Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração … · 1.040 tecnicos treinados para serviço com HCs. SEMINÁRIO “Difusão do uso de Fluidos Alternativos em Sistemas de Refrigeração

Uso de Hidrocarbonetos emSistemas de Refrigeração eUso de Hidrocarbonetos emSistemas de Refrigeração eSistemas de Refrigeração eAr CondicionadoSistemas de Refrigeração eAr Condicionado

João PimentaUnB, LaAR

João PimentaUnB, LaAR

SEMINÁRIO “Difusão do uso de Fluidos Alternativos em Sistemas de Refrigeração e Ar CondicionadoBrasília, Mercure Hotel, 16 Julho 2011

Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado

Introdução

Avaliação dos hidrocarbonetos como refrigerantes

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PIMENTA, J.M.D., Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado. SEMINÁRIO “Difusão do uso deFluidos Alternativos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado”. Brasília, Mercure Hotel, 16 Junho 2011

Considerações quanto à segurançaOportunidades de desenvolvimento

Conclusões



INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

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INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO



O que é um O que é um

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hidrocarboneto hidrocarboneto ??



Compostos químicos constituídos essencialmente por átomos de

carbono e hidrogênio.

O que é um hidrocarboneto O que é um hidrocarboneto ??

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carbono e hidrogênio.

Exemplos familiares:Gás natural, biogás, GLP (gás de cozinha).

Metano (CH4)



Por que usar Por que usar hidrocarbonetos como hidrocarbonetos como

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hidrocarbonetos como hidrocarbonetos como refrigerantes refrigerantes ??



São soluções efetivas reconhecidas São soluções efetivas reconhecidas como refrigerantes em sistemascomo refrigerantes em sistemas

de AVACde AVAC--R.R.

Por que usar hidrocarbonetos como refrigerantes Por que usar hidrocarbonetos como refrigerantes ??

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de AVACde AVAC--R.R.

A norma ASHRAE Std 34* lista mais de100 refrigerantes, entre os quais váriossão HCs.

*Designation and Safety Classification of Refrigerants




Refrigerantes Fluorocarbonados

Hidrocarbonetoequivalente

Aplicações Típicas

R-12, R-134a HC-600a, HC-600a/HC-290* Aplicações domésticas

R-12, R-134a HC-600a/HC-290*Climatização automotiva/ comercial

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Tabela obtida de CARE ( 2005)

R-12, R-134a HC-600a/HC-290*comercial

R-502, R-22, R-404A*, R-407C*, R-507

HC-290, HC-1270HC-290/HC-170*

Refrig. comercial/industrial e Ar condicionado, bombas de calor, chillers.

R-503, R-13, R-23 HC-170Baixas temps. / Sistemas em cascata

* Misturas, “Blends”



Hidrocarbonetos não agridem o Hidrocarbonetos não agridem o meiomeio--ambiente e são plenamente ambiente e são plenamente

adequados em termos de adequados em termos de


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adequados em termos de adequados em termos de desempenho energético e desempenho energético e

compatibilidade com materiais.compatibilidade com materiais.




NaturezaQuímica

Denominação ODPGWP

(p/ 100 anos)Tempo de vida naatmosfera (anos)

HC’s(hidrocarbonetos)

R600a 0 < 3 < 1

R290 0 <3 < 1

R1270 0 ~ 3 < 1

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R1270 0 ~ 3 < 1

HFC’s R134a 0 1600 13,6

R410A 0 2340 < 32,6

R407C 0 1980 < 32,6

HCFC R22 0,034 1900 11,8

CFC R12 0,820 10600 100



A experiência na aplicação de HCs em AVAC-R é vasta e sua adequação assegurada.


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adequação assegurada.

Países como Alemanha, Austrália, Cuba, França, Itália, Holanda,UK, entre outros, comercializam uma ampla gama de produtosde refrigeração e ar condicionado com HCs




3rd Generation (1990s ...)CO2, NH3,, HC’s, H2OHCFCs, HFCs, ...

1st Generation (1830s-1930s)CO2, NH3, HC’s, H2OEthers, SO2, CCl4, ...

2nd Generation (1930s-1990s)CFCs, HCFCs, HFCs, ...

