Em 1974, pesquisadores da Universidade da Califórnia previram, em 
Laboratório, a capacidade dos CFCs em atacar a camada de ozônio. 
Em 1985, constatou-se, pela primeira vez, uma verdadeira devastação na 
camada de ozônio, sobre a Antártida. 
Segundo relatório da NASA, até 1988, houve uma redução de 2% da 
camada de ozônio, por ação dos CFCs. Posteriormente, o volume desta redução foi 
crescendo gradativamente para 5%, 15%, 30%. Atualmente, estima-se que este 
índice já ultrapassa 40% 
 
 
 
Figura - Ação dos raios UV na destruição do ozônio e gases de formação do efeito estufa 
 
 
 No entanto, nem todos os elementos halógenos são nocivos. Estes podem ser 
classificados em: 
 
CFC = Cloro Flúor Carbono 
 
 São gases totalmente halogenados, com alto fator de destruição do ozônio -
ODP, (que quer dizer: Ozone Depletion Potential), e com longa vida na atmosfera. 
 
 Exemplo: 
 
 
 
 
 R-11 R-12 
 
 
 
Cloro 
 
Cloro 
 
Fluor 
 
Cloro 
 
C Cloro 
 
Fluor 
 
Fluor 
 
Cloro 
C 
 
HCFC = Hidro Cloro Flúor Carbono 
 
 Gases parcialmente halogenados, contém, no mínimo, 1 Hidrogênio e se 
decompõem em baixas altitudes, o que diminui a sua ação contra o Ozônio. 
 
Exemplo: R-22 
 
 
 
 
 
HFC = Hidro Flúor Carbono 
 
 Os mais novos da família, não possuem Cloro na sua molécula. Portanto, 
não afetam a camada de Ozônio. 
 
 
 
 
 
HALONS = contém Bromo 
 
 Possuem alto poder de destruição do Ozônio, mas tem muito pouco uso. 
 
 
 
F 
 
 Cl 
 
H 
 
 F 
 
C 
Evolução da variação da camada de ozônio ao longo dos anos: 
 
 
 
 
Situação em setembro de 2000 Situação em setembro de 2006 
 
 
 Fonte: NASA 
 
 
 
 
 
 
 
Propriedades Atmosféricas Médias (Ref.: UNEP/WMO 1990) 
Refrigerante Vida Média (anos) O.D.P. G.W.P. 
CFC 
 
CFC-11 
CFC-12 
CFC-113 
CFC-114 
CFC-115 
 
 
60 
120 
90 
200 
400 
 
 
 
1 
1 
0,8 
0,7 
0,4 
 
 
1 
3 
1,4 
3,9 
7,5 
HCFC 
 
HCFC-22 
HCFC-123 
HCFC-124 
HCFC-141b 
HCFC-142b 
 
 
15 
2 
7 
8 
19 
 
 
0,05 
0,02 
0,02 
0,1 
0,06 
 
 
0,34 
0,02 
0,1 
0,09 
0,36 
HFC 
 
HFC-125 
HFC134a 
HFC-143ª 
HFC152a 
 
 
28 
16 
41 
2 
 
 
0 
0 
0 
0 
 
 
0,58 
0,26 
0,74 
0,03 
 
Como o CFC ataca a camada de ozônio 
 
 
 
Os raios ultravioletas cortam a 
ligação do cloro das moléculas de 
CFC. O cloro livre ataca uma 
molécula de ozônio, formando 
monóxido de cloro e oxigênio: 
Cl.O+O2. A molécula de monóxido de 
cloro é instável, o cloro se liberta e 
ataca nova molécula de ozônio (O3), 
formando novo Cl.O + O2. O oxigênio 
molecular (O2) não detém a radiação 
ultravioleta. 
Experimentos em Laboratório 
comprovam que, nas condições 
estratosféricas de temperatura e 
energia, um único átomo de cloro 
consegue acabar com 10.000 
moléculas de ozônio. 
 
