UNIJU - Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UERGS Universidade Estadual do Rio Grande do Sul DeTEC - Departamento de Tecnologia Refrigerao Prof. Luiz Carlos Martinelli Jnior Panambi, janeiro de 2003. 1

Sumrio

PARTE I - HISTRICO, DIAGRAMA DE MOLLIER, REFRIGERANTES ....... 4 O HISTRICO DA REFRIGERAO........................................................... ....................... 5 DEFINIES ......................................................................... .......................................... 7 Calor e Transmisso de Calor ..................................................... ............................ 7 Terminologia utilizada em refrigerao ............................................. ..................... 9 DIAGRAMAS DE MOLLIER............................................................ ................................ 24 CICLO DE REFRIGERAO .............................................................. ............................. 25 REFRIGERANTES .................................................................. ........................................ 31 O que um Refrigerante ?......................................................... ............................. 31 A Reunio de Copenhague .......................................................... ........................... 31 Refrigerantes Freon.............................................................. ................................ 32 Refrigerantes Alternativos...................................................... ................................ 48 PARTE II - CICLO DE COMPRESSO, BALANO DE ENERGIA .................. 52 INTRODUO.......................................................................... ..................................... 53 CICLO TERICO SIMPLES............................................................. ................................ 53 CICLO REAL SIMPLES ............................................................. ..................................... 54 BALANO DE ENERGIA PARA O CICLO................................................... ...................... 55 Capacidade Frigorfica do Ciclo .................................................. ......................... 56 Potncia Terica do Compressor...................................................... ..................... 56 Fluxo de Calor Rejeitado no Condensador......................................... ................... 57 Vlvula de Expanso ................................................................ .............................. 57 Trocador de Calor Intermedirio...................................................

........................ 58 Parmetros que Influenciam a Eficcia (b) do Ciclo de Refrigerao.................. 59 PARTE III - COMPONENTES DO SISTEMA DE REFRIGERAO................ 64 TROCADORES DE CALOR ............................................................ ................................. 65 Condensadores .................................................................. ..................................... 65 Evaporadores ................................................................... ...................................... 74 DISPOSITIVOS DE EXPANSO ......................................................... .............................. 82 Tubo Capilar ................................................................... ....................................... 82 Vlvulas de Expanso................................................................ ............................. 87 COMPRESSORES.................................................................... ....................................... 96 Compressores Alternativos....................................................... .............................. 98 Compressores de Parafuso........................................................ ........................... 117 Compressores de Palhetas (Rotativos)............................................ ..................... 123 Compressores Centrfugos ......................................................... .......................... 124 Compressores Scroll............................................................. ................................ 127 Compressores Automotivos ....................................................... ........................... 129 BIBLIOGRAFIA REFRIGERAO........................................................... ....................... 133 PARTE IV - PSICROMETRIA ........................................................ ........................ 135 PSICROMETRIA ................................................................... ....................................... 136 Ar ............................................................................. ............................................. 136 Lei de Dalton ..................................................................

...................................... 137 Propriedades Termodinmicas do Ar mido............................................. .......... 138 2

DIAGRAMA PSICROMTRICO............................................................ .......................... 146 DETERMINAO DAS PROPRIEDADES DO AR ................................................ ............. 150 Processos Psicromtricos.......................................................... ........................... 152 MTODOS DE MEDIO DE UMIDADE EM GASES ............................................... ....... 168 1. Introduo ...................................................................... .................................. 168 2. O que a Umidade? ............................................................ ............................. 168 3. Mtodos de Medio de Umidade ..................................................... ............... 169 4. Vantagens e Limitaes........................................................... ......................... 176 5. Seleo de um Tipo de Higrmetro .................................................. ................ 179 6. Calibrao de Higrmetros.......................................................... .................... 180 7. Referncias ................................................................... .................................... 180 EQUAES PSICROMTRICAS .............................................................. ...................... 181 Notao Utilizada................................................................... .............................. 181 ASAE............................................................................ ......................................... 182 Albright........................................................................ ......................................... 183 BIBLIOGRAFIA PSICROMETRIA....................................................... ............................ 185 3

Parte I - Histrico, Diagrama de Mollier, Refrigerantes Prof. Luiz Carlos Martinelli Jr. - DeTEC. 4

O Histrico da Refrigerao O emprego dos meios de refrigerao j era do conhecimento humano mesmo na poca das mais antigas civilizaes. Pode-se citar a civilizao chinesa que, muitos sculos antes do nascimento de Cristo, usava o gelo natural (colhido nas superfcies dos rios e lagos congelados e conservado com grandes cuidados, em poos cobertos com palha e cavados na terra) com a finalidade de conservar o ch que consumiam. As civilizaes gregas e romanas que tambm aproveitavam o gelo colhido no alto das montanhas, a custo do brao escravo, para o preparo de bebidas e alimentos gelados . J a civilizao egpcia, que devido a sua situao geogrfica e ao clima de seu pas, no dispunham de gelo natural, refrescavam a gua por evaporao, usando vasos de barro, semelhantes s moringas1, to comuns no interior do Brasil. O barro, sendo poroso, deixa passar um pouco da gua contida no seu interior, a evaporao desta para o ambiente faz baixar a temperatura do sistema. Entretanto, durante um largo pero do de tempo, na realidade muitos sculos, a nica utilidade que o homem encontrou para o gelo foi a de refrigerar alimentos e bebidas para melhorar seu paladar. No final do sculo XVII, foi inventado o microscpio e, com o auxlio deste instrumento, verificou-se a existncia de microorganismos (micrbios, bactrias) invisveis vista sem auxlio de um instrumento dotado de grande poder de ampliao. Os micrbios existem em quantidades enormes, espalhados por todas as partes, gua, alimentos e organismos vivos. Estudos realizados por cientistas, entre eles o clebre qumico francs Louis Pasteur, demonstraram que alguns tipos de bactrias so responsveis pela putrefao dos alimentos e por muitos tipos de doenas e epidemias. Ainda atravs de estudos, ficou comprovado que a contnua reproduo das bactrias podia ser impedida em muitos casos ou pelo menos limitada pela aplicao do frio, i.e., baixando suficientemente a temperatura do ambiente em que os mesmos proliferam. Essas concluses provocaram, no sculo XVIII, uma grande expanso da indstria do gelo, que at ento se mostrava incipiente. Antes da descoberta, os alimentos eram deixados no seu estado natural, estragando-se rapidamente. Para conserv-los por maior tempo era necessrio submetlos a certos tratamentos como a salgao, a defumao ou o uso de condimentos. Esses tratamentos, na maioria dos casos, diminuam a qualidade do alimento e modificavam o seu sabor. Com a descoberta, abria-se a possibilidade de se conservar os aliment os frescos, com todas as suas qualidades, durante um perodo de tempo maior. Contudo, o uso do gelo natural trazia consigo uma srie de inconvenientes que prejudicavam seriamente o desenvolvimento da refrigerao, tornando-a de valia relativamente pequena. Assim, ficava-se na dependncia direta da natureza para a obteno da matria primordial, i.e., o gelo, que s se formava no inverno e nas regies de clima bastan te frio. O fornecimento, portanto, era bastante irregular e, em se tratando de pases mais quentes, era sujeita a um transporte demorado, no qual a maior parte se perdia p

or derretimento, especialmente porque os meios de conserv-lo durante este transporte 1 Moringa: s.f. Vaso bojudo, de gargalo estreito para gua, ordinariamente de barr o. 5

eram bastante deficiente. Mesmo nos locais onde o gelo se formava naturalmente, i.e., nas zonas frias, este ltimo tinha grande influncia, pois a estocagem era bastante difcil, s podendo ser feita por perodos relativamente curtos. Por este motivo, engenheiros e pesquisadores voltaram-se para a busca de meios e processos que permitissem a obteno artificial de gelo, liberando o homem da dependncia da natureza. Em conseqncia desses estudos, em 1834 foi inventado, nos Estados Unidos, o primeiro sistema mecnico de fabricao de gelo artificial e, que constituiu a base precursora dos atuais sistemas de compresso frigorfica. Em 1855 surgiu na Alemanha um outro tipo de mecanismo para a fabricao do gelo artificial, este, baseado no princpio da absoro, descoberto em 1824 pelo fsico e qumico ingls Michael Faraday. Durante por cerca de meio sculo os aperfeioamentos nos processos de fabricao de gelo artificial foram se acumulando, surgindo sistematicamente melhori as nos sistemas, com maiores rendimentos e melhores condies de trabalho. Entretanto, a produo propriamente dita fez poucos progressos neste perodo, em conseqncia da preveno do pblico consumidor contra o gelo artificial, pois apesar de todos estarem cientes das vantagens apresentadas pela refrigerao, era crena geral que o gelo produzido pelo homem era prejudicial sade humana. Tal crena completamente absurda, mas como uma minoria aceitava o gelo artificial, o seu consumo era relativamente pequeno. Todavia, a prpria natureza encarregou-se de dar fim a tal situao. Em 1890, o inverno nos Estados Unidos, um dos maiores produtores de gelo natural da poca, foi muito fraco. Em conseqncia, quase no houve formao de gelo neste ano, naquele pas. Como no havia gelo natural, a situao obrigou que se usasse o artificial, quebrando o tab existente con tra este ltimo e mostrando, inclusive, que o mesmo era ainda melhor que o produto natural, por ser feito com gua mais pura e poder ser produzido vontade, conforme as necessidades de consumo. A utilizao do gelo natural levou a criao, no princpio do sculo XIX, das primeiras geladeiras (Figura 1). Figura 1 6 Geladeiras de Gelo

Tais aparelhos eram constitudos simplesmente por um recipiente, quase sempre isolado por meio de placas de cortia, dentro do qual eram colocadas pedras de gel o e os alimentos a conservar. A fuso do gelo absorvia parte do calor dos alimentos e red uzia, de forma considervel, a temperatura no interior da geladeira. Surgiu, dessa forma, o impulso que faltava indstria de produo mecnica de gelo. Uma vez aceito pelo consumidor, a demanda cresceu vertiginosamente e passaram a surgir com rapidez crescente as usinas de fabricao de gelo artificial p or todas as partes. Apesar da plena aceitao do gelo artificial e da disponibilidade da mesma para todas as classes sociais, a sua fabricao continuava a Ter de ser feita em instalaes especiais, as usinas de gelo, no sendo possvel a produo do mesmo na prpria casa dos consumidores. Figura tpica da poca era o geleiro, que, com sua carroa isolada, percorria os bairros, entregava nas casas dos consumidores, periodicamente, as p edras de gelo que deviam ser colocadas nas primeiras geladeiras. No alvorecer do sculo XX, comeou a se disseminar outra grande conquista, a eletricidade. Os lares comearam a substituir os candeeiros de leo e querosene e os lampies de gases, pelas lmpadas eltricas, notvel inveno de Edison, e a dispor da eletricidade para movimentar pequenas mquinas e motores. Com esta nova fonte de energia, os tcnicos buscaram meios de produzir o frio em pequena escala, na prpria residncia dos usurios. O primeiro refrigerador domstico surgiu em 1913, mas sua aceitao foi mnima, tendo em vista que o mesmo era constitudo de um sistema de operao manual, exigindo ateno constante, muito esforo e apresentando baixo rendimento. S em 1918 que apareceu o primeiro refrigerador automtico, movido a eletricidade, e que foi fabricado pela Kelvinator Company, dos Estados Unidos. A partir de 1920, a evoluo foi tremenda, com uma produo sempre crescente de refrigeradores mecnicos. Definies Calor e Transmisso de Calor A matria pode apresentar-se em trs estados fsicos: slido, lquido e gasoso. Contudo, dependendo da temperatura e da presso, uma mesma espcie de matria pode apresentar-se em qualquer outro estado fsico. A gua, por exemplo, pode ser encontrada nos estados slido, lquido e gasoso. Fazer uma substncia mudar de estado fsico simplesmente vencer as foras de atrao e de repulso existentes entre as partculas que a constituem. De acordo com o modo como so processadas, as mudanas de estado fsico ou mudanas de fase recebem nomes especiais. A Fuso e a Vaporizao so transformaes que absorvem calor e por isso so chamadas endotrmicas. A Solidificao e a Liquefao se processam com desprendimento de calor e so denominadas exotrmicas. Conforme a maneira de se processar a vaporizao, que a passagem do estado lquido para o gasoso, ela recebe nomes diferentes. A evaporao ocorre mediante um