??Whatever workedWhatever worked Safety and durabilitySafety and durability EnvironmentalEnvironmentalProtectionProtectionR600aR600a R290 R290 CaoutchoucineCaoutchoucine

EthylEthylEtherEther

MethylMethylEtherEther

HH22OO--HH22SOSO44

Ethyl AlcoholEthyl Alcohol ChymogeneChymogene

NHNH33--HH22OO

COCO22

NHNH33 SOSO22

MethylMethylClorideCloride

MethyleneMethyleneClorideCloride

R30R30

Water vapourWater vapourR718R718

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Options and outlook for chiller refrigerants, James M. Calm, International Journal of Refrigeration 25 (2002) 705–715

2000200019001900

1974Rowland and Molina

Proves Ozone Depletionby CFC’s

1984Britsh station at south

pole discover ozone hole

1987MontrealProtocol

1834Jacob Perkins1st patent on

Refrigeration Cycle

1929Thomas Midgely Jr.CFC’s Development

at Dupont

1997Kyoto

Protocol

EtherEther

18501850 19501950

ClorideClorideR40R40

1920’sFirst hermetic

designs




100 % do mercado de refrigeradores domésticos (+ 100modelos) na Alemanha usam HCs como refrigerantes.

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Hydrocarbone as Refrigerant, Dr.-Ing. Meinolf Gringel. IKKE – Information Center for Refrigeration, Air-Con ditioning and Energy. Seminário MMA, “Uso de Fluidos Refrigerantes Hidrocarbonetos: Situação Atual e Tendências Futuras”, SET/2005



A Experiência de CubaA Experiência de Cuba19941994.. Desenvolvido processo de obtenção de mistura ternária do GLP (propane,isobutane e n-butane) denominada LB-12→ Drop-in CFC12 em refrigeradores.

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1997.1997. Início fabricação de refrigeradores (R600a) Model FG 28 (Duas portas - 52 l freezer / 178 l gabinete) Model FG 34 (Duas portas - 75 l freezer / 223 l gabinete)

Compressor NA 1116 Y EmbracoEmbraco/Aspera Carga de refrigerante = 55 gramas

“A Experiência de Cuba com o uso de hidrocarbonetos”, Dirk Legatis, GTZ/Proklima Seminário MMA, “Uso de Fluidos Refrigerantes Hidrocarbonetos: Situação Atual e Tendências Futuras”, SET/2005

2003.2003. 400.000 refrigeradores convertidos de R12 para LB12;40.000 novos refrigeradores com R600a;

1.040 tecnicos treinados para serviço com HCs



Refrigerants Naturally, 2004Refrigerants Naturally, 2004Partnership for Sustainable DevelopmentPartnership for Sustainable Developmenthttp://www.refrigerantsnaturally.com/http://www.refrigerantsnaturally.com/

NestléNestlé, UnileverUnilever, CocaCoca--ColaCola eMcDonaldsMcDonalds adotaram hidrocarbonetoscomo alternativas para banir o uso derefrigerantes fluorocarbonados emsuas instalações.

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suas instalações.



McDonald’s HFC Free Project (Dinamarca)McDonald’s HFC Free Project (Dinamarca)

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Published by: McDonald´s Europe, Environment Department



Trata-se de uma opção estratégicapara o Brasil!


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100% dependente daimportação de fluidosrefrigerantes.

Mas o Brasil poderia produzir seu próprio refrigerante baseado em HCs!!!

10 milhões USD apenascom R134a (2002).

REFRIGERANTES

$$$$



Avaliação dos Avaliação dos hidrocarbonetoshidrocarbonetos

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hidrocarbonetoshidrocarbonetoscomo refrigerantescomo refrigerantes



SEGURANÇASEGURANÇADESEMPENHODESEMPENHO

MEIO AMBIENTEMEIO AMBIENTE

CritériosCritériosMelhor Alternativa

de Refrigerante

Sistemática para escolha de um refrigeranteSistemática para escolha de um refrigerante

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AplicaçãoAplicação

Diferentes Refrigerantes



SEGURANÇASEGURANÇADESEMPENHODESEMPENHO


CritériosCritériosToxicidade

SEGURANÇASEGURANÇA


Flamabilidade

Sistemática para escolha de um refrigeranteSistemática para escolha de um refrigerante

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Refrigerantes

http://www.afeas.org/tewi.html

AplicaçãoAplicação

Degradação Ozonio

DESEMPENHODESEMPENHO

Propriedades

Tecnologia

Aquec. Global

Eficiencia Energ.

Custos

Refrigerante(s)



Toxicidade

SEGURANÇASEGURANÇA


Flamabilidade

Sistemática para escolha de um hidrocarbonetoSistemática para escolha de um hidrocarboneto

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HCsHCs ??Degradação Ozonio


Propriedades

Tecnologia

Aquec. Global

Eficiencia Energ.

