Tipos de refrigerante comuns usados ​​em chillers

Os refrigerantes em chillers operam dentro de um ciclo de refrigeração, normalmente de compressão ou absorção de vapor, onde fazem a transição entre os estados líquido e gasoso para mover o calor do processo para o ambiente. A escolha do refrigerante depende de fatores como capacidade de refrigeração, impacto ambiental, segurança, custo e design do sistema. Embora nenhum refrigerante seja perfeito para todos os cenários, vários se destacam como amplamente utilizados em plantas de resfriamento devido à sua eficiência e adaptabilidade. O esforço global para reduzir as emissões de gases com efeito de estufa e a destruição da camada de ozono levou à eliminação progressiva de refrigerantes mais antigos, impulsionando a inovação em alternativas com baixo potencial de aquecimento global (GWP) e zero potencial de destruição da camada de ozono (ODP).

Tipos comuns de refrigerantes e suas características

Abaixo está uma análise detalhada dos refrigerantes mais predominantes em sistemas de resfriamento, organizados por tipo, propriedades e aplicações. Esta seção inclui uma tabela para maior clareza e abrange o uso atual e histórico, refletindo a transição para opções sustentáveis.

Água (R718)

• Propriedades: A água é um refrigerante natural com excelente condutividade térmica, alta capacidade de absorção de calor e ponto de ebulição de 100°C (212°F) à pressão padrão.
• Vantagens: Não é tóxico, está amplamente disponível, é econômico e ecologicamente correto, sem ODP ou GWP. Sua abundância o torna uma solução de baixo custo para grandes sistemas.
• Desvantagens: Sua eficiência é sensível à temperatura ambiente e pode corroer componentes do sistema, aumentando os custos de manutenção. A água é impraticável para chillers de compressão de vapor devido ao seu alto ponto de ebulição e é usada principalmente em chillers de absorção com uma fonte de calor como vapor ou água quente.
• Formulários: Comumente encontrado em resfriadores de absorção de grande escala para processos industriais onde o calor residual está disponível, como em fábricas de produtos químicos ou sistemas de resfriamento urbano. É menos comum em sistemas de compressão de vapor devido a limitações operacionais.

R134A (HFC)

• Propriedades: Um hidrofluorocarboneto (HFC) com características térmicas estáveis, baixa toxicidade e ponto de ebulição de -26°C (-15°F). Não é corrosivo e não inflamável.
• Vantagens: Amplamente utilizado devido à sua confiabilidade e ODP mínimo, tornando-o uma alternativa mais segura aos refrigerantes mais antigos, como o R12. É eficaz em resfriamento de média temperatura e compatível com sistemas existentes.
• Desvantagens: O seu PAG de 1.430 contribui para as emissões de gases com efeito de estufa, levando a uma redução progressiva ao abrigo de acordos como a Emenda Kigali ao Protocolo de Montreal. Também está sendo substituído em algumas regiões devido a preocupações ambientais.
• Formulários: Popular em ar condicionado automotivo, chillers comerciais e sistemas industriais, embora seu uso esteja diminuindo em favor de opções de menor PAG. É frequentemente encontrado em chillers de tamanho médio para aplicações HVAC.

R407C (mistura de HFC)

• Propriedades: Uma mistura de R32, R125 e R134a, com ponto de ebulição de -46°F (-43°C) e GWP de 1.774.
• Vantagens: Menor capacidade de resfriamento que o R410A, mas mais barato e mais ecológico que o R22, com zero ODP. É frequentemente usado como retrofit para sistemas R22, oferecendo compatibilidade com equipamentos existentes.
• Desvantagens: ainda possui um GWP significativo e seu desempenho é um pouco menos robusto que o R410A, exigindo um projeto de sistema cuidadoso.
• Formulários: Usado como retrofit R22 em ar condicionado e chillers industriais de médio porte, especialmente em regiões que estão em transição para longe dos HCFCs.