processo lento que se verifica apenas na superfcie do lquido, seja qual for a sua temperatura. A ebulio se d mediante um processo tumultuoso, e a vaporizao se 7

verifica em toda a massa lquida. Ela ocorre numa determinada temperatura, chamada temperatura de ebulio, que pode variar de acordo com a presso. A calefao um processo rpido, numa temperatura superior temperatura de ebulio da substncia ( o que acontece quando se joga gua numa chapa de fogo bem aquecida) Todos os corpos possuem energia trmica, que a energia associada ao estado de agitao das partculas que o compem. A temperatura a medida dessa agitao. Quanto maior a temperatura, mais agitadas esto as partculas, i.e., mais energia trm ica est presente. Todavia, um aumento da energia trmica no eleva necessariamente a temperatura de um corpo, notadamente quanto este corpo est sofrendo uma mudana de estado fsico. Quando o gelo, e.g., est se fundindo, i.e., passando para o estad o lquido, a temperatura de fuso permanece constante, apesar do aumento de energia trmica. Quando dois corpos com temperaturas diferentes so postos em contato, espontaneamente h transferncia de energia trmica do corpo mais quente para o mais frio, at ser atingido o equilbrio trmico. Isso transmisso de calor, e pode ocorrer segundo trs processos diferentes: Conduo, conveco e radiao. Conduo o processo de transmisso de calor em que a energia trmica passa de um local para outro atravs de partculas existentes entre eles. Na regio mais que nte as partculas tm mais energia e vibram com maior intensidade; essa vibrao se transmite de molcula para molcula at o extremo oposto, espalhando calor pelo corpo inteiro. Conveco o processo de transmisso de calor com formao de correntes em que as molculas de matria sobem e descem. A conveco s ocorre em fluidos (lquidos e gases). A conveco pode ser natural, quando ocasionada por diferena de densidades devido diferena de temperaturas entre as massas do fluido, ou forada, quando ocasionada por bombas ou ventiladores. No vero, o ar resfriado deve ser introduzido nas salas pela parte superior para que, devido a sua densidade, desa e provoque a circulao de ar. No inverno, o ar quente deve ser introduzido pela parte inferior da sala. Se ocorresse o contrrio, o ar frio (mais denso) continuaria embaixo e o ar quente (menos denso) continuaria em cima, no havendo, portanto, circulao. Nos refrigeradores residenciais, o evaporador sempre instalado na parte superior, para que o ar resfriado desa, dando lugar ao ar mais quente, que sobe a o receber calor dos alimentos e da abertura de portas. As prateleiras so gradeadas para possibilitar a conveco do ar no interior do refrigerador. Radiao o processo de transmisso de calor no vcuo ou num meio material. No entanto, nem todos os meios materiais permitem a propagao das ondas de calor atravs deles. Desta forma, podemos classificar os meios materiais em diatrmicos e atrmicos, conforme eles permitam ou no a propagao das ondas de calor, respectivamente. O ar atmosfrico permite e por isso um meio diatrmico. Uma parede de tijolos no permite e por isso um meio atrmico. importante salientar que toda energia radiante, como ondas de rdio, radiaes infravermelhas, luz visvel, luz ultravioleta, raios X e outras, podem converter-s e em energia trmica por absoro. Entretanto, s as radiaes infravermelhas so chamadas ondas de calor, i.e., radiaes trmicas. A energia radiante no aquece o meio em que se propaga, mas s o meio pelo qual absorvida, deixando ento de ser energia radiant e. Quando uma fonte trmica emite calor, h uma distino entre calor luminoso e

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calor obscuro. O primeiro o que vem acompanhado de luz (sol, lmpada incandescente), enquanto que o segundo no acompanhado de luz (forno, ferro de passar roupa). fato conhecido que os corpos de cores escuras so bons absorventes e bons emissores de calor e que os corpos de cores claras so maus absorventes e mau s emissores de calor, porm bons refletores. Os condensadores dos refrigeradores so pintados com tinta escura para facilitar a emisso do calor pela radiao ao ambiente. Terminologia utilizada em refrigerao gua Gelada Meio refrigerante que retira calor da rea a ser refrigerada e cede calor ao resfriador. Almofada de ar Ar preso em tubulaes e equipamentos, como radiadores, etc., que impede a mxima transferncia de calor; ar preso no lado da suco de uma bomba, causando perda de suco. Amnia Comercialmente chamada de anidra, um refrigerante (NH3). Anidro Isento de gua, especialmente de gua de cristalizao Ar saturado uma mistura de ar seco e de vapor d gua saturado. Mais precisamente o vapor d gua que saturado e no o ar. Ar no saturado uma mistura de ar seco e vapor d gua superaquecido. Bombas de baixo e alto vcuo As bombas de vcuo so usadas para evacuar e desidratar a unidade selada. Podem ser de baixo e de alto vcuo. Bombas de baixo vcuo so aquelas que no podem produzir um vcuo superior a 685,8 mm Hg ou 27 . Portanto, teoricamente, uma bomba de baixo vcuo atingir, no mximo, um vcuo de 685,8mm Hg ou 27 . Bombas de alto vcuo so as que produzem um vcuo acima de 736 mm Hg ou 29 . Essas bombas atingem, no mximo, um vcuo de 760mm Hg ou 29,92 . 9

Figura 2

Bomba de Vcuo

Calor Especfico Calor Especfico indica a quantidade de calor que cada unidade de massa do corpo precisa receber ou ceder para que sua temperatura possa variar de um grau. uma caracterstica natural da substncia, isto , cada substncia tem seu calor especfico . Os metais so substncias de baixo calor especfico, por isso, quando cedem calor sofrem grandes variaes de temperatura. O calor especfico depende do estado fsico do sistema, sendo maior no estado lquido do que no slido. O calor especfico dos slidos e lquidos mudar consideravelmente se o intervalo de variao da temperatura for muito grande. Para o s gases, o calor especfico tambm varia com a presso e o volume. Caloria Quantidade de calor necessria para elevar a temperatura de um quilograma de gua destilada de 1C. Calorimetria A calorimetria estuda a medida das quantidades de calor trocadas entre sistemas com diferentes temperaturas colocados em contato. O Calor j era investigado quantitativamente bem antes de ser demonstrada sua natureza energtica, o que levou os pesquisadores a estabelecer o conceito de quantidade de calor. Sendo o calor uma forma de energia, sua quantidade pode ser medida com a mesma unidade com que se medem outras formas. No Sistema Internacional (SI) de unidades, a quantidade de calor medida em Joule (J). Entre tanto, no campo da refrigerao so usadas outras unidades, como a caloria (cal) e a quilocaloria (kcal). Os pases de lngua inglesa usam o British Thermal Unit (BTU) como unidade. Uma caloria a quantidade de calor necessria para elevar de 14,5C a 15,5C a 10

temperatura de um grama de gua pura a presso normal. Inversamente, se retirarmos uma caloria de um grama de gua com temperatura de 15,5C, a presso normal, obtemos 14,5C. Uma BTU a quantidade de calor necessria para aquecer 1lb (1 libra-massa = 435,6g) de gua pura de 58,5F a 59,5F, sob presso normal. comum aparecer nos manuais tcnicos de refrigerao as mais variadas unidades de calor, com seus mltiplos e submltiplos. Calor Sensvel e Calor Latente Um corpo que cede ou recebe calor pode sofrer dois efeitos diferentes: variao de temperatura ou mudana de estado. Quando o efeito do calor de variao de temperatura, o calor chamado de Sensvel. Se o efeito do calor de mudana de estado, o calor chamado Latente. Observe-se que enquanto ocorre a mudana de estado, a temperatura do corpo mantmse constante. Chiller Trocador de calor no qual o refrigerante, baixa presso, se evapora, absorvendo o calor da rea refrigerada. Ciclo um processo ou uma srie de processos onde os estados inicial e final do sistema (da substncia) so idnticos. Coeficiente de Eficcia (de Desempenho) a relao entre o efeito refrigerante e o trabalho de compresso. Um alto coeficiente de desempenho significa alto rendimento. Os valores tericos deste coeficiente variam desde 2,5 at mais de 5. & ENERGIA util Q h -h 0 14 b = == ENERGIA gasta W& Ch2 -h1 Condies para a Tonelada de Refrigerao Padro Temperatura de evaporao de 15C, temperatura de condensao de 30C, temperatura do lquido antes da vlvula de expanso de 25C e temperatura do gs de suco de 10C constituem as condies de referncia da tonelada de refrigerao padro. As condies nominais das mquinas de refrigerao so freqentemente inferiores s da tonelada padro. Congelamento Formao de gelo no dispositivo de expanso do sistema de refrigerao, tornando-o inoperante. Contrapresso

Termos sinnimo de presso de suco. Desidratar 11

Retirar gua de qualquer tipo de matria. Desumidificar Reduzir a quantidade de vapor d gua contida num espao Efeito Refrigerante Ou Capacidade Frigorfica, a quantidade de calor absorvida no evaporador, que a mesma quantidade de calor retirado do espao que deve ser refrigerado. Mede-se o efeito refrigerante subtraindo-se o calor contido em 1kg de refrigerante que ent ra na vlvula de expanso do calor contido no mesmo quilograma de refrigerante ao entrar n o compressor. & Q0 = m& f (h1 -h4 ) Eletricidade Cada equipamento est programado para trabalhar com determinada tenso e corrente e oferece certo tipo de resistncia. A relao entre essas grandezas muito bem calculada pelo fabricante. Valores fora dos limites preestabelecidos provoca m mau funcionamento e podem at danificar os aparelhos. Mas como saber se os valores do circuito so os ideais para o sistema? A eletricidade no pode ser vista, por isso deve-se usar o raciocnio e os medidores. Mas, o raciocnio s vai funcionar se as leis e frmulas das cargas eltricas forem conhecida s e aplicadas como frmulas. Os medidores s podem ser teis se o operador souber como us-los. So cinco os principais instrumentos de medio para um circuito eltrico: o voltmetro, o ampermetro, o ohmmetro, o wattmetro e o meghmetro. O primeiro mede a tenso em volts (V). Serve, entre outras coisas, para ver se a tenso que est operando no circuito ideal -se estiver baixa pode diminuir o rendimento, se esti ver alta pode danificar o equipamento. O ampermetro mede a corrente em ampres (A). Se o motocompressor estiver gerando corrente alta, o protetor trmico pode desliga r ou os fios, se no forem bem dimensionados, podem pegar fogo. O ohmmetro mede a resistncia em ohms (W). Serve, por exemplo, para verificar se o condutor est funcionado, isto , se h continuidade no circuito, ou se existe algum problema com as resistncias dos aparelhos. O wattmetro mede a potncia em watts (W). usado para verificar se o equipamento est trabalhando dentro das normas especificadas pelo fabricante. Por fim, o meghmetro mede alta isolao, ou seja, resistncias suficientemente altas para impedir que a corrente passe atravs delas. Serve, por exemplo, para verificar se no tem fuga de corrente para a carcaa do compressor, qu e pode dar choque em quem toc-lo. Uma alternativa prtica e econmica o alicate ampermetro, que rene trs instrumentos num s: o ampermetro, o voltmetro e o ohmmetro.