Custos

Refrigerante(s)



ClasseClasse AA → BaixaBaixa ToxicidadeToxicidadeToxicidade não é verificada em concentrações ≥≥≥≥ 400 ppm

Toxicity

SAFETYSAFETY

ENVIRONMENTENVIRONMENT

Flamability

ToxicidadeSEGURANÇASEGURANÇA

R290 Propano → A

R600 Butano → A

Sistemática para escolha de um HidrocarbonetoSistemática para escolha de um Hidrocarboneto

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Ozone Depletion

PERFORMANCEPERFORMANCE

Physical Props.

Tech. Changes

Global Warming

Energ. Efficiency

System Costs

Refrigerant

R600 Butano → A

R600a Iso-butano → A

R1270 Propileno → A

R22 Clorodifluormetano → A

R134a 1,1,1,2 Tetrafluormetano → A

R407c R32/R125/R134a → A

R410a R32/R125 → A

R744 Dióxido de Carbono → A

R717 Amônia → B

R764 Dióxido de Enxofre → B

ASHRAEASHRAEStandard 34Standard 34



Toxicity

SAFETYSAFETY


Flamability

ClassClass 33 →→ AltamenteAltamente InflamáveisInflamáveisLimite inferior de flamabilidade abaixo de 0,00625 lb/ft3 e calor decombustão ≥ 8174 BTU/lb

R290 Propane → 2,3 %

R600 Butane

FlamabilidadeSEGURANÇASEGURANÇA


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Ozone Depletion


Physical Props.

Tech. Changes

Global Warming

Energ. Efficiency

System Costs

Refrigerant

R600 Butane → 1,9 %

R600a Iso-butane → 1,8 %

R1270 Propylene → 2,0 %

R22 Clorodifluormetano → None

R134a 1,1,1,2 Tetrafluormetano → None

R407c R32/R125/R134a → None

R410a R32/R125 → None

R744 Dióxido de Carbono → None

R717 Amônia → 14,8 %

ASHRAEASHRAEStandard 34Standard 34



Toxicity

SAFETYSAFETY


Flamability

ODP = 0 → NENHUM IMPACTO sobre a camada de ozônio

Degrad. OzonioMeio AmbienteMeio Ambiente

R290 Propano → Zero ---

ODPODP Atm. LifeAtm. Life


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Ozone Depletion


Physical Props.

Tech. Changes

Global Warming

Energ. Efficiency

System Costs

Refrigerant

R290 Propano →

R600 Butano → Zero < 1

R600a Iso-butano → Zero < 1

R1270 Propileno → Zero < 1

R22 Clorodifluormetano → 0,0340,034 11.8

R134a 1,1,1,2 Tetrafluormetano → Zero 13,6

R407c R32/R125/R134a → Zero < 32,6

R410a R32/R125 → Zero < 32,6

R744 Dióxido de Carbono → Zero > 50

R717 Amônia → Zero ---



Toxicity

SAFETYSAFETY


Flamability

GWP ≈ 0 → IMPACTO DESPREZÍVEL

Aquec. Global

R290 Propano → < 3 ---

GWPGWP Atm. LifeAtm. Life

Meio AmbienteMeio Ambiente


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Ozone Depletion


Physical Props.

Tech. Changes

Global Warming

Energ. Efficiency

System Costs

Refrigerant

R600 Butano → < 3 < 1

R600a Iso-butano → < 3 < 1

R1270 Propileno → ~ 3 < 1

R22 Clorodifluormetano → 19001900 11.8

R134a 1,1,1,2 Tetrafluormetano → 1600 13,6

R407c R32/R125/R134a → 1980 < 32,6

R410a R32/R125 → 2340 < 32,6

R744 Dióxido de Carbono → 1 > 50

R717 Amônia → < 1 ---



Toxicity

SAFETYSAFETY


Flamability

PROPRIEDADESDESEMPENHODESEMPENHO

��Menores pressões de operação (cerca de 55% do R134a)

�� Menor capacidade volumetrica (comp. swept volume up to 2x R12)

MUITO FAVORÁVEIS em geral. Para o R600a, temos,


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Ozone Depletion


Physical Props.

Tech. Changes

Global Warming

Energ. Efficiency

System Costs

Refrigerant

�� Menor capacidade volumetrica (comp. swept volume up to 2x R12)

�� Menor carga de refrigerante (cerca de 45% do R134a ou 40% of R12)

�� Solubildade com óleo mineral tão boa quanto para o R 12.

�� Sem problemas quanto a compatibilidade com materiais.

