Refrigerante 1234ze: principais propriedades, prós, contras e notas de design de câmaras frigoríficas

Pergunte a uma sala cheia de engenheiros de refrigeração sobre o refrigerante 1234ze e você obterá uma série de reações, desde entusiasmo até cautela cuidadosa. Isso é normal para qualquer fluido que passa de um nicho para a refrigeração comercial convencional. O que não está mais em questão é que o R-1234ze conquistou um lugar permanente na caixa de ferramentas de baixo GWP, especialmente em chillers, bombas de calor e sistemas de média temperatura.

Fabricamos unidades condensadoras, evaporadores e equipamentos monobloco para armazenamento refrigerado comercial, por isso raramente discutimos um refrigerante de forma abstrata. Cada decisão aparece em algum lugar prático: deslocamento do compressor, diâmetro do tubo, retorno do óleo, estratégia de degelo e as habilidades do técnico que um dia abrirá o painel. Este guia compartilha o que aprendemos sobre o R-1234ze desse ângulo.

O que é refrigerante 1234ze?

O R-1234ze pertence à família HFO de hidrofluoroolefinas, não à família HFC. Seu nome químico é trans-1,3,3,3-tetrafluoropropeno, e o isômero usado na maioria dos equipamentos de refrigeração e bombas de calor é escrito como R-1234ze(E). Um segundo isômero, R-1234ze(Z), tem um ponto de ebulição mais alto e é usado principalmente em trabalhos em bombas de calor de alta temperatura.

Dois números explicam por que o fluido existe. O seu potencial de destruição da camada de ozono é zero e o seu potencial de aquecimento global a 100 anos situa-se na casa de um dígito baixo, normalmente citado como 7 no IPCC AR4 e cerca de 1,4 no AR5. Compare isso com cerca de 1.430 para o R-134a e perto de 3.900 para o R-404A. Com a Emenda Kigali, o Regulamento Europeu sobre Gases Fluorados e a Lei AIM dos EUA, todos empurrando para baixo o consumo de HFC, essa lacuna é todo o argumento comercial.

O R-1234ze também é um refrigerante A2L: levemente inflamável de acordo com o padrão ASHRAE 34 e ISO 817, com baixa velocidade de queima e limite inferior de inflamabilidade relativamente alto. O A2L é totalmente funcional, uma vez que milhares de sistemas já funcionam nele, mas altera os limites de carga, detecção de vazamentos, ventilação e procedimentos de serviço. Ele deve ser projetado e não aparafusado posteriormente.

Principais propriedades que moldam o design do sistema

As folhas de dados listam dezenas de números. Para a seleção dos equipamentos, são estes que decidem o layout de uma sala técnica:

• Ponto de ebulição normal próximo de -19 °C , superior aos cerca de -26 °C do R-134a. As pressões de saturação a uma determinada temperatura são, portanto, mais baixas, o que facilita os requisitos dos vasos de pressão em máquinas grandes.
• Temperatura crítica em torno de 109 °C com uma pressão crítica próxima de 36 bar. Este ponto crítico elevado é exatamente o motivo pelo qual o R-1234ze é adequado para bombas de calor e chillers que trabalham em condições ambientais quentes.
• Menor capacidade volumétrica , cerca de 20 a 30 por cento abaixo do R-134a. A mesma função de resfriamento precisa de mais deslocamento, então os compressores e, às vezes, as tubulações acabam sendo maiores.
• Deslizamento de temperatura essencialmente zero , porque é um fluido monocomponente. O carregamento, a verificação de vazamentos e as recargas permanecem simples.
• Boa miscibilidade com óleo POE , que é padrão para sistemas HFO e HFC, mas ainda exige um projeto cuidadoso de retorno de óleo em baixas temperaturas de evaporação.
• Grupo de segurança A2L , com as consequências de design descritas acima.

R-1234ze Comparado com R-134a e R-404A

A comparação abaixo é um resumo em nível de planejamento e não uma tabela de seleção. Os valores finais dependem do compressor, do envelope operacional e do fornecedor do componente, portanto, sempre confirme os dados aprovados antes de corrigir um projeto.

A linha mais importante nessa tabela não é um número, mas um aviso: o R-1234ze não é um substituto imediato para o R-134a. Relatórios de campo de perdas de dois dígitos em capacidade e eficiência decorrentes de simples trocas de carga são comuns, e compressores aprovados para um fluido não são automaticamente aprovados para outro. Uma conversão adequada significa um compressor diferente, trocadores de calor verificados novamente, um novo dispositivo de expansão, controles atualizados e detecção de refrigerante. Tratá-lo como uma troca de gás é como os projetos acabam decepcionando.