Como Usar! Para medir a tenso de um circuito, o voltmetro tem que ser ligado em paralelo, isto , sem entrar no circuito, ao contrrio do ampermetro e do ohmmetro, que devem ser ligados em srie, isto , como parte integrante do circuito (Figura 3). O ohmmetr o s pode ser usado com o circuito desligado. Caso contrrio, o instrumento pode ser danificado. O mesmo procedimento deve ser aplicado ao meghmetro. 12

Figura 3 - Instalao de Voltmetro e Ampermetro no circuito eltrico Usando as leis da eletricidade, porm, muitas vezes possvel calcular os valores das grandezas de um circuito. Sabendo que a potncia igual ao produto da tenso pela corrente (P = U x I, onde P a potncia em watts, U tenso em volts e I corrente em ampres), fica fcil quando se tem dois dos valores. Supondo que no circuito age uma tenso de 110 V e uma corrente de 2 A, a potncia vai ser: P = 110 x 2; P = 220 W. Cuidado! Talvez a primeira coisa que todo mundo deve saber sobre eletricidade que ela perigosa. Assim, a instalao e a manuteno corretas do aparelho so mais do que aconselhveis: elas so necessrias. A principal medida de segurana o aterramento. Todo aparelho vem munido de um fio de terra, que deve ser ligado a uma barra metlica, feita especialmente par a essa funo. A barra enterrada no cho e, cada vez que houver fuga de corrente do circuito, em vez de ela danificar o equipamento ou machucar o usurio, vai se desv iar para o fio de terra e deste para a barra. O processo simples o nosso corpo ofere ce maior resistncia para a corrente eltrica do que o fio de terra; por isso ela escap a por ele em vez de dar um choque na gente. Figura 4 - Porcentagem da corrente que circula pelo corao em funo do tipo de contato Tambm importante, sempre que se fizer manuteno num aparelho, verificar se as ligaes do circuito esto bem conectadas. Um fio solto pode causar mau 13

funcionamento ou fuga de corrente. As conseqncias podem ser muitas: aquecimento dos componentes do circuito, queima de fusveis, danos nas bitolas ou choques no usurio (Figura 4). Leis da Eletricidade 1 lei de Kirchhoff: Em um circuito eltrico em srie, a soma das tenses parciais igual tenso aplicada no circuito e o valor da corrente eltrica igual em todos os pontos do circuito. 2 lei de Kirchoff: Em um circuito eltrico em paralelo, a soma das correntes parcia is igual corrente de entrada do circuito e o valor da tenso aplicada igual em todos os componentes do circuito. Lei de Ohm: A corrente de um circuito eltrico diretamente proporcional tenso e inversamente proporcional resistncia. Entalpia o calor total ou o calor contido em uma substncia, expresso em kcal/kg. Entropia um coeficiente termodinmico que indica o grau de perdas irreversveis em um sistema. Equivalente Mecnico Uma quilocaloria (kcal) igual a 427,1 quilogramas fora-metro (kgf.m). Escalas Termomtricas As escalas termomtricas usuais so: 1. A Celsius, inventada em 1742 pelo sueco Anders Celsius (1701 1744); 2. A Fahrenheit, de Gabriel Fahrenheit (1686 1736), utilizada pelos pases de lngua inglesa (exceto a Gr-Bretanha). A escala absoluta relacionada com a escala Celsius chamada de escala Kelvin (em honra a Willian Thomson, 1824 1907, tambm chamado Lord Kelvin) e designada por K. A escala absoluta relacinada escala Fahrenheit chamada de escal a Rankine, e designada por R. Segue abaixo as relaes entre as escalas. 14

5 T = 273,15 + t = T K cR 9 T = 459,67 + t = 1,8 T R FK tc = 5 (tF -32)= TK -273,15 9 t = 1,8t + 32 = T -459,67 Fc R Onde: TK Temperatura TR Temperatura tc Temperatura tF Temperatura em em em em Kelvin (K) Rankine (R) Celsius (C) Fahrenheit (F)

Figura 5 Evacuao

Escala Termomtrica

Evacuao o ato de produzir vcuo, com a eliminao dos vapores incondensveis do interior do sistema de refrigerao. A tarefa de evacuao precisa ser executada para recuperar uma unidade refrigeradora. Est comprovado pela experincia que uma unidade refrigeradora no funciona normalmente se contiver teores de umidade ou de gases incondensveis. A umidade causa entupimento no circuito refrigerante devido ao congelamento na sada do capilar. Os gases incondensveis promovem aumento de presso no condensador, dificultando a condensao do refrigerante. O oxignio, principalmente, pode oxidar o leo nos locais onde a temperatura mais alta. , portanto, necessrio que se faa simultaneamente a evacuao e a desidratao do sistema de refrigerao, antes de efetuar a carga de fluido refrigerante. A evacu ao e a desidratao so feitas por meio de bombas de vcuo (Figura 2) Fator de Resfriamento pelo Vento Efeito de temperatura, devido ao vento, sobre a pele desprotegida, para determinadas velocidades e temperaturas, como mostra a Tabela 1. Por exemplo, se a 15

temperatura local de 10C e o vento sopra velocidade de 12km/h, o fator de resfriamento devido ao vento de 0C. Lado de Alta Presso A parte do sistema de refrigerao que fica presso de descarga ou do condensador. Ele compreende desde a descarga do compressor at a entrada da vlvula de expanso. Tabela 1 ndice de resfriamento devido ao vento.

Velocidad e do vento (km/h) Indicao do termmetro (C) 10 4 -1 -7 -12 -18 -23 -29 -34 -40 -46 -51 Efeito equivalente na pele desprotegida Calmaria 10 4 -1 -7 -12 -18 -23 -29 -34 -40 -46 -51 3 9 3 -3 -9 -14 -21 -26 -32 -38 -44 -49 -56 6 4 -2 -9 -16 -23 -29 -36 -43 -50 -57 -64 -71 9 2 -6 -13 -21 -28 -38 -43 -50 -58 -65 -73 -81 12 0 -8 -16 -23 -32 -39 -47 -55 -63 -71 -79 -85 16 -1 -9 -18 -26 -34 -42 -51 -59 -67 -76 -83 -92 19 -2 -11 -19 -28 -36 -44 -53 -62 -70 -78 -87 -96 22 -3 -12 -20 -29 -37 -45 -55 -63 -72 -81 -89 -98 25 -3 -12 -21 -29 -38 -47 -56 -65 -73 -82 -91 -100 Pouco perigo com roupas adequadas Perigo de congelamento da pele exposta Grande perigo de congelamento da pele exposta Fonte: Elonka, S.M. e Minich, Q.W.; pgina 14 Lado de Baixa Presso A parte do sistema de refrigerao que fica baixa presso. Ele compreende desde a sada da vlvula de expanso at a entrada de suco do compressor. Lquido Saturado Se uma substncia existe como lquido temperatura e presso de saturao, esta chamada de Lquido Saturado. Lquido Sub-Resfriado/Lquido Comprimido Se a temperatura do lquido menor do que a temperatura de saturao para a presso existente, o lquido chamado de Lquido Sub-Resfriado. Se a presso maior do que a presso de saturao para a temperatura dada, o lquido chamado de Lquido Comprimido. Meio Refrigerante Qualquer fluido usado para absorver calor que circula no trocador de calor do qual o calor retirado, e.g., gua gelada e salmoura. 16

Ponto de Orvalho Menor temperatura a que podemos esfriar o ar, sem que ocorra alguma condensao de vapor de gua ou umidade, ou seja, a temperatura qual a umidade relativa do ar 100%. Presso Presso a fora exercida por um corpo perpendicularmente a uma superfcie dividida pela rea de contato desse corpo com a superfcie. Portanto, presso fora por unidade de rea. F R= A A presso : -diretamente proporcional fora, isto , aumentando a fora, a presso aumenta. -inversamente proporcional rea, isto , diminuindo a rea, a presso aumenta. Unidades de Presso Segundo o Sistema Internacional (SI), a unidade de fora o Newton (N) e a unidade de rea o metro quadrado (m2). Como presso a fora exercida por unidade de rea, isto , R= F , sua unidade, segundo o SI, N 2 . Esta unidade recebe o nome de Am pascal (Pa). N Assim , 1 2 = 1 Pa m N kg.m/s2 1 kgf 9,81 N 1 N 0,102 kgf O Pascal a unidade oficial recomendada pela Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) e pelo Instituto Nacional de Metrologia, Normalizao e Qualidade Industrial (INMETRO), mas h outras unidades de presso usadas na prtica, em razo dos aparelhos de medio que ainda trazem essas unidades. Assim, temos bria (bar) e megabria (Mbar); (kgf/m2); (kgf/cm2), que recebe o nome de atmosfera tcnica absoluta (ata); atmosfera (atm); milmetro de mercrio (mm de Hg); Torricelli (Torr) ; libra-fora por polegada (psig), etc. Presso Atmosfrica e Vcuo fato conhecido que a Terra est envolvida por uma camada gasosa denominada

atmosfera. A atmosfera exerce sobre a Terra uma presso conhecida por presso atmosfrica. O primeiro a medi-la foi o fsico italiano Torricelli, a partir de uma experincia realizada ao nvel do mar. Torricelli usou um tubo de vidro, com cerca d e um metro de comprimento, fechado em um dos extremos. Encheu o tubo com mercrio e tampou a extremidade aberta com o dedo. Em seguida, inverteu o tubo e mergulho u-o em um recipiente tambm contendo mercrio. S ento retirou o dedo do tubo (Figura 6). 17

Figura 6 - Experincia de Torricelli Torricelli verificou que o mercrio contido no tubo desceu at parar na altura de 76cm acima do nvel do mercrio contido no recipiente aberto. Por que todo o mercrio do tubo no desceu para o recipiente? Simplesmente porque a presso atmosfrica, agindo sobre a superfcie livre do mercrio contido no recipiente, equilibrou a presso exercida pela coluna de mercrio contida no tubo (Figura 7). Figura 7 - Presso do ar sobre o mercrio Torricelli concluiu que a presso atmosfrica eqivale presso exercida por uma coluna de mercrio de 76cm de altura ao nvel do mar; para esse valor deu o nome de atmosfera, cujo smbolo atm. Assim, 1 atm = 76cm de Hg = 760mm de Hg. O aparelho inventado por Torricelli foi denominado barmetro. Posteriormente, foram realizadas vrias experincias para medir a presso atmosfrica em diferentes altitudes e chegou-se concluso de que a presso atmosfrica varia com a altitude. De fato, a cada 100m de variao na altitude, a presso atmosfrica varia 1cm de coluna de mercrio. Nos lugares elevados, a presso diminui; nos lugares mais baixos, aumenta. A unidade mm de Hg chamada Torricelli (Torr): 1mm de Hg = 1 Torr, 18

logo, 1 atm = 760 mm de Hg = 760 Torr Pascal repetiu a experincia de Torricelli usando gua em lugar de mercrio e verificou que a Presso Atmosfrica equilibra uma coluna de gua de 10,33m de altura. Assim, 1 atm = 10,33m de coluna de gua. Para um clculo da Presso Atmosfrica mais preciso, a ASHRAE indica a equao abaixo, para altitudes de at 10.000 m. 5,2559 3 -5 P = 101,325.10 (1 -2,25577.10 H )(Pa) A Tabela 2 apresenta algumas converses de unidade para a presso. Tabela 2 Converso de Unidades

Presso ba 2 cm dyn Pa 2 m N atm bar ata 2 cm kgf Torr (mmHg) m de col de H2O psi 1 ba 1 0,1 0,987.10-6 10-6 0,102.10-5 7,5.10-4 10,2.10-6 1,45.10-5 1 Pa 10 1 9,87.10-5 10-5 0,102.10-4 7,5.10-3 10,2.10-5 1,45.10-4 1 atm 1,013.106 1,013.105 1 1,013 1,033 760 10,33 14,69 1 bar 106 105 0,987 1 1,02 750 10,2 14,50 1 ata 9,81.105 9,81.104 0,968 0,981 1 736 10 14,22 1 Torr 1,33.103 133 1,31.10-3 1,36.10-3 1,36.10-3 1 13,6.10-3 0,01934 1 mH2O 9,81.104 9,81.103 9,68.10-2 9,81.10-2 0,1 73,6 1 1,425 1 psi 68,96.102 6,895 6,807.102 6,896.10-2 0,0703 51,7 70,17.10-2 1

Presso de Descarga Presso na sada (descarga) do compressor ou na entrada do condensador. Presso de Suco Presso na entrada (suco) do compressor ou na sada do evaporador. Processo uma mudana do estado que pode ser definida como qualquer mudana nas propriedades da substncia. Uma descrio de um processo tpico envolve a especificao dos estados de equilbrio inicial e final. Pump Down Operao pela qual todo o refrigerante bombeado at se depositar, em estado lquido , no condensador receptor. 19

Refrigerao Refrigerao todo processo de remoo de calor. definida como a parte da cincia que trata do processo de reduo e manuteno de temperatura de um espao ou material abaixo da temperatura ambiente. Refrigerao significa esfriar constantemente, conservar frio. Para se obter o frio, deve-se extrair o calor do corpo que se quer refrigerar, transferindo-o para outro corpo com temperatura menor. Refrigerante Circulante A quantidade de refrigerante que circula no sistema para cada tonelada de capacidade. Resfriador Ver Chiller .