�� Condutividade térmica elevada → aumenta troca de calor

�� Baixa viscosidade→ reduz perdas de pressão



Toxicity

SAFETYSAFETY


Flamability

Eficiência Energ.DESEMPENHODESEMPENHO

Vários artigos discutem o desempenho de HCs comorefrigerantes, normalmente comparando-os com CFCs,HCFCs and HFCs.

COPs MUITO FAVORÁVEIS em geral


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Ozone Depletion


Physical Props.

Tech. Changes

Global Warming

Energ. Efficiency

System Costs

Refrigerant

(ARTI-21CR/610-50025-01) ASSESSMENT OF THE COMMERCIAL IMPLICATIONS OF ASHRAE A3 FLAMMABLE REFRIGERANTS IN AIR CONDITIONINGAND REFRIGERATION SYSTEMS. Final Report (June 2000 - August 2001). September 12, 2001

A otimização da construção de sistemas de AVAC-R poderiaaumentar ainda mais essa vantagem.

Os COPs medidos são, em geral, até 15% maiores que parasintéticos como CFCs, HCFCs and HFCs.



Toxicity

SAFETYSAFETY


Flamability

CUSTOS

�� Projeto a prova de fogo

�� Investimentos na linha de produção e custo operacional


Há pouca informação mas, em geral pode-se assumir custo30% maior


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Ozone Depletion


Physical Props.

Tech. Changes

Global Warming

Energ. Efficiency

System Costs

Refrigerant

CustosCustos

�� Menor carga de refrigerante

�� Custo do refrigerante muito menor

�� Compatibilidade com oleo mineral de menor custo

�� Menores custos de evaporador e condensador (propr.)

�� Investimentos na linha de produção e custo operacional

�� Instalação e custo de manutenção → segurança

�� Custo do seguro



Toxicity

SAFETYSAFETY


Flamability

TecnologiaDesempenhoDesempenho

��Otimização de componentes para menores cargas derefrigerante.

Tecnologia consolidada mas, avanços ainda necessários.


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Ozone Depletion


Physical Props.

Tech. Changes

Global Warming

Energ. Efficiency

System Costs

Refrigerant

refrigerante.

��Otimização de componentes para melhor desempenho.

��Inovações em projeto e fabricação para redução decustos



Toxicity

SAFETYSAFETY


Flamability

SegurançaSegurança


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ConclusõesConclusõesOzone Depletion


Physical Props.

Tech. Changes

Global Warming

Energ. Efficiency

System Costs

Refrigerant

Meio AmbienteMeio Ambiente

DesempenhoDesempenho

HCsHCs



Em suma…Em suma…

Toxicity

SAFETYSAFETY


Flamability

HC’s são soluções ambientais de longo termo;

HC’s possuem COPs elevados → menoraquecimento global indireto;


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Ozone Depletion


Physical Props.

Tech. Changes

Global Warming

Energ. Efficiency

System Costs

Refrigerant

HCsHCsaquecimento global indireto;

Limitações se impõem devido a SEGURANÇASEGURANÇA oque limita a carga de refrigerante;

Inovações tecnológicas são requeridas pararedução de custo.



Considerações Considerações

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quanto a quanto a SegurançaSegurança



ASHRAE ASHRAE

BaixaToxidade

AltaToxidade

AltaFlamabilidade

A3A3 B3B3

Baixa A2A2 B2B2ClasseClasse 22:: refrigerantes com limiteinferior de flamabilidade superior a

ClasseClasse 33:: refrigerantes com limiteinferior de flamabilidade inferior a0,00625 lb/ft3 e calor de combustãomaior ou igual a 8174 BTU/lb

Toxicidade e Flamabilidade Toxicidade e Flamabilidade (ASHRAE STD 34)

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ASHRAE ASHRAE Standard 34Standard 34

BaixaFlamabilidade

A2A2 B2B2

Sem propagaçãode Chama

A1A1 B1B1

ClasseClasse AA:: refrigerantes cujatoxidade não é verificada emconcentrações ≤≤≤≤ 400 ppm

ClasseClasse BB:: refrigerantes cujatoxidade não é verificada emconcentrações ≥≥≥≥ 400 ppm

ClasseClasse 11:: refrigerantes sempropagação de chama ao ar

inferior de flamabilidade superior a0,00625 lb/ft3 e calor de combustãomenor que 8174 BTU/lb



Controle de acidentes…Controle de acidentes…

OK !OK !

Dentro dos Dentro dos Limites de Limites de

Flamabilidade?Flamabilidade?

HáHáVAZAMENTO VAZAMENTO ??

OK !OK !

SS

nn

nnA combustão só ocorre dentrodos limites de flmabilidade, caso

Primeiramente, para umacidente, é necessário que umvazamento ocorra!