7 – PROTOCOLO DE MONTREAL 
 A confirmação da existência do buraco na camada de ozônio levou a UNEP 
– organismo da ONU para assuntos ambientais – a promover reuniões entre os 
países membros, visando encontrar uma solução para eliminar o problema. 
 Em setembro de 1987 foi assinado o Protocolo de Montreal (com a adesão 
do Brasil em 1989), cujo documento estabelece medidas restritivas ao comércio de 
CFCs. 
 O ponto básico do Protocolo é o controle dos CFCs totalmente halogenados: 
 
R-11 ; R-12 ; R-113 ; R-114 ; R-115 
 
 Foi estabelecido o “PHASE OUT” dos CFCs para o ano 2000, com redução 
gradual da produção até aquela data. A produção mundial de CFC foi congelada 
até 1994, nos níveis produzidos em 1985, e reduzida gradualmente até zerar em 
dezembro de 2000. 
 Com o agravamento da situação, estes limites foram reavaliados e 
antecipados para o ano de 1995. Mesmo assim, muitos países aboliram o seu uso 
bem antes disto. 
 
 
 
Cronograma original do Protocolo de Montreal 
 
 
 
 
 
 No caso do Brasil, o Conselho Nacional do Meio Ambiente estabeleceu os 
seguintes prazos como limite para o uso de substâncias controladas (CFC) do 
Protocolo de Montreal em equipamentos, produtos e sistemas novos e importados 
nas seguintes aplicações: 
 
13/12/1995 
• Instalações de combate a incêndio 
• Instalações de ar condicionado central 
• Instalações frigoríficas – compressores com potência unitária > 100 HP 
• Uso como propelente em aerosóis 
 
01/01/1997 
• Ar condicionado automotivo, em modelos novos lançadas dessa data 
• Todos os usos como solventes 
 
01/01/2001 
• Ar condicionado automotivo em todos os modelos 
• Refrigeradores e congeladores domésticos 
• Todos os demais sistemas de refrigeração 
• Espuma rígida e semi-rígida 
• Todos os usos como esterilizantes 
 
Obs.: Estes prazos acabaram serem revistos, uma vez que as indústrias não 
conseguiram cumprir os prazos estabelecidos. 
 
 Para a linha de produtos HCFC o prazo utilizado foi até 2030 em países em 
desenvolvimento e 2020 para países desenvolvidos. 
 
 
Phase Out para fluidos HCFC 
 
8 – REFRIGERANTES ALTERNATIVOS 
 
A assinatura do Protocolo de Montreal em 1987, e suas emendas mais 
substanciais de 1990 e 1992, fortemente discutidas na Convenção de Viena (UNEP, 
2002), desencadeou uma mobilização da comunidade científica mundialna busca 
de alternativas viáveis para a substituição das substâncias causadoras da 
destruição do ozônio. Qualquer outro gás, além das principais características dos 
CFCs (não inflamável, não corrosivo, não explosivo, inodoro, quimicamente estável 
e baixa toxidade), não poderiam ser nocivos à saúde e ao meio ambiente, e também 
requerer pouca ou nenhuma alteração nos equipamentos existentes. 
Diferentes linhas de pesquisa foram seguidas desde então, destacando-se 
entre estas a redescoberta dos fluidos refrigerantes naturais (hidrocarbonetos, 
CO2, e o próprio uso da NH3 em campos ainda não utilizados). 
Mas o principal movimento ocorreu no desenvolvimento de misturas 
zeotrópicas (fluidos da série R-400). A DuPont desenvolveu a linha SUVA de 
refrigerantes alternativos, cujos principais fluidos estão relacionados na Tabela 
abaixo: 
 
Fluidos Refrigerantes SUVA da DuPont 
 
FREON SUBSTITUTO ASHRAE ÓLEO APLICAÇÕES 
 
 
 
 
R-12 
Suva MP 39 R-401 A OM/AB Retrofit do R-12 (baixa e média 
temperatura) 
(melhor capacidade acima de -26ºC) 
Suva 409 A R-409 A OM/AB Retrofit doR-12 (baixa e média 
temperatura) 
Suva MP 66 R-401 B OM/AB Retrofit do R-500. Retrofit do R-12 
para baixa e alta capacidade 
(melhor abaixo de -26ºC) 
Suva 134ª R-134ª POE/PAG Pequenos equipamentos novos ou 
Retrofit do R-12 (média temp. e uso 
automotivo) 
R-500 Suva MP 66 R-401 B OM/AB Retrofit do R-500. Retrofit do R-12 
para baixa temp. e alta capacidade 
(melhor abaixo de -26ºC) 
 