R404A (mistura de HFC)

• Propriedades: Uma mistura de R125, R143a e R134a, com ponto de ebulição de -51°F (-46°C) e GWP de 3.922.
• Vantagens: Eficaz para aplicações de baixa e média temperatura, servindo como substituto para CFCs e HCFCs mais antigos. Oferece alta eficiência em sistemas de armazenamento refrigerado e freezer.
• Desvantagens: O PAG extremamente elevado limita a sua utilização futura, com as eliminações progressivas a acelerarem a nível global ao abrigo das regulamentações ambientais. Também é mais caro de manusear devido ao seu impacto ambiental.
• Formulários: Encontrado em refrigeração comercial e em alguns chillers industriais, principalmente em câmaras frigoríficas, mas sendo suplantado por alternativas como o R448A devido à pressão regulatória.

R717 (amônia)

• Propriedades: Um refrigerante sem halogênio com ponto de ebulição de -28°F (-33°C) e a maior capacidade de absorção de calor por volume entre os refrigerantes comuns.
• Vantagens: Altamente eficiente, com propriedades térmicas estáveis, GWP de 0 e sem ODP. Seu odor forte auxilia na detecção de vazamentos e é econômico para sistemas grandes.
• Desvantagens: Tóxico e inflamável, exigindo manuseio cuidadoso e medidas de segurança robustas. É corrosivo para o cobre, limitando as escolhas de materiais e aumentando os custos de instalação.
• Formulários: Dominante em grandes plantas de resfriamento industrial, como processamento de alimentos, armazenamento refrigerado e fabricação de produtos químicos, onde sua eficiência supera as preocupações de segurança. É particularmente adequado para sistemas com grandes cargas de refrigeração.

R410A (mistura de HFC)

• Propriedades: Uma mistura de R32 e R125, não inflamável, com ponto de ebulição de -61°F (-52°C) e GWP de 2.088.
• Vantagens: Alta capacidade de refrigeração e eficiência, tornando-o um substituto comum do R22 em ar condicionado e chillers. Opera em pressões mais altas, melhorando a transferência de calor.
• Desvantagens: O alto GWP leva à sua redução gradual e requer pressões operacionais mais altas do que algumas alternativas, aumentando os custos do sistema.
• Formulários: Amplamente utilizado em chillers HVAC comerciais e sistemas industriais menores, embora a transição para opções de menor GWP esteja em andamento, especialmente com proibições futuras em algumas regiões até 2025.

R744 (dióxido de carbono, CO2)

• Propriedades: Um refrigerante natural com ponto de ebulição de -109°F (-78°C) à pressão padrão, não inflamável e não tóxico em baixas concentrações.
• Vantagens: Ecologicamente correto com GWP de 1 e zero ODP. É abundante e tem bom desempenho em ciclos transcríticos, oferecendo alta eficiência de transferência de calor.
• Desvantagens: Requer sistemas de alta pressão (até 4.000 psi), aumentando os custos de instalação e manutenção. Vazamentos em espaços confinados podem deslocar o oxigênio, representando riscos à segurança.
• Formulários: Cada vez mais utilizado em refrigeração comercial, como refrigeradores de supermercados, e sistemas industriais onde a sustentabilidade é uma prioridade, principalmente na Europa e na América do Norte.

Hidrocarbonetos (por exemplo, R290 – Propano, R600a – Isobutano)

• Propriedades: Refrigerantes naturais com baixos pontos de ebulição (por exemplo, R290 a -44°F/-42°C), excelentes propriedades termodinâmicas e impacto ambiental mínimo (GWP < 4, ODP = 0).
• Vantagens: Alta eficiência, baixo custo e ecologicamente corretos, tornando-os viáveis ​​para resfriamento sustentável. Eles estão ganhando popularidade como substitutos dos HFCs.
• Desvantagens: Altamente inflamável, exigindo sistemas de segurança especializados e limitando seu uso em áreas densamente povoadas ou grandes ambientes industriais.
• Formulários: Usado em refrigeração doméstica e alguns chillers industriais, especialmente em regiões que priorizam soluções verdes, como a Europa, e em sistemas menores onde as medidas de segurança são gerenciáveis.