Manter o sistema hermético.

Limitar a carga de HC.

�

�

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Flamabilidade?Flamabilidade?

HáHáFonte deFonte deIgniçãoIgnição??

OK !OK !

OK !OK !

Danger !Danger !

SS

SS

nn

Todas as 3 conditions devemocorrer simultâneamente, senãonão há aciedente.

Apenas umaApenas uma dessas medidas é dessas medidas é suficiente para evitar um acidente suficiente para evitar um acidente

(mas por segurança, todas são (mas por segurança, todas são consideradas)consideradas)

contrário a operação é segura.

Para a combustão deve haverfonte de ignição com energia >0,25 mJ ou superfície comtemperatura > 440°C

Manter ventilação adequadano local.

Eliminar fontes de ignição.

�

�



Refrigerating systems and heat pumps – Safety and environmental requirementsNorma Européia EN378Norma Européia EN378

Norma preparada pelo Comitê de Normalização Europeu,adotada desde 1999, divide-se em 4 partes:

Parte 1 Basic requirements, definitions, classification and selection criteria;

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criteria;

Parte 2 Design, construction, testing, making and documentation,

Parte 3 Installation site and personal protection;

Parte 4 Operation, maintenance, repair and recovery.




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Duracool Refrigerants Inc.



Exemplo:Propano (R290) → Limite de Flamabilidade Inferior = 0,038 kg/m3

→ mas o limite prático imposto é 20 % do LIF = 0,008 kg/m3

PerguntaPergunta:: Qual a carga de R290 permitida para uma sala de máquinas de 10m x10m x 4m ? ? ?


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10m x 4m ? ? ?

RespostaResposta::Volume da sala = = 400 m3

Carga máxima de R290 = 400 m3 x 0,008 kg/m3 = 33,,22 kgkg

Notas:_ construção a prova de explosão, sinalização de perigo e extintor de incêndio._ cargas menores que 150 g não demandam nenhum cuidado especial._ cargas acima de 5 kg requerem ainda ventilação forçada e detector de HC.




Ventilação NaturalVentilação NaturalA = 0,14 · m1/2

onde, A → área mínima da abertura para ventilação na sala de máquinas [m2];m → carga máxima de refrigerante em uso [kg];

Notas:a) O fluxo através da abertura não deve ser obstruído;

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a) O fluxo através da abertura não deve ser obstruído;b) Considerações quanto a densidade do refrigerante devem ser feitas.

Ventilação ForçadaVentilação ForçadaV = 14 · m2/3

onde,V → vazão volumétrica de ar de renovação [litros/s];m → carga máxima de refrigerante em uso [kg];



Qual a probabilidade de Qual a probabilidade de ocorrência de um acidente ocorrência de um acidente

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ocorrência de um acidente ocorrência de um acidente no uso de hidrocarbonetos no uso de hidrocarbonetos

como refrigerantes como refrigerantes ??



Probabilidade de acidentes com HCs.Probabilidade de acidentes com HCs.

( )total

SOISOI

room t

NtFt

V

FVP

+=∗

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Hydrocarbon Refrigerant Safety Refrigerant Safety: Safety aspects, risk analysis and legislation Safet y aspects, risk analysis and legislation, Daniel Colbourne. Seminário MMA, “Uso de Fluidos Refrigerantes Hidrocarbonetos: Situação Atual e Tendências Futuras”, SET/2005

P* Probabilidade de ignição de uma nuvem de HC

FV Volume inflamável

Vroom Volume do localFt Tempo de vazamentottotal Tempo totaltSOI Tempo ativo da fonte de igniçãoNSOI Número de fontes de ignição



Probabilidade de acidentes.Probabilidade de acidentes.

Ar condicionado automotivo (interior do veículo) 0,3 x 10-7

Moradores (Bomba de calor – R290) 1,8 x 10-7

Mecânicos durante manutenção (Bomba de calor – R290) 3,8 x 10-7

Resfriador de leite (mecânicos durante manutenção) 9,0 x 10-7

a

b

b

c

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QUANTITATIVE RISK ASSESSMENT: HYDROCARBON REFRIGERANTSD. COLBOURNE, T. J. RITTER, Calor Gas Ltd, UK . IIF-IIR - Sections B and E - Oslo, Norway - 1998

c

a U.S. Department of Energy (Dieckmann and Bentley, 1991) - R152a, R290 e R270

c IEA Annex 22 (Blom-Bruggeman, van Gerwen and Verwoerd, 1996) -R290/R600a

b TNO risk assessment (Elbers and Verwoerd, 1997) - R290

Health and Safety Executive (HSE) UK → 1 x 10-5 = risco intolerável→ 1 x 10-6 = risco desprezíel



Probabilidade de acidentes.Probabilidade de acidentes.