 
 
 
 
R-502 
Suva HP 80 R-402 A OM/AB Retrofit do R-502 em Refrigeração 
Comercial (baixa e média 
temperatura) 
Suva 408 A R-408 A OM/AB Retrofit do R-502 em Refrigeração 
Comercial 
Suva HP 81 R-402 B OM/AB Retrofit do R-502 em máquinas de 
fazer gelo e equipamento tipo “Self-
Contained” 
Suva HP 62 R-404 A POE Novos equipamentos e Retrofit do 
R-502 
Suva 507 R-507 POE Novos equipamentos e Retrofit do 
R-502 
R-13 e 
R-503 
Suva 95 R-508 B POE Novos equipamentos/sistemas em 
cascata e Retrofit do R-13 e do 
 R-503 (abaixo de -40ºC) 
 
R-114 
Suva 123 R-123 OM/AB Ar condicionado e centrífugas de 
navios; usos com alta temp de cond. 
Suva 124 R-124 Ar cond. – chiller centrífugo (equip. 
novos e retrofit) 
 
R-22 
Suva 9000 R-407 C POE Novos equip. e Retrofit em Ar 
Condicionado e Bombas de Calor 
Suva 9100 R-410 A POE Somente para equipamentos 
desenvolvidos para o Suva 410 A 
R-11 Suva 123 R-123 OM/AB Equipamentos novos ou Retrofit 
(centrífugas de baixa pressão) 
OM = Óleo Mineral / AB = AlquilBenzeno / POE = Póliol Éster / 
PAG = Polialquilenoglicol 
 
Em 1993 a Rhodia lançou na Europa a linha de gases refrigerantes 
ISCEON 9 SERIES, que são refrigerantes DROP-IN para substituição dos gases 
CFCs e HCFCs. Podem ser utilizados em refrigeração doméstica, comercial e 
industrial; transporte refrigerado, balcões frigoríficos e câmaras frias. 
 
(OBS.: Em 2005 a Dupont adquiriu a licença de fabricação da linha 
ISCEON). 
 
Suas principais características são: 
• Não agridem a camada de ozônio (ODP = 0) 
• São compatíveis com todos os tipos de lubrificantes e com os materiais 
existentes 
• Não são inflamáveis 
 
Gases Refrigerantes da linha ISCEON 9 SERIES 
 
GASES ATUAIS LINHA ISCEON CÓDIGO ASHRAE 
R-12 ISCEON 49 R-413 A 
R-22 ISCEON 59 R-417 A 
R-502 ISCEON 69 L R-403 B 
R-13B1 ISCEON 89 
R-12 (CENTRIFUGAS) ISCEON 39TC 
 
 
Comparação do R-12 e ISCEON 49 (COP e Capacidade de Refrigeração) 
 
 
 
Comparação do R-22 e ISCEON 59 (COP e Capacidade de Refrigeração) 
 
 
 
RECUPERARAÇÃO ou RECICLAGEM DE CFC’s: 
 
- Para RECUPERAR, simplesmente transfira o fluido refrigerante para 
outro cilindro, evitando a dispersão de poluentes para a atmosfera. Não 
utilizá-lo antes que seja reciclado. 
 
- Para RECICLAR os fluidos CFC’s é necessário fazer a remoção de alguns 
produtos contaminantes que entraram no sistema, tais como: água, óleo, 
ácidos oléicos e ácidos clorídricos. Somente após um processo de destilação 
este produto poderá ser reutilizado. 
 
- Recomendações para efetuar a reciclagem: 
* Não colocar no mesmo cilindro dois tipos de fluidos diferentes; 
* Identificar no cilindro o tipo de produto recolhido. 
 
 Como administrar a fase de eliminação dos CFC’s: 
 
- Elabore um plano de ação. Pode ser uma tabela contendo: 
 * tipo de refrigerante usado, 
* idade do equipamento, 
* data da próxima reposição e 
* tipo de refrigerante a ser usado com a conversão. 
 