Salmoura Em sistemas de refrigerao, qualquer lquido resfriado pelo refrigerante e bombeado pela serpentina de resfriamento para absorver calor. A salmoura no sofre nenhuma mudana de estado mas, apenas, de temperatura. Usa-se a salmoura em sistemas indiretos. Sistema de Refrigerao Inundado Tipo de sistema de refrigerao em que s uma parte do refrigerante que circula evaporado, sendo o restante separado do vapor e recirculado (ver evaporadores Caderno Uniju Refrigerao e Ar Condicionado 2 parte). Substncia Pura qualquer substncia que tem composio qumica invarivel e homognea. Ela pode existir em mais de uma fase (slida, lquida ou gasosa), mas a composio qumica a mesma em todas as fases. Termmetros O instrumento usado para medir temperatura o termmetro. O mesmo pode utilizar diversas grandezas fsicas como medida de temperatura, entre elas, o volu me de um lquido, o comprimento de uma barra, a resistncia eltrica de um fio, etc. Assim, pode-se utilizar o mercrio para baixas temperaturas, o lcool para temperaturas mui to baixas e, ao contrrio, pode-se usar um par termoeltrico ou a dilatao de uma barra para altas temperaturas. Para isso, houve necessidade de se tomar uma referncia, ou seja, todos os termmetros devem fornecer a mesma temperatura em uma determinada situao controlada. Assim, em 1954, na Dcima Conferncia de Pesos e Medidas, as medidas de temperatura foram redefinidas em termos de um nico ponto fixo. Esse ponto fixo foi escolhido a partir da gua, ou seja, um ponto em que o gelo, a gua lquida e o va por d gua coexistam em equilbrio: o ponto triplo da gua. Esse ponto s pode ser conseguido para uma mesma presso ( a presso do vapor d gua de 4,58 mmHg). A temperatura deste ponto fixo (ponto triplo) foi estabelecida como padro, ou seja,

como 273,16 graus Kelvin e 0,01 graus na escala Celsius. Pode-se observar ainda uma escala absoluta de temperatura. Com base na 20

segunda lei da termodinmica pode-se definir uma escala de temperatura que independente da substncia termomtrica. Essa escala absoluta usualmente denominada Escala Termodinmica de Temperatura. Temperatura Temperatura uma propriedade intrnseca da matria. uma medida do nvel da intensidade calorfica de presso trmica de um corpo. Uma elevada temperatura indica um alto nvel de presso trmica e diz-se que o corpo est quente. Da mesma forma, uma baixa temperatura indica um baixo nvel de presso trmica e diz-se que o corpo est frio. A temperatura uma funo da energia cintica interna e, como tal, um ndice da velocidade mdia molecular. A temperatura uma grandeza escalar, uma varivel termodinmica. Se dois sistemas esto em equilbrio termodinmico, pode-se afirmar que as suas temperaturas so iguais. Temperatura Ambiente A temperatura do ar em um espao, e.g., a temperatura de uma sala. Temperatura de Saturao O termo designa a temperatura na qual se d a vaporizao de uma substncia pura a uma dada presso. Essa presso chamada Presso de Saturao para a temperatura dada. Para a gua, por exemplo, a 100C, a presso de saturao de 1,033 kgf/cm ou, estando a gua a 100C, a presso de saturao de 1,033 kgf/cm. Para uma substncia pura h uma relao bem definida entre a presso de saturao e a temperatura de saturao. Ttulo Quando uma substncia existe parte lquida e parte vapor, na temperatura de saturao, a relao entre a massa de vapor pela massa total (massa de lquido + massa de vapor) chamada de Ttulo e representada por X, matematicamente: mm X = V = V mm + m T LV Trabalho de Compresso Quantidade de calor acrescida ao refrigerante no compressor. Pode ser medido subtraindo-se o calor contido em um quilograma de refrigerante na suco do compressor do calor contido no mesmo quilograma de refrigerante na descarga do compressor. Tubulao de Lquido Tubulao de refrigerante atravs da qual o refrigerante, em estado lquido, flui do condensador at a vlvula de expanso. Umidade Absoluta

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Peso de vapor d gua existente por unidade de volume de ar, expressa em gramas por metro cbico. Umidade Relativa (j jj) Umidade relativa definido como sendo a relao entre a presso parcial do vapor d gua na mistura e a presso de saturao correspondente temperatura de bulbo seco da mistura. P v j = P s Vcuo Vcuo o termo que designa ausncia de matria em um espao. A cincia admite que ainda no possvel produzir vcuo perfeito. Portanto, vcuo em espao fechado, por exemplo, no interior de um refrigerador, significa que esse espao te m gases a uma presso bastante inferior presso atmosfrica. A presso atmosfrica, ao nvel do mar, vale 1,03 kgf/cm2 ou 14,7 lbf/pol2 ou 1 atm ou 760 mm Hg, a 0C de temperatura. Assim um espao fechado cuja presso seja bastante inferior a 1,03 kgf/cm2 ou 760mm Hg ser considerado vcuo. Para o sistema de refrigerao, onde normalmente a presso de vcuo deve ter valor muito inferior a 1mm Hg, adota-se a unidade militorr (mmTorr), equivalente a 0,001mm Hg ou 103 Torr. Esse valor no pode ser medido com manmetros comuns. Nas presses com valores abaixo de 1 Torr usam-se medidores eletrnicos de vcuo, que indicam presses abaixo de 50 mmTorr. Vacumetro um instrumento utilizado para medir vcuo. O vacumetro utilizado em refrigerao o eletrnico. Este vacumetro tem duas escalas que do leitura direta. A escala A, de baixo, d a leitura em miliampres. A escala B, de cima, d leitura em Torr; Esta escala apresentada com potenciao negativa, isto , 10-3, 10-2, 10-1, 100. Para que voc possa ler essa escala, vamos relembrar o que voc aprendeu sobre potenciao. Um nmero elevado a um expoente deve ser multiplicado por si mesmo tantas vezes quanto o valor do expoente indicar. Assim, 101 = 10 102 = 10 x 10 = 100 103 = 10 x 10 x 10 = 1000 Portanto, o nmero 10 elevado ao expoente 2 igual a 100. Esta chamada potncia positiva.

Quando o expoente negativo, a potncia no deve multiplicar e sim dividir; logo, a potncia ser uma frao. 22

1 10-1 = 1 = 0,1 10 11 1 10-2 = x == 0,01 10 10 100 1 111 1 10-3 == xx == 0,001 103 10 10 10 1000 Portanto, o nmero 10 elevado ao expoente -1 igual a 0,1. Esta chamada potncia negativa. A escala do vacumetro pode ser dada em Torr; a leitura pode se transformar em mmHg. Sabemos que 1 mmHg igual a 103 miliTorr ou 1 Torr. A leitura da escala feita da direita para esquerda; essa escala inicia com o val or 100, que corresponde a 1mmHg ou 1 Torr ou 103 miliTorr. Deve-se ler o nmero indicado pelo ponteiro e multiplic-lo pela potncia negativa esquerda desse nmero. Figura 8 - Leitura em um Vacumetro Analgico Na Figura 8, o ponteiro indica o nmero 2 e, logo em seguida, esquerda, a potncia 10-2; portanto, -22 2 2 x 10 === 0,02 Torr 102 100 como 1 Torr = 1000 miliTorr, ento 0,02 Torr = X 1000 mTorr x 0,02 Torr X = 1Torr X = 20 mTorr se o ponteiro indicar 10-3, teremos 1 Torr = 103 mTorr 10-3 Torr x1000 mTorr X = 1Torr

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X= 1 mTorr Vapor Superaquecido Quando o vapor est a uma temperatura maior que a temperatura de saturao, o mesmo chamado de Vapor Superaquecido. A presso e a temperatura do vapor superaquecido so propriedades independentes, pois a temperatura pode ser aumentad a mantendo-se uma presso constante. Em verdade, as substncia que chamamos de gases so vapores altamente superaquecidos. A Figura 9 retrata a terminologia explicada anteriormente. Figura 9 Representao da Terminologia para uma Substncia Pura.

Vapor Saturado Se uma substncia existe como vapor na temperatura de saturao, esta chamada de vapor saturado. Neste caso o Ttulo igual a 1 (X=1) ou 100% pois a massa total (mT) igual a massa de vapor (mV). Freqentemente usa-se o termo Vapor Saturado Seco para esta situao. Voltil Facilmente evaporvel. Esta uma propriedade essencial de todos os refrigerantes de compresso . Diagramas de Mollier As propriedades termodinmicas de uma substncia so freqentemente apresentadas, alm de tabelas, em diagramas que podem ter por ordenada e abcissa, 24

temperatura e entropia, entalpia e entropia ou presso absoluta e entropia respectivamente. O diagrama tendo como ordenada presso absoluta (p) e como abcissa a entalpia (h) mais freqente nos fludos frigorficos porque nestas coordenadas mais adequado representao do ciclo termodinmico de refrigerao. Estes diagramas so conhecidos por DIAGRAMA DE MOLLIER. A Figura 10 mostra os elementos essenciais dos diagramas, presso-entalpia (p-h) para o refrigerante 22. As caractersticas gerais de tais diagramas so as mesmas para todas as substncias puras . Figura 10- Principais Linhas do Diagrama de Mollier P-h para o R-22. Esses diagramas so teis tanto como meio de apresentar a relao entre as propriedades termodinmicas como porque possibilitam a visualizao dos processos que ocorrem em cada parte do sistema. Assim, no estudo de um ciclo frigorfico, usaremos o diagrama de Mollier para mostrar o que ocorre em cada componente do sistema frigorfico (compressor, condensador, vlvula e evaporador). Representamos tambm sobre o diagrama de Mollier o ciclo completo de refrigerao. No diagrama de Mollier, podemos destacar trs regies caractersticas, que so: a) a regio esquerda linha de lquido saturado (X=0) chamada de regio de lquido sub-resfriado. b) a regio compreendida entre as linhas de lquido saturado (X=0) e vapor saturado (X=1), chamada de regio de vapor mido ou regio de lquido mais vapor. c) a regio direita da linha de vapor saturado (X=1), chamada de regio de vapor superaquecido. Para determinar as propriedades termodinmicas de um estado nas condies saturadas, basta conhecer uma propriedade e o estado estar definido. Para as regie s de lquido sub-resfriado e vapor superaquecido precisamos conhecer duas propriedad es para definir um estado termodinmico. Ciclo de Refrigerao 25

