A substituição do R-134a por isobutano (R-600a) contendo nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT, na sigla em inglês) pode aumentar a capacidade de refrigeração e o coeficiente de performance (COP) das geladeiras residenciais, reduzindo em 29% o consumo de energia desses aparelhos. É o que revela uma pesquisa da Universidade de Joanesburgo, na África do Sul.
O R-134a é um dos fluidos refrigerantes mais comuns em refrigeradores domésticos e comerciais. Por ser classificado como atóxico e não inflamável (A1) pela Associação Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado (Ashrae), é seguro usá-lo.
No entanto, esse gás possui alto potencial de aquecimento global (GWP), o que agrava o efeito estufa, caso vaze dos equipamentos ou seja indevidamente liberado na atmosfera pelos técnicos de serviços.
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O R-134a também faz com que geladeiras, freezers e sistemas de ar condicionado consumam mais energia elétrica. O consumo de energia elevado, por sua vez, também contribui para o agravamento da mudanças climáticas.
Enquanto isso, o uso de um refrigerante com maior eficiência energética pode resultar em contas de eletricidade muito mais baixas. Consequentemente, para famílias vulneráveis, a segurança energética pode ser melhorada.
A melhora da economia de energia e o gerenciamento pelo lado da demanda (GLD) também podem beneficiar os planejadores do setor elétrico, uma vez que a refrigeração é responsável por cerca de 40% da demanda de energia, dizem os pesquisadores.
Nanorrefrigeração em foco
Os autores da avaliação de performance energética, que tem grande potencial para tornar a refrigeração doméstica mais acessível para famílias de baixa renda, ressaltam que o teste de refrigerantes dosados com as nanopartículas MWCNT realizado na África é pioneiro e os resultados foram publicados no Energy Reports, um periódico científico de acesso aberto.
Ensaios prévios mostraram um uso reduzido de energia na nanorrefrigeração ao dosarem refrigerantes existentes com o nano-óleo MWCNT. O processo também resultou em menor atrito e desgaste nos compressores dos eletrodomésticos.
Contudo, as pesquisas anteriores não testaram os efeitos da substância em refrigerantes à base de hidrocarbonetos (HCs), como o isobutano.
No novo estudo, os pesquisadores da universidade sul-africana testaram a substituição do R-134a em um refrigerador doméstico fabricado para funcionar com uma carga de 100 gramas desse hidrofluorcarbono (HFC).
Além do fluido refrigerante, os pesquisadores removeram o óleo sintético do compressor. Em seguida, aplicaram o R-600a contendo nanopartículas e utilizaram óleo mineral como lubrificante. A nova mistura foi introduzida na geladeira e foram realizados testes de desempenho.
“A geladeira esfriou mais rápido e apresentou uma temperatura de evaporação muito menor, de -11 ºC após 150 minutos. Isso foi inferior aos -8 ºC no caso do R-134a. Também excedeu o padrão ISO 8187, que requer -3 ºC em 180 minutos”, informa o doutor Daniel Madyira, do departamento de engenharia mecânica da Universidade de Joanesburgo.
“O uso de eletricidade caiu 29% em comparação ao R-134a. Este é um ganho significativo de eficiência energética para usuários de refrigeradores, especialmente para pessoas de baixa renda”, acrescenta.
Para obter essas vantagens, a escolha das nanopartículas MWCNT é fundamental. Segundo Madyira, “as MWCNTs precisam ter um tamanho de partícula em escala nanométrica, ou seja, extremamente pequenas. As partículas também precisam reduzir o atrito e o desgaste, evitar a corrosão e o entupimento e exibir uma condutividade térmica muito boa”.
No entanto, a nova mistura apresenta um risco potencial. Ao contrário do R-134a, o R-600a é altamente inflamável (A3). Por outro lado, é mais eficiente em termos energéticos e tem baixo GWP. Algumas montadoras já adotaram a produção com R-600a e esses refrigeradores estão amplamente disponíveis no mercado.
“Para se fazer uma substituição segura imediata, não mais do que 150 g de R-600a devem ser utilizados em uma geladeira doméstica”, prossegue.
“Antes da substituição, a geladeira usava 100 g de R-134a. Substituímos isso por 50 g a 70 g de R-600a, para permanecer dentro dos parâmetros de segurança”, explica o pesquisador, ao alertar que pessoas sem capacitação não devem tentar fazer esse retrofit.
“O óleo mineral é usado como óleo do compressor. Deve ser misturado com a concentração recomendada. São necessários um agitador magnético e um ultrasonicador para agitar e homogeneizar os ingredientes da mistura. A mistura então pode ser introduzida no compressor. Depois disso, o R-600a pode ser carregado no compressor do refrigerador, tomando-se o cuidado de não usar mais de 150 g do gás”, detalha Madyira.
Um refrigerante muito mais eficiente em termos de energia, como a mistura de R-600a e nanopartículas MWCNT, pode beneficiar todos os consumidores. “Famílias vulneráveis em climas quentes nos países em desenvolvimento podem se beneficiar ainda mais”, frisa.
Em muitos países, os trabalhadores de baixa renda dependem de geladeiras e freezers para armazenar com segurança alimentos em grandes quantidades. Esses aparelhos não são mais um luxo, mas uma necessidade, segundo Madyira.
“Sem geladeiras, as pessoas podem ser forçadas a comprar alimentos diariamente em pequenas quantidades e a preços muito mais altos. Visto que as compras diárias não seriam mais necessárias, o tempo e os custos de viagem para a compra de alimentos também poderiam ser muito menores”, argumenta.
A refrigeração também possibilita armazenar com segurança mais suprimentos alimentares diversos, como frutas e legumes frescos. Os medicamentos que requerem refrigeração podem ser armazenados em casa. Isso tudo faz com que dietas mais equilibradas e uma melhor saúde física sejam mais acessíveis às pessoas mais pobres.
O artigo Energy performance evaluation of R600a/MWCNT-nanolubricant as a drop-in replacement for R134a in household refrigerator system está disponível aqui.
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