Ar condicionado automotivo (interior do veículo) 0,3 x 10-7

Moradores (Bomba de calor – R290) 1,8 x 10-7

Mecânicos durante manutenção (Bomba de calor – R290) 3,8 x 10-7

Resfriador de leite (mecânicos durante manutenção) 9,0 x 10-7

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Morte em acidente de automóvel (Europa) 1,0 x 10-4

Morte eletrocutado (residências) 1,0 x 10-6

Atingido por um raio 1,0 x 10-7

QUANTITATIVE RISK ASSESSMENT: HYDROCARBON REFRIGERANTSD. COLBOURNE, T. J. RITTER, Calor Gas Ltd, UK . IIF-IIR - Sections B and E - Oslo, Norway - 1998



Condições de uso em ambiente residencialCondições de uso em ambiente residencial

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13 kg de GLP em botijões usados em cozinhas por todo o Brasil.13 kg de GLP em botijões usados em cozinhas por todo o Brasil.XX

0,150 kg of R600a como carga típica em refrigeradores0,150 kg of R600a como carga típica em refrigeradores..



Necessidades deNecessidades de

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Necessidades deNecessidades deDesenvolvimentoDesenvolvimento



A expansão do uso de hidrocarbonetos como refrigerantes, depende basicamente de 3 fatores:

Necessidades de desenvolvimentoNecessidades de desenvolvimento

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1) aprimoramento da segurança;2) redução de custos do sistema, e;3) otimização de componentes.



�Aprofundamento de estudos sobre o impacto ambiental eenergético de fluidos refrigerantes

�Redução do impacto sobre o custo devido a soluções deprojeto voltadas para a segurança


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�Projeto otimizado de condensadores para minimização dacarga de refrigerantes;

�Investigação da transferência de calor e perda de carga nacondensação e evaporação de hidrocarbonetos;

�Uso de aditivos supressores de chama para obtenção deHC’s inertes ou restrição dos LFs.



There are no significant amounts of data availableon reliability testing of domestic refrigeration equipment

Pesquisa promovida em 1999 pelo UNEP conclui que:


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reliability testing of domestic refrigeration equipment converted to run on propane/isobutane.

More specific long-term reliability lifetime tests are neededunder severe conditions for HC mixtures operating under retrofit conditions, such as very high or very low ambient temperatures combined with low or high compressor start

voltage conditions.Study on the Potential for Hydrocarbon Replacements in Existing Domestic and Small Commercial Refrigeration Appliances. Jan,1999. United Nations Environment Program - Multilateral Fund for the Implementation of the Montreal Protocol



Degradação de desempenho segundo testes de vida acelerada.Degradação de desempenho segundo testes de vida acelerada.

� Desempenho de compressores éconhecido apenas para equipamentosnovos.

� Influência do desgaste mecânico aolongo do tempo;

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�As avaliações atuais do impacto indiretosobre o aquecimento global não levamem conta a degradação de desempenhodurante a vida útil;

� Como o desempenho do compressor sealtera ao longo de sua vida útil?(efeito do refrigerante, suas interações econdições operacionais);



Simulação experimental de 15 anos após 5 diasde ciclagem continua;

Ciclo de teste que impõem condições deverão/inverno, ON/OFF e flutuações de carga;


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verão/inverno, ON/OFF e flutuações de carga;

Compressores herméticos usados emrefrigeração domestica;

Avaliação tribológica antes e depois do ensaio;

Condições de teste automatizadas.




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CONCLUSÕESCONCLUSÕES

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�HCs são soluções plenamente adequadas comorefrigerantes;


�Cuidados especiais são requeridos na aplicação deHCs devido a sua elevada flamabilidade;

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�Trata-se de tecnologia madura cuja aplicaçãoem AVAC-R tem no Brasil grandespossibilidades de expansão;

HCs devido a sua elevada flamabilidade;

�O aprofundamento das pesquisas expandirá o usofuturo dos HCs como refrigerantes.



Obrigado!

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ANEXOS

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Investigated the effect of two chemical suppressants, CF3I and C3HF7, on themitigation of flammability of natural gas/air and propane–isobutane/airmixtures.

Has adopted (with good results) a “tubular burner” instead of “explosionvessels” for determining flammability limits of hydrocarbons inerted with

Inert hydrocarbon-based refrigerants.B. Z. Dlugogorski, R. K. Hichens and E. M. Kennedy - The University of Newcastle, AustraliaFire Safety Journal, Volume 37, Issue 1, FebruaryFebruary 20022002, Pages 53-65

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vessels” for determining flammability limits of hydrocarbons inerted withhalogenated agents.

