Uso de Hidrocarbonetos emSistemas de Refrigeração eUso de Hidrocarbonetos emSistemas de Refrigeração eSistemas de Refrigeração eAr CondicionadoSistemas de Refrigeração eAr Condicionado
João PimentaUnB, LaAR
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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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Considerações quanto à segurançaOportunidades de desenvolvimento
Conclusões
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
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INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
O que é um O que é um
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hidrocarboneto hidrocarboneto ??
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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)
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Por que usar Por que usar hidrocarbonetos como hidrocarbonetos como
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hidrocarbonetos como hidrocarbonetos como refrigerantes refrigerantes ??
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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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Por que usar hidrocarbonetos como refrigerantes Por que usar hidrocarbonetos como refrigerantes ??
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”
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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
Por que usar hidrocarbonetos como refrigerantes Por que usar hidrocarbonetos como refrigerantes ??
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adequados em termos de adequados em termos de desempenho energético e desempenho energético e
compatibilidade com materiais.compatibilidade com materiais.
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Por que usar hidrocarbonetos como refrigerantes Por que usar hidrocarbonetos como refrigerantes ??
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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
A experiência na aplicação de HCs em AVAC-R é vasta e sua adequação assegurada.
Por que usar hidrocarbonetos como refrigerantes Por que usar hidrocarbonetos como refrigerantes ??
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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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Por que usar hidrocarbonetos como refrigerantes Por que usar hidrocarbonetos como refrigerantes ??
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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Por que usar hidrocarbonetos como refrigerantes Por que usar hidrocarbonetos como refrigerantes ??
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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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.
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
McDonald’s HFC Free Project (Dinamarca)McDonald’s HFC Free Project (Dinamarca)
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Published by: McDonald´s Europe, Environment Department
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Trata-se de uma opção estratégicapara o Brasil!
Por que usar hidrocarbonetos como refrigerantes Por que usar hidrocarbonetos como refrigerantes ??
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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
$$$$
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Avaliação dos Avaliação dos hidrocarbonetoshidrocarbonetos
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hidrocarbonetoshidrocarbonetoscomo refrigerantescomo refrigerantes
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
SEGURANÇASEGURANÇADESEMPENHODESEMPENHO
MEIO AMBIENTEMEIO AMBIENTE
CritériosCritériosToxicidade
SEGURANÇASEGURANÇA
MEIO AMBIENTEMEIO AMBIENTE
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)
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Toxicidade
SEGURANÇASEGURANÇA
MEIO AMBIENTEMEIO AMBIENTE
Flamabilidade
Sistemática para escolha de um hidrocarbonetoSistemática para escolha de um hidrocarboneto
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HCsHCs ??Degradação Ozonio
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Propriedades
Tecnologia
Aquec. Global
Eficiencia Energ.
Custos
Refrigerante(s)
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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
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Toxicity
SAFETYSAFETY
ENVIRONMENTENVIRONMENT
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
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 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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Toxicity
SAFETYSAFETY
ENVIRONMENTENVIRONMENT
Flamability
ODP = 0 → NENHUM IMPACTO sobre a camada de ozônio
Degrad. OzonioMeio AmbienteMeio Ambiente
R290 Propano → Zero ---
ODPODP Atm. LifeAtm. Life
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
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 ---
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Toxicity
SAFETYSAFETY
ENVIRONMENTENVIRONMENT
Flamability
GWP ≈ 0 → IMPACTO DESPREZÍVEL
Aquec. Global
R290 Propano → < 3 ---
GWPGWP Atm. LifeAtm. Life
Meio AmbienteMeio Ambiente
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Ozone Depletion
PERFORMANCEPERFORMANCE
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 ---
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Toxicity
SAFETYSAFETY
ENVIRONMENTENVIRONMENT
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,
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
�������� 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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Toxicity
SAFETYSAFETY
ENVIRONMENTENVIRONMENT
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
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
(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.
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Toxicity
SAFETYSAFETY
ENVIRONMENTENVIRONMENT
Flamability
CUSTOS
�������� Projeto a prova de fogo
�������� Investimentos na linha de produção e custo operacional
DESEMPENHODESEMPENHO
Há pouca informação mas, em geral pode-se assumir custo30% maior
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
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
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
Toxicity
SAFETYSAFETY
ENVIRONMENTENVIRONMENT
Flamability
TecnologiaDesempenhoDesempenho
��������Otimização de componentes para menores cargas derefrigerante.
Tecnologia consolidada mas, avanços ainda necessários.
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
refrigerante.
��������Otimização de componentes para melhor desempenho.
��������Inovações em projeto e fabricação para redução decustos
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Toxicity
SAFETYSAFETY
ENVIRONMENTENVIRONMENT
Flamability
SegurançaSegurança
Sistemática para escolha de um HidrocarbonetoSistemática para escolha de um Hidrocarboneto
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ConclusõesConclusõesOzone Depletion
PERFORMANCEPERFORMANCE
Physical Props.
Tech. Changes
Global Warming
Energ. Efficiency
System Costs
Refrigerant
Meio AmbienteMeio Ambiente
DesempenhoDesempenho
HCsHCs
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Em suma…Em suma…
Toxicity
SAFETYSAFETY
ENVIRONMENTENVIRONMENT
Flamability
HC’s são soluções ambientais de longo termo;
HC’s possuem COPs elevados → menoraquecimento global indireto;
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
HCsHCsaquecimento global indireto;
Limitações se impõem devido a SEGURANÇASEGURANÇA oque limita a carga de refrigerante;
Inovações tecnológicas são requeridas pararedução de custo.
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Considerações Considerações
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quanto a quanto a SegurançaSegurança
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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.
�
�
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Refrigerating systems and heat pumps – Safety and environmental requirementsNorma Européia EN378Norma Européia EN378
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Duracool Refrigerants Inc.
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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 ? ? ?
Refrigerating systems and heat pumps – Safety and environmental requirementsNorma Européia EN378Norma Européia EN378
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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
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.
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Refrigerating systems and heat pumps – Safety and environmental requirementsNorma Européia EN378Norma Européia EN378
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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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) 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];
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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 ??
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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..
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Necessidades deNecessidades de
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Necessidades deNecessidades deDesenvolvimentoDesenvolvimento
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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.
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
�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
Necessidades de desenvolvimentoNecessidades de desenvolvimento
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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.
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
There are no significant amounts of data availableon reliability testing of domestic refrigeration equipment
Pesquisa promovida em 1999 pelo UNEP conclui que:
Necessidades de desenvolvimentoNecessidades de desenvolvimento
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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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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);
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Simulação experimental de 15 anos após 5 diasde ciclagem continua;
Ciclo de teste que impõem condições deverão/inverno, ON/OFF e flutuações de carga;
Degradação de desempenho segundo testes de vida acelerada.Degradação de desempenho segundo testes de vida acelerada.
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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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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Degradação de desempenho segundo testes de vida acelerada.Degradação de desempenho segundo testes de vida acelerada.
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
CONCLUSÕESCONCLUSÕES
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CONCLUSÕESCONCLUSÕES
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
�HCs são soluções plenamente adequadas comorefrigerantes;
CONCLUSÕESCONCLUSÕES
�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.
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
Obrigado!
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
ANEXOS
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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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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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
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) *
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
TEWI TEWI –– Influence of technologyInfluence of technology
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http://www.ornl.gov/sci/btc/apps/imp-comref.html
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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)
20052005
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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.
20072007
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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.
20072007
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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.
20042004
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Uso de Hidrocarbonetos em Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado
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.
20052005
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