Pode-se chamar de Ciclo de Refrigerao, uma situao onde, em circuito fechado, o gs refrigerante, transformando-se sucessivamente em lquido e vapor, pos sa absorver calor a baixa temperatura e presso pela sua evaporao e rejeitar calor a al ta temperatura e presso pela condensao. Na prtica, isso conseguido a partir de quatro elementos fundamentais: 1. o Compressor, que aspira e comprime o vapor refrigerante; 2. o Condensador, onde o vapor refrigerante condensado, passando ao estado lquido; 3. o Tubo Capilar ou a Vlvula de Expanso, que abaixa a presso do sistema por meio de uma expanso teoricamente isoentlpica e controla o fluxo de refrigerante que chega ao evaporador e 4. o Evaporador, onde o calor latente de vaporizao absorvido e enviado ao compressor, iniciando-se um novo ciclo. A Figura 11 e a Figura 12 mostram como isso se processa: Figura 11 26 Esquema Simplificado do Ciclo de Refrigerao

Figura 12

Esquema do Ciclo de Refrigerao

Da Figura 13 Figura 17 so mostrados exemplos dos principais componentes (Compressor, Condensador, Vlvula de Expanso/Tubo Capilar e Evaporador) Figura 13 27 Compressor para refrigerao

Figura 14 Figura 15

Condensador Vlvula de Expanso

Figura 16 - Tubo Capilar 28

Figura 17

Evaporador

Estes componentes, juntamente com uma srie de controles (trmicos, de corrente, de presso alta, de presso baixa, etc.), constituem o sistema de refrigerao e possibilitam a construo de equipamentos de grande capacidade trmica e tambm sistemas residenciais, como na Figura 18. 29

Figura 18 30

Ciclo de Refrigerao em uma geladeira residencial

Refrigerantes O que um Refrigerante ? o fluido que absorve calor de uma substncia do ambiente a ser resfriado. No h um fluido refrigerante que reuna todas as propriedades desejveis, de modo que, um refrigerante considerado bom para ser aplicado em determinado tipo de instalao frigorfica nem sempre recomendado para ser utilizado em outra. O bom refrigerante aquele que rene o maior nmero possvel de boas qualidades, relativamente a um determinado fim. As principais propriedades de um bom refrigerante so: Condensar-se a presses moderadas; Evaporar-se a presses acima da atmosfrica; Ter pequeno volume especfico; Ter elevado calor latente de vaporizao; Ser quimicamente estvel (no se altera apesar de suas repetidas mudanas de estado

no circuito de refrigerao); No ser corrosivo; No ser inflamvel; No ser txico; Deve permitir fcil localizao de vazamentos; No deve atacar o leo lubrificante ou ter qualquer efeito indesejvel sobre os outros materiais da unidade e No deve atacar ou deteriorar os alimentos, no caso de vazamentos. No deve atacar a camada de oznio, em caso de vazamentos. A Reunio de Copenhague Na reunio de Copenhague, os pases signatrios decidiram estabelecer o controle sobre novas substncias e antecipar o phase out das que j eram controladas. Os principais pontos do novo acordo so: 1. CFCs a.) 75% de reduo em 01/01/1994. b.) 100% de reduo em 01/01/1996. 2. Halons 100% de reduo em 01/01/1994. 3. Tetracloreto de carbono a.) 85% de reduo em 01/01/1995. 31

b.) 100% de reduo em 01/01/1996. 4. Metil clorofrmio (1,1,1 - tricloroetano) a.) 50% de reduo em 01/01/1994, em relao produo de 1986. b.) 100% de reduo em 01/01/1996. Emendas 5. HCFCs a.) Congelamento da produo em 01/01/1996. baseado em: b.) 3,1% do consumo de CFCs em 1989, mais 100% do consumo de HCFCs em 1989. c.) 35% de reduo em 01/01/2004. d.) 65% de reduo em 01/01/2010. e.) 90% de reduo em 01/01/2015. f.) 99,5% de reduo em 01/01/2020. g.) 100% de reduo em 01/01/2030. 6. HBFCs 100% de reduo em 01/01/1996. 7. Brometo de metila a.) Listado como substncia controlada b.) O ano base 1991. c.) Congelamento da produo em 1995 aos nveis de 1991. d.) Resoluo: avaliar usos e produo do brometo de metila por meio do Painel de Avaliao Cientfica do Protocolo; estabelecer, na prxima reunio, os prazos para reduo da produo e a data final para o phase out .

Nota: Para os pases em desenvolvimento foram mantidos os dez anos de carncia em relao ao phase out estabelecido para os pases desenvolvidos. Refrigerantes Freon2 I. Tabela dos Compostos Os produtos FREON so compostos orgnicos que contm um ou mais tomos de carbono e flor. tomos de cloro, bromo e hidrognio tambm podem estar presentes. Entre suas principais caractersticas esto a no-inflamabilidade, baixa toxicidade, excelente estabilidade trmica e qumica, alta densidade associada ao ba ixo ponto de ebulio, baixa viscosidade e baixa tenso superficial. As pginas seguintes 2 Retirado de Material da DuPont - FREON uma marca registrada da DuPont do Brasi l S.A. 32

apresentam uma breve discusso de suas propriedades e aplicaes. Maiores informaes a respeito de pontos especficos esto disposio no Departamento FREON da DUPONT do BRASIL S.A. Tabela 3 Tabela dos Compostos

Produto Frmula Peso Molecular Ponto de ebulio F C FREON 14 CF4 88,0 -198,3 -128,0 FREON 503 CHF3/CCIF3 87,3 -127,6 -88,7 FREON 23 CHF3 70,0 -115,7 -82,0 FREON 13 CCIF3 104,5 -114,6 -81,4 FREON 116 CF3 - CF3 138,0 -108,8 -78,2 FREON 13B1 CBrF3 148,9 -72,0 -57,8 FREON 502 CHCIF2/CCIF2 - CF3 111,6 -49,8 -45,4 FREON 22 CHCIF2 86,5 -41,4 -40,8 FREON 115 CCIF2 - CF3 154,5 -37,7 -38,7 FREON 500 CCI2F2/CH3CHF2 99,3 -28,3 -33,5 FREON 12 CCI2F2 120,9 -21,6 -29,8 FREON 114 CCIF2 - CCIF2 170,9 38,8 3,8 FREON 11 CCI3F 137,4 74,9 23,8 FREON 113 CCI2F - CCIF2 187,4 117,6 47,6 II. Segurana Embora os compostos fluorcarbonados apresentem toxicidades relativamente baixas quando comparados com outros produtos qumicos, os usurios devem conhecer suas caractersticas: A. Inflamabilidade Nenhum dos compostos FREON inflamvel ou explosivo. No entanto, a mistura com lquidos ou gases inflamveis pode ser inflamvel e deve ser tratada com cuidado. 33

B. Toxicidade O potencial de risco dos fluorcarbonos est apresentando na Tabela II. Os riscos especficos so discutidos abaixo. i) Toxicidade Relativa e o Valor Limite do Limiar (TLV) A ACGIH -American Conference of Governmental Industrial Hygienists estabeleceu um Valor Limite do Limiar (TLV) para diversos compostos comumente utilizados. Esses valores so concentraes de substncias no ar , representando condies sob as quais se acredita que quase todos os trabalhadores fiquem expostos diariamente, sem qualquer efeito adverso. O TLV refere-se a concentrao medidas no tempo, para um perodo de trabalho de 7-8 horas e uma semana de 40 horas. Com base em experimentos e experincia, o TLV proporciona uma avaliao quantitativa da toxicidade relativa dos compostos. Normalmente expressa -se o TLV em partes por milho do volume e abrevia-se como ppm . A exposio a produtos qumicos deve ser mnima e no deve exceder o TLV. Como este valor uma concentrao medida no tempo, prevem-se perodos ocasionais de exposio acima do TLV. A Tabela VIII mostra com maiores detalhes o TLV, os perodos ocasionais de exposio e o TLV das misturas dos compostos. ii) Efeitos Drmicos (Contato com a Pele) e Contato com os olhos Os fluorcarbonos lquidos, cujos pontos de ebulio esto abaixo de 0C (32F) podem congelar a pele, ao contato, e provocar queimaduras por congelamento. Luva s e roupas adequadas proporcionam isolamento protetor. Deve-se proteger os olhos. No caso de queimaduras por congelamento, preciso aquecer a rea afetada at atingir a temperatura do corpo. Os olhos devem ser abundantemente lavados com gua. As mos podem ser colocadas nas axilas ou imersas em gua morna. preciso providenciar cuidados mdicos imediatamente. Os fluorcarbonos que tm pontos de ebulio na temperatura ambiente ou acima dessa temperatura, apresentam uma tendncia a dissolver a gordura protetora da pel e, provocando secura e irritao, principalmente aps contato ou repetido. Deve-se evitar esse contato por meio de luva de borracha ou de plstico. Quando existe a possibil idade de respingos, preciso recorrer ao uso de mscaras para a proteo do rosto e dos olhos . Se houver irritao aps um contato acidental, procure um mdico. iii) Toxicidade Oral A julgar pela administrao de uma nica dose ou de vrias doses em perodos prolongados, os fluorcarbonos tm baixa toxicidade oral. Quando se administrou FREON 11 e 114 em ratos e cachorros, durante 90 dias, no houve efeitos adversos com relao aos ndices nutricionais, bioqumicos, hematolgicos, urinoanalticos ou histopatolgicos, mesmo nos nveis mais altos de dosagem testados. Um estudo de administrao de FREON 12, durante dois anos, chegou a concluses semelhantes. Alm disso, o FREON 12 no apresentou efeitos adversos nos ndices mutagnicos, teratognicos e de reproduo por trs geraes. Entretanto, o contato direto dos fluorcarbonos lquidos como o tecido pulmonar 34