The results indicate that it is not possible , using CF3I or C3F7 H, to formulatea refrigerant mixture with a substantial hydrocarbon content (inertion of thepropane–butane blend considered in this study demands 87.7% and 94.2% byweight of CF3I and C3F7 H, respectively.

None consideration was made with respect to effect of the chemicalsuppressants on other properties.

20022002



TEWI TEWI -- Total Equivalent Warming Impact : Total Equivalent Warming Impact : DefinitionDefinition

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http://www.istockphoto.com/http://www.ambientebrasil.com.br/

DIRECT IMPACTDIRECT IMPACTRefrigerant Emission

INDIRECT IMPACTINDIRECT IMPACTCO2 Emission in Power Plant

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Transmission lineLosses ≈ 7%



TEWI Simple Calculation ExampleTEWI Simple Calculation Example

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au • Domestic Fridge using RR134134aa → Charge = 300 grams• Annual Power consumption = 750 kWh• Useful Life = 15 years**• Annual leak rate = 10% = 0,030 kg• R134a GWP = 1600• CO2 Emission in power generation = 0,7 ton per kWh

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Direct Impact = 15 X 0,030 X 1600 = 720 ton CO 2

Indirect Impact = 15 X 750 x 0,7 = 7875 ton CO 2

TEWI = 720 + 7875 = 8595 ton COTEWI = 720 + 7875 = 8595 ton CO22

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LeakageLeakage Energy consumptionEnergy consumption

In the USA, average lifetime of a typ. refrigerator = 14 to 18 years (Kim, Keoleian, & Horie, 2006 , apud James et al., 2007).

On average a UK household replaces its refrigerator/fridge-freezer every 7.75 years . (Peck et al., 2006, apud James et al., 2007) *



TEWI TEWI –– Influence of technologyInfluence of technology

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http://www.ornl.gov/sci/btc/apps/imp-comref.html



LCCP LCCP -- Life Cycle Climatic PerformanceLife Cycle Climatic Performance

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The embodied energy and greenhousegas emissions associated withfluorocarbon production;

Inappropriate use of a 100 year

LCCP concept corrects TEWI including:

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Inappropriate use of a 100 yearintegration time horizon (ITH) inconjunction with certain long-livedgreenhouse gases

Accounts for end of product lifeloss/emission of working fluids(disposition of the fluorocarboninventory)

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Global Comparative Analysis of HFC and Alternative Technol ogies for Refrigeration, Air Conditioning, Foam, Solvent,Aerosol Propellant, and Fire Protection Applications. Final Report to the Alliance for Responsible Atmospheric Policy prepared byArthur D. Little. MarchMarch 2121,, 20022002cc



LCCP Example: Automotive Air ConditioningLCCP Example: Automotive Air Conditioning

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Life Cycle Climate Performance [LCCP] in Life Cycle Climate Performance [LCCP] in Mobile Air Conditioning Mobile Air Conditioning, MattiVainio, European Commission, with contributions from Stephen Andersen, Ward Atkinson, Denis Clodic, Rob Farrington, Jochen Harnisch,William Hill, Stella Papasavva and Winfried Schwarz. 10 February 2003



HFC134a/HC600a/HC290 mixture a retrofit for CFC12 systems .S.J. Sekhar and D.M. Lal - Department of Mechanical Engineering, Anna University, INDIAInternational Journal of Refrigeration 28 (20052005) 735–743

Experimental investigation on the performance of HFC134a/HC blend, in twolow temperature systems (165 l domestic refrigerator and a 400 l deep freezer)and two medium temperature systems (a 165 l vending machine and a 3.5 kWwalk-in cooler).

Some conclusions …�Better refrigerating effect of M09** resulted in 10 and 9.8 % shorter pull down

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�Better refrigerating effect of M09** resulted in 10 and 9.8 % shorter pull downtime in domestic refrigerator and deep freezer, respectively;

�Actual COP is improved by 5–17% in low temperature systems.

�Capillary used in CFC12 systems can be used for the mixture also (TXVneeds suitable super heat adjustment).

�Actual refrigeration effect of M09 is 7–26.5% and 6–28.4% higher than that ofCFC12 in domestic refrigerator and deep freezer, respectively.