R123 (HCFC-123)

• Propriedades: Um hidroclorofluorocarbono (HCFC) com ponto de ebulição de 82°F (28°C), usado historicamente em resfriadores centrífugos de baixa pressão.
• Vantagens: Eficaz para sistemas de baixa pressão e compatível com equipamentos mais antigos.
• Desvantagens: Destruidora da camada de ozono com um PAG de 77, levando à sua eliminação progressiva ao abrigo do Protocolo de Montreal. A produção cessou nos países desenvolvidos em 2020.
• Formulários: Encontrado em chillers legados, agora sendo adaptados ou substituídos por alternativas como R245fa ou R1233zd.

R1233zd

• Propriedades: Um refrigerante de baixo GWP (GWP = 4,5) com ponto de ebulição de 50°F (10°C), classificado como A1 (baixa toxicidade, não inflamável).
• Vantagens: Ecologicamente correto com zero ODP e baixa toxicidade, tornando-o uma escolha sustentável para novos sistemas.
• Desvantagens: Requer redesenho do sistema para compatibilidade e está menos estabelecido no mercado em comparação aos HFCs.
• Formulários: Usado em novos chillers de baixa pressão como uma alternativa sustentável aos HCFCs mais antigos, ganhando força em designs modernos.

R514A (mistura de HCFC)

• Propriedades: Uma mistura de HFOs com GWP de 7, classificados como B1 (levemente inflamáveis).
• Vantagens: Baixo GWP e zero ODP, oferecendo uma opção sustentável para chillers de baixa pressão.
• Desvantagens: Sua inflamabilidade requer considerações de segurança, limitando seu uso em determinados ambientes.
• Formulários: Utilizado em chillers de baixa pressão como alternativa ao R123, principalmente em novos projetos de equipamentos.

A tabela a seguir resume as principais propriedades e aplicações desses refrigerantes para fácil referência:

Selecionando o refrigerante certo

A escolha de um refrigerante envolve equilibrar eficiência, segurança, custo e impacto ambiental:

• Requisitos de resfriamento: As necessidades de alta capacidade favorecem a amônia ou o R410A; aplicações de baixa temperatura podem usar R404A ou hidrocarbonetos.
• Regulamentos Ambientais: Opte por opções de baixo GWP, como R744 ou R717, para atender a padrões como a Emenda Kigali, que está impulsionando a redução gradual de HFCs de alto GWP.
• Design do sistema: Os refrigerantes de alta pressão (por exemplo, R744, R410A) precisam de componentes robustos; água e amônia são adequadas para sistemas de absorção, enquanto os HFCs são adequados para configurações de compressão de vapor.
• Segurança: Opções não tóxicas e não inflamáveis ​​como R134A ou R744 são mais seguras em áreas povoadas, enquanto a amônia requer manuseio rigoroso devido à toxicidade.
• Custo: Água e hidrocarbonetos são inicialmente econômicos, mas os custos de instalação e manutenção variam (por exemplo, altos para o R744 devido aos requisitos de pressão).

Conclusão

Os tipos de refrigerante mais comuns usados ​​em chillers incluem água (em sistemas de absorção), R134a, R407C, R404A, amônia (R717), R410A, CO2 (R744) e hidrocarbonetos como R290, juntamente com opções mais recentes como R1233zd e R514A. No entanto, devido às regulamentações ambientais e às metas de sustentabilidade, há uma clara mudança em direção a refrigerantes de baixo PAG, como CO2, amônia e HFOs. Ao selecionar um refrigerante, fatores como capacidade de resfriamento, impacto ambiental, segurança, custo e conformidade regulatória devem ser cuidadosamente considerados para otimizar o desempenho do chiller e, ao mesmo tempo, atender aos padrões modernos.