(aspirao) pode resultar em pneumonia qumica, edema pulmonar e hemorragia. A exemplo de muitos produtos destilados de petrleo, o FREON 11 (Ponto de Ebulio 23,8C) e o 113 (Ponto de Ebulio 47,6C) so solventes de gorduras e podem produzir esses efeitos. se produtos que contenham esses fluorcarbonos fore m ingeridos acidentalmente ou propositadamente, a induo ao vmito seria contraindicada . iv) Efeitos sobre o Sistema Nervoso Central (SNC) A inalao de vapores concentrados de fluorcarbonos pode provocar efeitos sobre o SNC (SISTEMA NERVOSO CENTRAL) semelhantes aos de uma anestesia geral. Os sintomas, medida que o tempo de exposio aumenta, comeam com uma sensao de intoxicao seguida de perda de coordenao e inconscincia. Sob condies severas, pode levar morte. Quando esses sintomas estiverem presentes, o indivduo exposto deve ir ou ser levado imediatamente para um local onde haja ar fresco. Deve-se procurar um mdico imediatamente. Vide tambm a Seo II.B.v Sensibilizao Cardaca. Os indivduos expostos aos fluorcarbonos no devem ser tratados com adrenalina (epinefrina). v) Sensibilizao Cardaca Da mesma maneira que diversos lquidos orgnicos volteis e no-solveis em gua, os fluorcarbonos podem produzir sensibilizao cardaca, quando a concentrao de vapor for suficiente. A sensibilizao cardaca uma sensibilizao do corao adrenalina, proveniente da exposio a altas concentraes de vapores orgnicos. Sob condies de exposio suficientemente graves, podem ocorrer arritmias cardacas devido sensibilizao do corao aos prprios nveis de adrenalina do corpo, sobretudo sob condies de stress emocional ou fsico, medo, pnico, etc. Essas arritmias cardacas podem levar a uma fibrilao ventricular e morte. Como foi indicado no item II.B.iv., os indivduos expostos devem ir ou ser levados para um local onde haja ar fresco imediatamente (onde o risco de efeitos cardaco diminui rapidamente). Deve-se providenciar cuidados e observao mdica aps a exposio acidental. Os trabalhadores afetados gravemente pelos vapores de fluorcarbonos no devem ser tratados com adrenalina (epinefrina) ou outros estimulantes cardacos semelhantes, pois esses medicamentos aumentariam o risco de arritmias cardacas. C. Decomposio Trmica dos Produtos Os fluorcarbonos se decompem quando diretamente expostos a altas temperaturas. Por exemplo, as chamas e os aquecedores de resistncia eltrica provocaro a pirlise dos vapores dos fluorcarbonos. Os produtos dessa decomposio no ar incluem os halgenos, os cidos halgenos (hidroclordrico, hidrobrmico) e outros compostos irritantes. Embora muito mais txicos do que o fluorcarbono que l hes deu origem, esses produtos da decomposio irritam o nariz, os olhos e as vias areas superiores, o que significa um aviso de sua presena. O risco, na prtica, relativamente pequeno, pois difcil que uma pessoa permanea voluntariamente na presena de produtos de decomposio em 35

concentraes que possam causar danos fisiolgicos. Quando so detectados esses produtos irritantes de fluorcarbonos, a rea deve ser evacuada, ventilada e deve-se sanar a causa do problema. Esses produtos de decomposio trmica podem, por exemplo, formar-se quando os vapores so atrados por tabaco aceso. Portanto no permitido fumar na presena dos vapores de fluorcarbonos. Tabela 4 Propriedades dos Refrigerantes quanto ao Potencial de Risco

Condio Potencial de risco Proteo Os vapores podem ser nas chamas ou em contato com superfcies quentes. Inalao de produtos txicos da decomposio. Boa ventilao. Os produtos irritantes resultantes da decomposio servem como agentes de precauo. Os vapores so 4 a 5 vezes mais pesados do que o ar. Altas concentraes podem se acumular em lugares baixos. A inalao de vapores concentrados pode ser fatal. Evitar o uso inadequado. Ventilao de ar sob presso ao nvel do vapor. Utilizar aparelhos de respirao que forneam ar. Utilizar tubos de respirao quando entrar em tanques ouInalao deliberada para Pode ser fatal. provocar intoxicao. outras reas confinadas. No administrar epinefrina ou outras drogas similares. Alguns fluorcarbonos lquidos tendem a remover os leos naturais na pele. Irritao na pele. Usar luvas e roupas protetoras. Os lquidos com pontos de ebulio mais baixos podem respingar na pele. Congelamento. Usar luvas e roupas protetoras. Os lquidos podem respingar nos olhos. Os lquidos com pontos de ebulio mais baixos podem causar congelamento. Os de pontos de ebulio mais altos podem causar irritao temporria, se houver outros produtos qumicos dissolvidos, podem causar danos graves.

Usar proteo para os olhos. Procurar cuidado mdico. Lavar os olhos com gua corrente durante vrios minutos. Contato com metais altamente reagentes Pode ocorrer uma exploso violenta. Testar o sistema proposto e tomar as precaues de segurana apropriadas. 36

D. Grandes Vazamentos e Escapes de Vapor Embora a toxicidade dos fluorcarbonos seja baixa, existe a possibilidade de dano s graves ou morte, sob condies de exposio inusitada ou descontrolada, ou quando h abuso deliberado de inalao dos vapores concentrados. Como os vapores de fluorcarbonos so mais densos do que o ar, podem se formar altas concentraes em reas baixas, que persistiro sob condies de ventilao precrias ou se o ar for parado. O pessoal deve ser evacuado imediatamente das reas fechadas, no caso de um grande vazamento ou derrame, e no voltar at que a rea contaminada tenha sido bem ventilada. Para o FREON 12, o Valor Limite do Limiar (TLV) corresponde a aproximadamente um tero de uma libra de vapor de FREON 12 por 1000 ps cbicos de ar (cerca de 5 gramas/metro cbico). O acesso de emergncia s reas que contm altas concentraes de fluorcarbonos (por exemplo), num tanque de armazenamento, cheio de vapor) requer a utilizao de equipamento de respirao e superviso especializada. III. Propriedades Fsicas e Qumicas A. Propriedades Fsicas A combinao incomum de propriedades fsicas encontrada nos compostos FREON base para sua aplicao e utilidade. As Tabelas VII e VIII apresentam um resumo das propriedades fsicas e as utilizaes. Normalmente, os compostos tm alto peso molecular em relao ao ponto de ebulio, baixa viscosidade, baixa tenso superficial e baixo calor latente de congelamento e vaporizao. Tambm apresentam baixa condutividade e boas propriedades dieltricas. Mediante solicitao, maiores detalhes das propriedades termodinmicas de cada composto FREON podem ser fornecidos. B. Propriedades Qumicas i. Estabilidade Trmica A seo II.C apresenta os riscos da decomposio trmica dos fluorcarbonos. Os fluorcarbonos FREON no se decompem s pela aplicao de calor, exceto a temperatura muito altas. A Tabela 5 apresenta as temperaturas s quais vrios compostos foram aquecidos para se obter ndices mensurveis de decomposio. Tambm apresenta as temperaturas em que os ndices de decomposio so calculados como 1% ao ano. Esse ltimo ndice pode ser considerado como o limite de temperatura imposto pela estabilidade inerente das molculas. 37

Tabela 5 - Temperatura de Decomposio dos Fluorcarbonos Fluorcarbonos Temperatura de Decomposio3 Teste de Laboratrio4 1%/ano5 FREON 11 590C (1100F) > 300C (>570F) FREON 12 760C (1400F) > 480C (>900F) FREON 13 840C (1550F) >535C (>1000F) FREON 22 425C (800F) 250C (480F) FREON 114 590C (1100F) 375C (710F) FREON 115 625C (1160F) 390C (740F) ii. Reaes com Outros Materiais Quando os fluorcarbonos so aquecidos a altas temperaturas, em contato com outros materiais (como ar, umidade, materiais plsticos e metlicos, leos lubrificant es, etc.), podem ocorrer reaes qumicas entre o fluorcarbono e o outro material. Isso ocorre a temperaturas mais baixas do que as apresentadas na Tabela III. Alm disso , os produtos da reao so diferentes. As temperaturas em que ocorre uma reao significativa, e os produtos da reao, sero diferentes para cada material; portanto, no se pode fazer qualquer generalizao com relao estabilidade dos fluorcarbonos FREON associados com outros materiais. Abaixo, alguns casos especficos importantes so apresentados. a) Ar Descobriu-se que o FREON 22, a presses acima de 150 psi, ligeiramente combustvel com o ar ou com o oxignio e no deveria ser misturado com o ar para testes de vazamento. No se encontrou qualquer outra evidncia da interao dos fluorcarbonos com o ar na ampla variedade que os fluorcarbonos tm tido nas ltimas dcadas, exceto quando misturas de fluorcarbono-ar so submetidas a temperaturas extremas, como as de chamas (onde as temperaturas esto acima de 1650C [3000F]) ou de aquecedores de resistncia eltrica (em que as temperaturas estaro acima de 700C [1300F], se a resistncia estiver vermelha). Estas reaes j foram discutidas na Seo II.C. b) gua (hidrlise) 3 Para o composto puro (na ausncia de ar). 4 O ndice de decomposio nesta temperatura ordem de 1% por minuto. Os testes foram p rocessados em tubos de platina e, exceto para o FREON 11, representam ndices homogneos de deco mposio (sem efeito de parede). 5 Essas temperaturas oram calculadas extrapolando-se os dados dos ndices de alta temperatura. 38

Os compostos perhalogenados FREON no se hidrolizam no sentido normal da palavra, em derivados do cido carbnico. Os ndices de hidrlise em gua pura so baixos demais para serem medidos, sendo menores do que 0,1 gramas/litro de gua/an o a 25C (77F). A presena de materiais oxidveis pode aumentar a hidrlise aparente. O FREON 22 e o FREON 23, que contm hidrognio, hidrolizam-se a ndices proporcionais concentrao em soluo e concentrao de ons hidroxil. A Tabela 6 apresenta os ndices de hidrlise medidos em soluo de hidrxido de sdio e os valores extrapolados em gua. c) leos Lubrificantes (Hidrocarbonetos) A estabilidade dos fluorcarbonos FREON com leos lubrificantes tem sido amplamente demonstrada atravs de seu uso bem sucedido, durante muitos anos, nos sistemas de refrigerao. Nos sistemas pequenos e hermticos, em que o FREON 12, FREON 22 e FREON 5026 so usados, as misturas leo-fluorcarbono so expostas a motores eltricos que operam a temperaturas de at 107C (225F). Na vlvula de descarga do compressor, as misturas de gs de fluorcarbono e nvoa de leo podem chegar a temperaturas de 177C (350F) ou mais elevados, mas o tempo de exposio curto. A Tabela 7 relaciona as temperaturas mximas sugeridas para exposio contnua de vrios fluorcarbonos FREON, em contato com leos e metais. Se os limites de estabilidade forem ultrapassados, ocorre uma reao qumica entre o refrigerante e o leo. Em alguns fluorcarbonos, como o FREON 12 e 22, acredita -se que a reao envolva a troca de um tomo de cloro do fluorcarbono com um tomo de hidrognio do leo. o leo clorado resultante pode se decompor em cido clordrico e leo no-saturado, o qual, por sua vez, pode polimerizar-se em leo degradado e, finalmente, em borra. Tabela 6 - Taxa de hidrolizao em gramas/litros de gua/hora Condies Saturadas a 25C (77F) Composto Somente em gua Em soluo de Hidrxido de Sdio a 10% FREON 22 1,40 x 10-6 2,2 x 10-1 FREON23 3 x 10-10 1,6 x 10-4 6 Mistura azeotrpica de FREON 22 e FREON 115 39