M09**→ HFC134a/HC blend mixture that contains 9% HC blend (by weight)

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HFC134a/HC600a/HC290 mixture a retrofit for CFC12 systems .S.J. Sekhar and D.M. Lal - Department of Mechanical Engineering, Anna University, INDIAInternational Journal of Refrigeration 28 (20052005) 735–743

� M09 mixture reduces daily consumption by 4.1–7.6% in domestic refrigerator;

� M09 reduces compressor discharge temperature (improve compressor life).

�Miscibility of M09 with mineral oil is adequate.

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20052005



Evolving an optimal composition of HFC407C/HC290/HC600a m ixture as an alternative toHCFC22 in window air conditioners.

D.B. Jabaraj, A. Narendran, D. Mohan Lal, S. Renganarayanan – Dep. of Mech. Eng., Anna University, IndiaInternational Journal of Thermal Sciences 46 (20072007) 276–283 578–586

Experimental study on use of HFC407C/HC290/HC600a blend as a substitutefor HCFC22 in a window air conditioner looking for optimal blend composition.

� The best blend demanded lengthening of condenser by 19% in order tomaintain discharge pressure with in acceptable limits.

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� Best blend power consumption during pull down was 2 to 10 % higher thanthat of HCFC22. However, pull down time was reduced by 32% resulting inlower energy consumption.

� The best blend can improve the actual COP by 8 to 11% (reducing energyconsumption by 5 to 10.5%).

�The overall performance has proved that the new refrigerant mixture could bean excellent substitute for HCFC22.

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Performance of alternative refrigerants for residential a ir-conditioning applications.Ki-Jung Park, Taebeom Seo, Dongsoo Jung – Dep. of Mech. Eng., Inha University, KOREAApplied Energy 84 (20072007) 985–991

Two pure HC’s and seven mixtures of propylene, propane, HFC152a, anddimethyl-ether studied to substitute for HCFC22 in residential air-conditionersand heat pumps.

Optimum compositions determined by cycle analysis before testing in a

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Optimum compositions determined by cycle analysis before testing in alaboratory heat pump/air-conditioner (TEV and TCD of 7 and 45 C, respec.)

COP of the blends was up to 5.7% higher than for HCFC22. While propaneshowed a 11.5% reduction in capacity, most of the fluids had a capacity similarthat of HCFC22.

Compressor-discharge temperatures were reduced by 11 to 17 oC.

For all fluids tested: charge reduced by up to 55%, compared to HCFC22.

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Performance of alternative refrigerants for residential a ir-conditioning applications.Ki-Jung Park, Taebeom Seo, Dongsoo Jung – Dep. of Mech. Eng., Inha University, KOREAApplied Energy 84 (20072007) 985–991

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20072007



A study of tribological durability with associated environ mental impacts of a domesticrefrigerator.

Christopher Ciantar, Mark Hadfield - Bournemouth University, UKMaterials and Design 25 (20042004) 331–341

1. HFC-134a, as a CFC-12 substitute in domestic refrigerators, increase theindirect environmental impact (accounts to a substantial contribution towardsemissions from the domestic sector in the UK).

2. Experiments identified electrical energy consumption of the compressor

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2. Experiments identified electrical energy consumption of the compressorimproved substantially with CFC-12, as compared with HFC-134a (first 500-h);

3. Observations on aluminum alloy connecting rod and the steel gudgeon pinrevealed enhanced wear characteristics for samples working in an HFC-134aenvironment as compared with samples operating in a CFC-12 environment.

4. Tests on oil samples before and after a compressor test, shows that theextreme pressure performance of a synthetic lubricant deteriorate more than thatof the mineral oil.

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Describes the environmental impacts of HC refrigerants in the domesticrefrigerator hermetic compressor, based on experimental tribological tests toestablish wear mechanisms and friction coefficients within critical components.

R600a is compared with R134a with respect to tribological performance of mineraloil (MO) and poly-ol-ester (POE) lubricant.

Environmental implications of hydrocarbon refrigerants a pplied to the hermeticcompressor.

N.P. Garland, M. Hadfield - Bournemouth University, UKMaterials and Design 26 (20052005) 578–586

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oil (MO) and poly-ol-ester (POE) lubricant.

Tribological data is used to model long-term performance and subsequentenvironmental costs.

�R134a has a reduced performance over time compared with the R600a.�R600a compressor continues to perform at the end of its 15-year cycle while

the performance of the R134a compressor deteriorates rapidly at, andbeyond, 15 years.

�This fall off in performance results in a greater environmental burdencompared to the R600a.

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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração … · 1.040 tecnicos treinados para serviço com HCs. SEMINÁRIO “Difusão do uso de Fluidos Alternativos em Sistemas de Refrigeração