- Solicite orientação com a empresa prestadora de serviços de manutenção e 
também com o fabricante do equipamento. 
 
Opções para administrar a substituição dos CFC’s: 
 
* Adotar medidas para conservar o fluido refrigerante na ocasião da 
manutenção do seu equipamento. Isto significa consertar fugas, recolher, 
reciclar e reutiliza-lo no equipamento; 
 
* Fazer a conversão no seu equipamento para o uso de um dos novos 
refrigerantes alternativos; 
 
* Tirar de uso o equipamento cuja vida útil esteja no fim e substitui-lo por 
um que use refrigerante alternativo. Substituições podem reduzir custos de 
operação se você selecionar um equipamento com maior eficiência 
energética (que consuma menos energia). 
 
Ações que precisam ser adotadas pelos proprietários de equipamentos: 
 
• Considerar a possibilidade de troca para um refrigerante alternativo no 
próximo serviço de manutenção. 
• Desenvolver um plano de conversão/substituição. 
• Assegurar que seu técnico de manutenção esteja habilitado. 
• Consertar vazamentos em equipamentos. 
• Manter os registros de manutenção. 
• Vender os refrigerantes CFC’s e HCFC’s já utilizados somente para 
empresas de tratamento e comercialização de refrigerante. 
MANUTENÇÃO X RETROFIT – O QUE DEVE SER FEITO 
 
 Em muitas operações de manutenção de sistemas que operam com CFC, é 
conveniente efetuar o retrofit, pois as ações e os custos de ambas as operações são 
muito semelhantes, conforme se pode ver no quadro abaixo. 
 
MANUTENÇÃO RETROFIT 
* Operação do Sistema? * Operação do Sistema? 
* Recolhimento do gás * Recolhimento do gás 
* Vácuo * Vácuo 
* Troca do filtro secador * Troca do filtro secador 
* Troca do óleo do compressor * Troca do óleo do compressor 
* Carga de CFC * Carga no novo fluido 
 
 
O PROBLEMA DO EFEITO ESTUFA 
 
 Em setembro de 2007, quando se comemorava os 20 anos de sucessos do 
Protocolo de Montreal, uma nova decisão histórica foi tomada pelo conjunto de 
países signatários. Com o fim dos CFCs, previsto para 2010, decidiu-se pelo início 
do processo de substituição dos HCFCs já em 2013, antecipando em dez anos o 
prazo previsto no Protocolo de Montreal para o abandono destes gases. Além dos 
benefícios para a recomposição da camada de ozônio, objeto do Protocolo, a 
medida traz também um enorme benefício para o regime climático, dado o 
acentuado Potencial de Aquecimento Global (GWP) dos HCFCs. 
 Pelo Protocolo de Kyoto as emissões individuais dos gases do efeito estufa 
serão integradas como emissões equivalentes de CO2 utilizando seus potenciais de 
aquecimento global (GWPs). 
 O GWP (Global Warming Potential) mede o impacto de uma substância 
como gás de efeito estufa, relativo ao efeito de aquecimento de uma massa similar 
de dióxido de carbono poro um intervalo de tempo específico, cujo valor deve ser 
especificado. 
 
 
 
 Uma das alternativas de substituição do HCFC-22 é o HFC-134ª, mas 
grande parte dos ganhos com a aplicação deste produto seria anulada, já que o 
GWP das duas substâncias são similares. 
 A necessidade de encontrar fluidos refrigerantes que não sejam nocivos à 
camada de ozônio nem sejam geradores do efeito estufa (aquecimento global), está 
fazendo ressurgir o uso dos fluidosrefrigerantes naturais, entre eles o CO2 e os 
hidrocarbonetos. 
 O CO2 (dióxido de carbono) – R-744) foi um dos primeiros fluidos 
refrigerantes aplicados em sistemas de refrigeração e foi amplamente utilizado até 
meados da década de 30 do século XX. Com o surgimento dos CFCs e HCFCs, o 
CO2 foi perdendo mercado até ser praticamente extinto no início dos anos 60. Com 
os problemas ambientais e o estabeleci mento dos Protocolos de Montreal e Kyoto, 
o CO2 ressurge como alternativa promissora a ser utilizada em muitas aplicações, 
nos vários setores da refrigeração. 
 Uma das principais aplicações do CO2 é em sistemas com temperaturas 
entre -30ºC e -55ºC, tipo cascata, com o CO2 em ciclo sub-crítico para baixa 
temperatura e Amônia ou hidrocarboneto no ciclo com rejeição de calor final para 
a atmosfera, estes em equipamentos compactos com cargas extremamente 
reduzidas. 
 O CO2 tem algumas restrições importantes ao seu uso, que são: pressões de 
trabalho muito elevadas, temperatura crítica muito baixa (31,1ºC), e, 
principalmente, baixo desempenho energético, o que pode elevar a emissão 
indireta de CO2 através do aumento do consumo de combustíveis fósseis. 
 