Tabela 7 - Estabilidade Trmicas dos Compostos FREON Composto Frmula Temperatura mxima de exposio contnua, na presena de leo, ao e cobre C (F) Taxa de decomposio a 204 C (400F) no ao, porcentagem/ano (a) FREON 11 CCI3F 107(225) 2 FREON 113 CCI2FCCIF2 107(225) 6 FREON 12 CCI2F2 121(250) 149 (>300) (b) (a) sem presena de leo (b) no medido d) Metais A maioria dos metais normalmente utilizados, como o ao, ferro fundido, lato cobre, estanho, chumbo e alumnio podem ser usados satisfatoriamente com os compostos FREON sob condies normais. A altas temperaturas, alguns dos metais podem agir como catalisadores para dissociar o composto. A tendncia dos metais de promover a decomposio trmica dos compostos FREON aparece na seguinte ordem geral: Menor decomposio: inconel < ao inoxidvel 18-8 < nquel < ao 1340 < alumnio < cobre < bronze < lato < prata: maior decomposio. Essa ordem apenas aproximada e podem ser encontradas excees em determinados compostos FREON ou sob condies especiais de uso. As ligas de magnsio e o alumnio com mais de 2% de magnsio no so recomendados para uso em sistemas que contenham compostos FREON, que haja a presena de gua. No se recomenda o uso de zinco com FREON 11 ou FREON 113. Experincias com zinco e outros compostos FREON tm sido limitadas e no se tem observado reatividade fora do comum. Contudo, o zinco um pouco mais reativo quimicamente, do que os outros metais comuns, e seria bom evitar sua utilizao com os compostos FREON , a menos que se realizem testes adequados. Os metais, cuja utilizao pode ser questionada nas aplicaes que exigem contato 40

com os compostos FREON, durante perodos prolongados ou sob condies incomuns de exposio, podem contudo ser limpos com segurana com os solventes FREON . As aplicaes de limpeza normalmente so para perodos curtos de exposio, a temperaturas moderadas. Os halocarbonos podem reagir violentamente com os materiais altamente reagentes, como os lcalis e os metais alcalinos-terrosos, sdio, potssio e brio, etc. , na sua forma metlica livre. Os materiais tornam-se ainda mais reativos quando so modos finamente ou pulverizados e nesse estado, o magnsio e o alumnio podem reagir com os fluorcarbonos, especialmente a temperaturas mais elevadas. Os mate riais altamente reativos no devem ser colocados em contato com os fluorcarbonos at que s e proceda a um estudo cuidadoso e se tomem medidas de segurana adequadas. e) Compatibilidade com os Plsticos As diferenas na estrutura polimrica, peso molecular, tipo e contedo do plastificante e temperatura podem resultar em alteraes significativas na resistncia dos plsticos aos compostos FREON . Assim, devem-se realizar testes de compatibilidade para aplicaes especficas. Um breve resumo dado abaixo. Plsticos ABS -A resistncia apresenta considervel variao com formulaes especficas. H necessidade de testes cuidadosos. Resinas Acetais -Adequados para utilizao com os compostos FREON na maioria das condies. Fibra Acrlica (poliacrilonitrilo) - Normalmente adequada para utilizao com os compostos FREON . Resina Acrlica (polmeros de metacrilato) -Pode ser dissolvida pelo FREON 22, mas normalmente adequada para uso com FREON 12 e FREON 14, especialmente para perodos curtos de exposio. Em perodos de exposio mais prolongada pode haver rachaduras e fendas e o plstico pode tornar-se opaco. Questiona-se o suo com FREON 113 e FREON 11, devendo ser testados cuidadosamente. As resinas fundidas so normalmente muito mais resistentes do que as resinas estruturadas. Acetato de Celulose e Nitrato de Celulose - De um modo geral, so adequados para ser usados com os compostos FREON . Resinas de Epxi -Altamente resistentes quando curadas e, de um modo geral, totalmente adequadas para utilizao com os compostos FREON . Nylon - Normalmente adequado, porm pode apresentar tendncias a tornar-se frgil a altas temperaturas, na presena de ar ou de gua. Testes realizados, a 121C (250F), com FREON 12 e FREON 22 indicaram que a presena de gua ou lcool indesejvel. H necessidade de testes especficos, principalmente para servios em alta temperatura. Resinas Fenlicas -Normalmente no so afetadas pelos compostos FREON . As resinas desse tipo abrangem uma grande gama de composies e recomendam-se testes. Resinas de policarbonato -Normalmente sofre grande inchamento e extrao.

no se recomenda. 41

Policlorotrifluoroetileno -ligeiro inchamento, porm normalmente adequado para ser usado com os compostos FREON . Polietileno e Polipropileno - Normalmente adequados para aplicaes a temperatura ambiente. A resistncia aos compostos FREON se torna mais varivel medida que se eleva a temperatura. Poliestireno -H grande variao na resistncia. Algumas aplicaes com FREON 114 podero ser satisfatrias. Geralmente a utilizao com os compostos FREON no satisfatria. preciso efetuar testes cuidadosos. De um modo geral, menos adequado para utilizao com fluorcarbonos do que os plsticos ABS. lcool de Polivinila - No afetado pelos compostos FREON, porm altamente sensvel gua. Usado na tubulao de servio de fluorcarbonos, com uma cobertura protetora externa. Cloreto de Polivinila e Outros Plsticos Vinlicos - A resistncia aos compostos FREON depende do tipo de vinila e da quantidade e tipo do plastificante. H necessidade de testes. Resina de Silicone - Normalmente incha demais. No se recomenda. TFE - Resina de Fluorcarbono (Teflon) - No se observou inchamento, porm ocorre difuso atravs da resina com o FREON 12 e o FREON 22. f) Compatibilidade com Elastmeros Encontra-se considervel variao nos efeitos dos compostos FREON sobre os elastmeros, dependendo do composto especfico e do tipo de elastmero. Em quase todos os casos possvel achar uma combinao satisfatria. Em outros casos, a presena de outros materiais, como leos, pode dar resultados inesperados. Assim sendo, recomenda-se teste preliminar do sistema. A comparao do inchamento linear dos elastmeros freqentemente proporciona uma indicao do uso adequado com os compostos FREON . A Tabela 8 apresenta essa comparao. Foram realizados testes de inchamento, imergindo os elastmeros no lquido, at que fosse atingido o equilbrio ou o inchamento mximo. Os elastmeros que incham demais no so recomendados para as aplicaes que exigem exposio prolongada. No entanto, em muitos casos, as peas que contm esses elastmeros podem ser limpas com segurana, com solventes FREON, quando o tempo de exposio relativamente curto. C. Propriedades de Solubilidade O poder de solubilidade dos compostos FREON varia de precrio, para o FREON 115, FREON 114 e FREON 12, a bastante bom para o FREON 11, FREON 22 e 113. Sendo lquidos tipicamente no-polares, os fluorcarbonos so bons solventes de outros materiais no - polares e maus solventes para os compostos pol ares. 42

A solubilidade da gua nos compostos FREON, e destes na gua, baixa. Os leos lubrificantes normalmente so miscveis com os compostos FREON, a temperatura ambiente, mas pode haver separao a temperaturas baixas. A Tabela 8 apresenta solubilidade em gua, valores Kauri-Butanol (KB) e parmetros de solubilidade (d). Tabela 8 - Inchamento dos Elastmeros por Fluorcarbonso FREON e Outros Compostos Produto Aumento Percentual do Comprimento a Temperatura Ambiente Neoprene GN Buna N (butadieno/ acrilonitrilo) Buna S (butadieno/ estireno) Butil (isopreno/ isobutileno) Tipo Polissulf -dico Borracha Natural FREON 11 17 6 21 41 2 23 FREON 12 0 2 3 6 1 6 FREON 13 0 1 1 0 0 1 FREON 22 2 26 4 1 4 6 FREON113 3 1 9 21 1 17 FREON114 0 0 2 2 0 2 FREON115 0 0 0 0 0,2 0 FREON502 1 7 3 1,6 1,6 4 FREON 13B1 2 1 1 2 00 1 Cloreto de metila 22 35 20 16 11 26 Cloreto de metileno 37 52 26 23 59 34 Clorofrmio Metlico (1,1,1-triclo roetano) 54 24 44 35 12 59 D. Equaes de Estado para o R-12 RT 1 -KT Tc p = + 5 (A + BT + Ce ) (1.a) iii i v -bi =2 (v -b) -KT Tc

GA +(1 + KT Tc )Cie iii i U = U + 4 (T -T )+ 5 (1.b) 00 i-1 i (i + 1)( v -b) i=1 i=2 h = U + Pv (1.c) 43

S = S0 + R ln(v -b)+ G1 ln(TT0 )+ -KT Tc (1.d) G B -(K Tc )Cie ii -1 i-1 i + 4 (T -T )- 5 0 i -1 i 2 (i -1) =(i -1)( v -b) = i 2 As equaes (1.a) a (1.d) so vlidas para vapor saturado e vapor superaquecido. (i-1) 312 2 T T rl = 5 Di 1 -T + D6 1 - + D7 1 -. (1.e) =1 T TT i c cc F2 (P)= F ++ F ln T + FT (1.f) ln () sat 134 T

dP FF = F + 3 -2 .P (1.g) 4 sat dT sat TT 2 l V = V -V (1.h) lg gl dP H lg = T.Vlg . (1.i) dT sat Hlg S = (1.j) lg T H = H -H (1.k) lg lg Sl = Sg -Slg (1.l) (x -xl ) X = (1.m) x lg onde, x, na equao (1.m), qualquer propriedade da substncia, e.g. v (volume especfico), h (entalpia), s (entropia), etc. As constantes para o R-12 so: ( ) (MPa)P KT kmol kgM c c 4,1159 385,17 120,93 = =

= ( ) ( ) T em K em kg m P em Pa 3rc ( ) r r c c c kg m T K V = = = 588 08 200 1 3 0 , U, h em J kg s em J kg.K

44

R = 68,7480 C2 = -1,52524293.103 b = 4,06366926.10-4 C3 = 2,19982681 A2 = -9,16210126.101 C4 = 0,0 A3 = 1,01049598.10-1 C5 = -1,66307226.10-7 A4 = -5,74640225.10-5 D1 = 5,580845400.102 A5 = 0,0 D2 = 8,544458040.102 B2 = 7,71136428.10-2 D3 = 0,0 B3 = -5,67539138.10-5 D4 = 2,994077103.102 B4 = 0,0 D5 = 0,0 B5 = 4,08193371.10-11 D6 = 3,521500633.102 D7 = 5,047419739.101 F1 F2 F3 F4 G1 G2 G3 = = = = = = = 9,33438056.101 -4,39618785.103 -1,24715223.101 1,96060432.10-2 3,389005260.101 2,507020671

3,274505926.10-3 G4 = 1,641736815.10 6 k = 5,475 U0 = 1,6970187.105 S0 = 8,944876.102 45

E- Diagrama de Mollier para R-12 46

IV - Aplicao dos Compostos Fluorcarbonos Tabela 9 Aplicao dos compostos fluorcarbonos

Fluorcarbono Refrigerante Propelente Aerosol Solventes, Agentes de Expanso, Extintores de Incndio, Fludos Dieltricos e Outros Usos FREON 14 Especializao para aplicaes de baixa temperatura. FREON 23 Azetropo componente do FREON 503. FREON 13 Especializado para aplicaes de baixa temperatura. FREON 116 Especializado para aplicaes de baixa temperatura. -Gs dieltrico FREON 13B1 Intermedirio entre o FREON 13 e o FREON 22 para aplicaes de baixa a mdia temperatura. No muito usado. -Extintor de incndio eficiente (Halon 1301), especialmente adequado para proteo automtica de materiais sujeitos a danos por gua e de reas ocupadas por pessoal. FREON 22 Aplicaes na refreigerao domstica e comercial e ar condicionado. Permite uso de equipamento menor. Componente de azetropos. Propelente de alta presso para utilizaes de produtos no-alimentcios. FREON 115 Usado como componentes

azetropos no FREON 502. Aceito como propelente de produtos alimentcios; material adequado para aerosis de alimentos e tambm em cremes gordurosos emulsionados. Boa estabilidade da espuma, com ausncia de odor ou sabor. Fluido dieltrico, substituo econmico para o FREON 116 na maioria das aplicaes dieltricas FREON 12 Muito usado na refrigerao domstica, de carros e comercial e nos sistemas de ar condicionado de azetropos e em forma de alta pureza, aprovado como agente congelador de contato direto para alimentos. Propelente de alta presso. Agente de expanso para aplicaes de plsticos esponjosos. Gs dieltrico. 47