Onde o refrigerante 1234ze se encaixa na refrigeração comercial

A adoção até agora está concentrada em três áreas:

• Resfriadores. Esta é a maior base de usuários por uma ampla margem, especialmente máquinas centrífugas e de parafuso, onde a baixa pressão e a alta temperatura crítica trabalham a favor do projetista.
• Bombas de calor. O alto ponto crítico permite uma saída de aquecimento útil em temperaturas de fluxo elevadas. Para projetos que também necessitam de aquecimento, vale a pena entender como uma unidade de flúor quente de frequência variável melhora o aquecimento desempenho juntamente com a escolha do refrigerante.
• Refrigeração de média temperatura e armazenamento refrigerado. Vitrines, salas de laticínios, armazéns de vegetais e áreas de processamento que variam de cerca de -5 °C a 10 °C são uma opção natural, muitas vezes como o estágio superior de uma cascata de CO2.

Onde o R-1234ze geralmente não está, a resposta é o serviço de congelamento profundo. As salas de congelamento de baixa temperatura, próximas de -25 °C a -35 °C, ainda favorecem o CO2 ou substituições estabelecidas de HFC, porque os níveis de pressão e a capacidade volumétrica do R-1234ze tornam o equipamento grande e a eficiência mais difícil de defender.

Para câmaras frigoríficas de temperatura média, uma unidade de condensação resfriada a água costuma ser a maneira mais eficiente de rejeitar calor em uma sala de fábrica apertada ou em um local com alta temperatura ambiente, e combina bem com uma estratégia de refrigerante de baixo GWP.

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Unidades de condensação, evaporadores e controles correspondentes

Menor capacidade volumétrica e pressões mais baixas se propagam por todo o sistema. Na prática, uma troca de refrigerante geralmente significa mais superfície da bobina, uma abordagem diferente de distribuição de refrigerante e uma revisão da diferença de temperatura que você está preparado para aceitar entre o ar ambiente e a temperatura de evaporação. Diferenças de temperatura mais curtas melhoram a eficiência e a qualidade do produto, mas exigem bobinas maiores.

Para operações de redução rápida em salas de temperatura média, um evaporador projetado para uma diferença controlada de alta temperatura mantém a sala estável sem superdimensionar a planta.

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Os controles merecem igual atenção. Uma vez que o refrigerante em si tem uma pegada de carbono muito menor, o impacto ambiental restante provém do consumo de energia, e isso é decidido em carga parcial. A operação de frequência variável, a pressão de sucção flutuante e o degelo baseado na demanda são mais importantes do que o fluido no tubo. Nesse aspecto, uma unidade de flúor quente de frequência variável oferece modulação de capacidade e degelo por gás quente no mesmo pacote, o que reduz as horas de funcionamento e a demanda elétrica em armazenamento refrigerado de média temperatura.

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O que verificar antes de se comprometer

Antes de um refrigerante de baixo GWP entrar em uma especificação, orientamos as equipes de projeto nesta lista de verificação:

1. Código local e limites de cobrança, incluindo as regras de volume da sala que se aplicam aos fluidos A2L em espaços ocupados ou públicos.
2. Aprovação escrita do compressor e dados de desempenho publicados para suas condições exatas de evaporação e condensação.
3. Compatibilidade de componentes, especialmente elastômeros, válvulas de expansão, filtros secadores e pressostatos.
4. Gerenciamento de óleo: o POE é higroscópico, portanto a qualidade da evacuação e o controle de umidade decidem a vida útil do sistema.
5. Detecção de refrigerante, lógica de alarme e ventilação dimensionadas para a carga real, não para uma estimativa de placa de identificação.
6. Prontidão de serviço, desde equipamentos de recuperação até treinamento de técnicos, porque um fluido que ninguém consegue consertar torna-se um erro caro.

Perguntas que ouvimos com mais frequência

Posso simplesmente carregar o R-1234ze em um sistema R-134a existente?

Não. A capacidade e a eficiência são prejudicadas, o lubrificante e o dispositivo de expansão podem não se comportar conforme o esperado e a posição da garantia torna-se pouco clara. Uma conversão é um projeto de engenharia, não uma troca de gás.

A classificação A2L é um problema em câmaras frigoríficas pequenas?

É administrável, mas não é gratuito. Limites de carga, detecção de vazamentos, sinalização e ventilação precisam de atenção, e pequenas salas fechadas são exatamente onde essas regras são mais difíceis.

Funciona em climas quentes?

Sim, e esse é um dos seus pontos fortes. A temperatura crítica muito alta mantém o desempenho previsível em condições ambientais elevadas, o que é importante para projetos no sul da Ásia, no Oriente Médio e na América Latina.

Se você estiver avaliando opções de refrigerante para uma câmara frigorífica, uma instalação comercial de armazenamento refrigerado ou uma planta que precise de resfriamento e aquecimento, teremos prazer em trabalhar nos detalhes com você. A nossa gama de unidades de condensação abrange configurações resfriadas a ar, resfriadas a água, saída lateral, saída superior e frequência variável, e nós o ajudaremos a combinar a máquina, o evaporador e os controles com o fluido e a função que você escolheu. Envie-nos as condições do seu quarto e retornaremos com uma seleção prática em vez de um número de catálogo.