 A NH3 (amônia) tem zero de ODP e zero de GWP. Portanto, não ataca a 
camada de ozônio nem tem potencial de formação do efeito estufa, mas sofre 
muitas restrições de sua aplicação por ser um refrigerante com maior índice de 
toxidade que a maioria dos HFCs. Em vários países, inclusive o Brasil, há 
legislações que requerem uma série de cuidados desde o projeto até a operação de 
yn sistema que, dependendo da carga de refrigerante e do local a ser instalado, 
podem inviabilizar a sua aplicação. 
 
Os hidrocarbonetos possuem um alto índice de inflamabilidade e, quando 
utilizados em grandes sistemas de refrigeração, os equipamentos da área requerem 
classificações específicas quanto à explosividade. 
 
 
 
Refrigerantes com baixo potencial de aquecimento global 
 
 Recentes pesquisas e desenvolvimento de atividades estão focados no 
isômero fluorado propene (propileno) como potencial refrigerante possuindo baixo 
potencial de formação do aquecimento global (GWP). O catalisador para muitos 
destes esforços pode ser atribuído à regulamentação Européia em relação ao uso 
do R-134ª (cujo GWP relativo ao CO2, para um horizonte de 100 anos, é de 1.430) 
na indústria automotiva. Estes regulamentos especificam que a partir de 01 de 
janeiro de 2011, para novos modelos, e 01 de janeiro de 2017 para novos veículos 
adaptados com ar condicionado não podem ser fabricados com gases fluorados 
tendo GWP maior que 150. 
 Entre os possíveis candidatos que atingem este critério estão: R-152ª, CO2 e 
o HFO-1234yf. 
 O R-152ª, se usado, seria implementado em um sistema indireto (circuito 
secundário) por causa de sua flamabilidade. O CO2, se usado, seria implementado 
em um ciclo transcrítico e exigiria significativas modificações nos sistemas de ar 
condicionado correntemente em uso. 
 O HFO-1234yf tem um GWP =4, e entre os isomeros propileno fluorados é 
o que está mais próximo de ser comercializado. 
 Alguns benefícios do 1234yf: 
• mais baixo tempo de ação do efeito estufa 
• menor vida útil na atmosfera 
• compatibilidade com atuais sistemas de A/C automotivo 
• superior eficiência de resfriamento 
• segurança para aplicações móveis 
 
 
 
 ASHRAE JOURNAL – AGOSTO/2009 
 
 
 
 
 
 
 