FREON 114 em grandes sistemas de processo industrial de refrigerao e de ar condicionado que utilizem compressores centrfugos de estgios mltiplos. Propelente de baixa presso, alternativo para o FREON11, com menores propriedades de solubilidade e menos odor. Usado especialmente em produtos pessoais. Agente de expanso para aplicaes de plsticos esponjosos. FREON 11 Largamente usado em compressores centrfugos para sistemas de ar condicionado industrial e comercial, e para refrigerao de gua, salmoura de processo. Baixa viscosidade e ponto de congelamento permitem o uso como lquido de arrefecimento de, baixa temperatura. Propelente de baixa temperatura. Ocasionalmente utilizado como solvente. Agente de expanso para espumas. FREON 113 Em ar condicionado industrial e comercial, e gua ou salmoura de processamento para resfriamento em compressores centrfugos especialmente em aplicaes de pequena tonelagem Solvente em algumas formulaes de aerosol, normalmente propelido com FREON 12. Extensamente usado

como solvente (FREON TF), isoladamente e em formulaes para fins especiais, numa grande variedade de necessidades crticas de limpeza. Em formulaes de fluido refrigerante, meios de reao, agente de extrao, etc. Refrigerantes Alternativos A maior contribuio para o problema do oznio vem dos clorofluorcarbonos plenamente halogenados (CFC s), que tm um longo tempo de vida na atmosfera, e quase a totalidade emitida atinge a estratosfera podendo interferir no equilbrio oznio/oxignio. O longo tempo de vida na atmosfera responsvel pelo alto potencial de efeito estufa destes compostos. As incertezas sobre o efeito dos CFC s sobre a degradao da camada de oznio e o efeito estufa deu incio a uma discusso sobre o uso dos mesmos. Conforme visto anteriormente, um acordo internacional chamado Protocolo de Montreal , foram estipulados prazos para reduo do consumo at o final da produo. 48

Tabela 10

Refrigerantes Alternativos

Nome (Ashrae) DuPont ELF ATOCHEM Hoescht Substitui R-134a SUVA 134a FORANE 134a RECLIN 134a CFC-12 R-123 SUVA 123 CFC-11 R-124 SUVA 124 CFC-114 R-401 SUVA MP 39 CFC-12 R-401b SUVA MP 66 CFC-12 R-404a SUVA HP 62 FORANE FX 70 R-502 R-402a SUVA HP 80 R-502 R-402b SUVA HP 81 R-502 R-407c FORANE 407 C R-407 R-408a FORANE FX 10 R-502 R-409a FORANE FX 56 CFC-12 Tabela 11 - Composio Qumica dos Refrigerantes HCFC-22 HFC-125 Propano SUVA HP 80 38% 60% 2% SUVA HP 81 60% 38% 2% HCFC-125 HFC-143a HFC-134a SUVA HP 62 44% 52% 4% HCFC-22 HFC-152a HFC-124 SUVA MP 39 53% 13% 34% SUVA MP 66 61% 11% 28% O CFC mais importante o R-12, usado principalmente em sistemas de arcondicionado automotivo, refrigeradores e freezers domsticos, etc. O alternativo isento de cloro para o R-12 o R-134a. R - 134a O R-134a (1,1,1,2-Tetrafluoretano) tem propriedades fsicas e termodinmicas similares ao R-12. Pertence ao grupo dos HFC s Fluorcarbonos parcialmente halogenados, com potencial de destruio do oznio (ODP) igual a zero, devido ao menor tempo de vida na atmosfera, apresenta uma reduo no potencial de efeito estuf a de 90% comparado ao R-12. Alm disso, no inflamvel, no txico, possui alta estabilidade trmica e qumica, tem compatibilidade com os materiais utilizados e te m propriedades fsicas e termodinmicas adequadas. A Hoescht e a DuPont, grandes fabricantes de fluidos frigorficos, produzem o R-134a, sendo que a segunda comeou produzindo quantidades comerciais em 49

dezembro de 1990 em Corpus Christ, Texas (Estados Unidos). Propriedades Fsicas do R-134a Tabela 12 Propriedades Fsicas do R-134a

unidade R-134a Frmula Qumica CH2F-CF3 Denominao Qumica 1,1,1,2-Tetrafluoretano Massa Molecular g/Mol 102,03 Ponto de Ebulio, a 1,013 bar C -26,2 Ponto de Solidificao C -101 Temperatura Crtica C 101,15 Presso Crtica (abs.) bar 40,64 Densidade Crtica kg/l 0,508 Calor especfico do lquido (ponto de ebulio) kJ/(kg.K) 1,26 Calor Latente de Vaporizao kJ/kg 215,5 Tenso Superficial nM/m 14,9 Densidade do Lquido: ponto de ebulio 25 C kg/l kg/l 1,377 1,207 Expoente isoentrpico (30 C, 1,013 bar) x 1,093 Solubilidade da gua na forma lquida (25C) g/kg 2,2 Solubilidade em gua (25C, 1 bar) g/l 1,7 Viscosidade (25C): lquido em ebulio vapor saturado mPa.s mPa.s 0,205 0,012 Condutividade trmica (25C): lquido em ebulio vapor saturado mW/(mK) mW/(mK) 82,3 14,3 O R-134a similar ao R-12, sendo compatvel com todos os metais e ligas normalmente utilizados nos equipamentos de refrigerao. Deve-se evitar o uso de zinco, magnsio, chumbo e ligas de alumnio com mais de 2% de magnsio em massa. Testes de armazenamento com refrigerante mido apresentaram boa estabilidade hidrlise e nenhum ataque corrosivo em metais como ao inoxidvel, cobre, lato e alumnio. O R-134a isento de cloro e, por isso, apresenta boa compatibilidade com elastmeros. Os testes de extrao com diversos materiais normalmente utilizados como CR (cloroprene), NBR (acrilonitrilobutadieno) e NEM (HNBR) resultaram em baixa alterao de volume e mnima quantidade de extrato. Borrachas fluoradas dos tipos FKM/FPM no so recomendadas para uso devido um significante aumento de volume e formao de bolhas. Se o sistema no contiver leo mineral, podem ser utilizadas borrachas do tipo EPDM. Como o refrigerante no o nico fluido no 50

sistema de refrigerao, a compatibilidade mencionada deve ser avaliada em conjunto com o lubrificante do compressor. O R-134a no forma misturas inflamveis com o ar sob condies normais a presso atmosfrica mas, a flamabilidade pode ocorrer a presso acima da atmosfrica se a mistura exceder a 60% de ar. Este refrigerante no deve ser usado junto com a r ou oxignio para o caso de pressurizao do sistema em teste de vazamento. As propriedades toxicolgicas do R-134a foram testadas pelo PAFT I (Programme for Alternative Fluorcarbon Toxicity Testing), Programa para Teste de Toxidade de Fluorcarbonos Alternativos, que um consrcio financiado pelos maiores produtores mundiais de refrigerantes. Os resultados indicam que o mesmo um produto to seguro quanto o R-12 ou mais, podendo ser utilizado em todas as aplicaes na rea de refrigerao. 51

Parte II - Ciclo de Compresso, Balano de Energia Prof. Luiz Carlos Martinelli Jr. - DeTEC. 52

Introduo Este item trata dos ciclos termodinmicos de refrigerao por compresso de vapor. Inicialmente definir-se- o ciclo terico simples de refrigerao e a seguir ser feito uma anlise do ciclo real comparativamente ao ciclo terico. Dado o objetivo d o assunto, trataremos aqui somente de ciclos de refrigerao por compresso de vapor, tendo por base compressores alternativos, centrfugos, rotativos, etc. No nos deteremos em definies rigorosas da termodinmica neste caderno, entretanto, certas definies devem ser abordadas, pelo menos de forma simplificada, para que possamos com base slidas estudar o ciclo de refrigerao real, que nos fornecer mtodos adequados para o projeto e manuteno dos sistemas de refrigerao. Ciclo Terico Simples Um ciclo trmico real qualquer deveria ter para comparao o ciclo de Carnot, por ser este o ciclo de maior rendimento trmico. Entretanto, dado as peculiaridad es do ciclo de refrigerao por compresso de vapor definiu-se um outro ideal em que, o cicl o real mais se aproxima, e portanto, torna-se mais fcil comparar o ciclo real com e ste ciclo ideal. Este ciclo ideal aquele que ter melhor eficcia operando nas mesmas condies do ciclo real. O ciclo terico simples de refrigerao por compresso de vapor mostrado na Figura 19 construdo sobre um diagrama de Mollier no plano P-h. A figura 03 um esquema bsico com os componentes principais de um sistema frigorfico suficientes, teoricamente, para obter o ciclo indicado na Figura 20. Os dispositivos indicados na Figura 20 representam genericamente qualquer equipamento que consiga realizar o processo especfico. Figura 19- Ciclo Terico Simples de Refrigerao por Compresso de Vapor 53

Figura 20 - Esquema do Sistema de Refrigerao com os Equipamentos Bsicos Os processos termodinmicos que constituem o ciclo terico, em seus respectivos equipamentos so: a) Processos 1-2, que ocorre no compressor (que pode ser um compressor alternati vo, centrfugo de parafuso etc.) um processo adiabtico reversvel, e neste caso, a compresso ocorre, ento, a entropia (S) constante, ou seja, S1=S2, como mostra a Figura 19. O refrigerante entra no compressor presso do evaporador (P0) e com ttul o X=1. O refrigerante ento comprimido at atingir a presso de condensao, e neste estado, ele est superaquecido com temperatura T2, que maior que a temperatura de condensao (TC). b) Processo 2-3, que ocorre no condensador (que pode ser condensao a gua ou ar, em conveco forada ou natural), um processo de rejeio de calor do refrigerante par ao meio de resfriamento desde a temperatura T2 de sada do compressor at a temperatura de condensao (TC) e a seguir rejeio de calor na temperatura TC at que todo vapor tenha-se tornado lquido saturado na presso de condensao (Pc). c) Processo 3-4, que ocorre na vlvula de expanso, uma expanso irreversvel a entalpia constante desde a presso Pc e lquido saturado (X=0), at atingir a presso do evaporador P0. Observe-se que o processo irreversvel, e portanto, a entropia (S) do refrigerante ao deixar a vlvula de expanso (S4) maior que a entropia do refrigeran te ao entrar na vlvula (S3). d) Processo 4-1, que ocorre no evaporador um processo de transferncia de calor a presso constante (P0), conseqentemente a temperatura constante (T0), desde vapor mido no estado 4 at atingir o estado de vapor saturado seco (X=1). Observe-se que o calor transferido ao refrigerante no evaporador no modifica a temperatura do refrigerante, mas somente muda o seu estado. Ciclo Real Simples 54

As diferenas principais entre o ciclo real e o ciclo ideal simples por compresso de vapor esto mostrados na Figura 21, abaixo. Figura 21 - Diferenas entre o Ciclo Real e o Terico Simples Uma das diferenas entre o ciclo real e o terico a queda de presso nas linhas de descarga, lquido e de suco assim como no condensador e no evaporador. Estas perdas de carga DPd e DPS esto mostrados na Figura 21. Outra diferena o subresfria mento do refrigerante na sada do condensador (na maioria dos sistemas). O superaquecimento na suco com finalidade de evitar a entrada de lquido no compressor (obrigatrio em compressores alternativos) um processo muito importante . Outra diferena importante quanto ao processo de compresso ao compressor, que no ciclo real um processo de compresso politrpico (S1S2), no lugar do processo isoentrpico do ciclo ideal. Devido a esta diferena, a temperatura de descarga do compressor (T2) pode ser muito elevada, tornando-se um problema com relao aos leos lubrificantes usados em compressores frigorficos, obrigando a um resfriamento forado do cabeote do compressor (normalmente com R-22 e R-717). Muitos outros problemas de ordem tcnica dependendo do sistema e das caractersticas de operao, podem introduzir diferenas significativas alm das citadas at aqui. Balano de Energia para o Ciclo O balano de energia do ciclo de refrigerao feito considerando-se o sistema operando em regime permanente, nas condies de projeto, ou seja temperatura de condensao (TC) e temperatura de vaporizao (T0). O sistema real e ideal tm comportamento idnticos tendo o real apenas um coeficiente de eficcia inferior ao c iclo ideal. A anlise do ciclo ideal nos permitir, de forma simples. Verificar quais parmetros tm influncia no coeficiente de eficcia do ciclo