9 – FLUIDOS REFRIGERANTES SECUNDÁRIOS 
 
 Refrigerantes secundários são fluidos que transferem energia da substância 
que está sendo refrigerada para o evaporador de um sistema de refrigeração. O 
refrigerante secundário sofre uma variação de temperatura quando absorve calor 
e o libera no evaporador, não apresentando nenhuma mudança de fase neste 
processo. 
 Em termos técnicos, a água poderia ser um refrigerante secundário, mas 
sua aplicação se restringe a sistemas de ar condicionado com água gelada ou 
processos industriais onde a temperatura de operação é superior a 0ºC, devido ao 
seu ponto de congelamento. 
 Quando se trata de sistemas de congelamento, são utilizadas soluções de 
salmoura ou anticongelantes, que apresentam temperaturas de congelamento 
abaixo de 0ºC. 
Vários dos anticongelantes mais largamente usados são soluções de água e 
etileno glicol, propileno glicol ou cloreto de cálcio. O propileno glicol tem a 
característica de ser inócuo em contato com alimentos. 
 Uma das propriedades mais importantes de soluções anticongelantes 
é o ponto de solidificação, mostrado na Figura 9.1. Os pontos de solidificação 
formam o diagrama de fase clássico mostrado na Figura 9.2. Esta figura mostra as 
fases e misturas possíveis que podem existir a várias concentrações e temperaturas. 
Se o anticongelante à temperatura A tem uma concentração M, ele permanece 
líquido até a temperatura cair para o ponto B. Um resfriamento posterior a C 
resulta em uma mistura de gelo fragmentado e líquido. O anticongelante em C 
concentrou-se pelo congelamento de parte de sua água. A porcentagem de gelo na 
mistura em C é dada por: 
 
Porcentagem de gelo = [X2/(X1 + X2)].(100) 
A porcentagem de líquido é dada por: 
 
Porcentagem de liquido = [X1/(X1 + X2)].(100) 
 
Resfriando a solução abaixo de D solidifica-se a mistura toda. 
O ponto E, chamado ponto eutético, representa a concentração na qual a 
temperatura mais baixa pode ser atingida sem que ocorra nenhuma solidificação. 
Aumentar a concentração da solução além da do ponto eutético é infrutífero, já 
que a temperatura de congelamento aumenta. 
 
 
 
Fig. 9.1 – Ponto de solidificação do etilenoglicol Fig. 9.2 – Diagrama de fase de anticongelante 
 
Fig. 9.3 – Esquema de instalação com circuito secundário 
 
 
 
Vantagens dos ciclos secundários de refrigeração: 
 
• Considerável redução da carga de refrigerante (pode chegar até 85%) 
• Sistemas de refrigeração muito mais compactos 
• Limita o refrigerante à “casa de máquinas” 
• Menor impacto ambiental 
• Simplifica o circuito do refrigerante 
• Temperatura de resfriamento mais estável 
• Aumenta a inércia térmica do sistema 
 
Desvantagens: 
 
• Custo adicional (bombas, trocadores de calor) 
• Maior diferença de temperatura >> consumo de energia 
• COP global é menor em relação a um sistema convencional equivalente. 
 
Principais fluidos secundários utilizados: 
 
• Água 
• Etilenoglicol 
• Propilenoglicol 
• Etanol 
• Metanol 
• Glicerol 
• Amônia 
• Carbonato de potássio 
• Cloreto de magnésio 
• Cloreto de Sódio 
• Acetato de Potássio 
 
 
 
 
Fig. 9.4 – Propriedades Termodinâmicas dos fluidos secundários 
 
 
 
Fig. 9.5 – Fluidos COLD BRINE, da MYCOM 
 
Pasta de Gelo 
 
 Pasta de gelo consiste de partículas de gelo dispersas em um fluido 
formando uma suspensão de duas fases. Estes cristais de gelo apresentam 
diâmetros entre 25 mícrons e 4 mm, suspensos em uma solução aquosa em fase 
líquida, com ou sem agente que baixe a temperatura do ponto de solidificação. 
 A pasta de gelo é uma tecnologia relativamente nova, utilizada com uma 
variedade de propósitos diferentes, onde alta performance de resfriamento é 
requerida. Seu uso mais difundido é como fluido secundário em sistemas de ar 
condicionado e armazenamento de energia térmica. Exemplo: condicionamento de 
ar de aeronaves em terra, através do transporte de frio com pasta de gelo em 
linhas umbilicais de longa distancia. 
 Outras aplicações incluem áreas como engenharia de alimentos e a 
indústria pesqueira. Pode-se produzir pasta de gelo a partir da água do mar e 
aplicar diretamente nos tanques de armazenamento de peixe. 
 Uma das propriedades mais importantes da pasta de gelo, para avaliar sua 
capacidade de resfriamento, é sua entalpia específica. A pasta de gelo possui uma 
maior capacidade térmicavolumétrica, isto é, armazena maior quantidade de 
energia térmica por unidade de volume.