A Carrier desenvolveu um protótipo de compressor parafuso de alta velocidade e realizou testes com uma nova hidrofluorolefina (HFO) de baixa pressão e não inflamável, o que pode ser o prenúncio de uma potencial solução de longo prazo para a indústria de ar condicionado, revela o site britânico Cooling Post.
À medida que o mundo caminha na direção de refrigerantes com baixo potencial de aquecimento global (GWP, em inglês), esse segmento tem ficado com poucas opções de substituição, aparentemente sem alternativa não inflamável para o R-410A, uma mistura binária dos hidrofluorcabonos (HFCs) R-32 (50%) e R-125 (50%).
O R-32, assim como a HFO-466A anunciada recentemente, oferece uma opção de GWP mais baixo para os sistemas de climatização. Mas o GWP deles, de aproximadamente 700, faz com que sejam insustentáveis a longo prazo.
Especialistas desse setor estimam que, diante dos regimes globais de redução gradual de compostos prejudiciais ao clima do planeta, o GWP médio dos fluidos refrigerantes precisará ficar em torno de 400, informa a reportagem.
Ademais, o senso comum até então dizia que, além do CO2, qualquer potencial refrigerante de baixo GWP para uso a longo prazo apresentaria algum grau de inflamabilidade – uma característica inadequada para normas e códigos de edificações atuais e propostos para todos aparelhos, exceto os sistemas menores de ar condicionado de expansão direta (DX).
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Embora grande parte do atual trabalho de pesquisa e desenvolvimento da Carrier seja mantido sob sigilo, sabe-se que os fabricantes e os desenvolvedores de refrigerantes estão considerando a possibilidade de usar HFOs de baixa pressão em compressores de alta velocidade.
As HFOs puras oferecem GWPs muito baixos e, em alguns casos, como o do R-1233zd, não são inflamáveis em condições normais de operação.
O R-1233zd já foi adotado e aprovado por fabricantes de chillers em sistemas de baixa pressão como uma alternativa ao hidroclorofluorcarbono (HCFC) R-123, que degrada a camada de ozônio.
Entretanto, há desafios significativos para aqueles que procuram implantar esses refrigerantes em aparelhos de ar condicionado.
Os compressores scroll e rotativos atuais podem não ser adequados para sua aplicação em sistemas com fluido refrigerante de baixa densidade, uma vez que grandes aumentos nos fluxos volumétricos seriam necessários para atingir a mesma capacidade de refrigeração do R-410A, por exemplo.
Minicompressor parafuso
A Carrier decidiu revelar, recentemente, alguns detalhes sobre o projeto, chamado de “Mini Parafuso”. Esse protótipo de compressor parafuso utiliza um novo design de rotor e um motor de ímã permanente com alta velocidade para obter um fluxo volumétrico de 19,8 litros/s.
Os compressores do tipo parafuso são adequados para um grande fluxo volumétrico, mas foi necessária uma reestruturação completa de projeto para produzir um compressor para aplicações típicas de ar condicionado com R-410A.
A Carrier diz que a ausência de componentes desbalanceados, como pistões, contrapesos, válvulas de descarga, anéis Oldham, pás etc., fornece ao novo compressor parafuso uma vantagem distinta, particularmente em altas velocidades.
Detalhes do desenvolvimento e testes do compressor estão em um artigo publicado por um grupo de engenheiros da Carrier, formado por Masao Akei, Vishnu Sishtla e Scott MacBain.
Intitulado “Mini Parafuso: o desenvolvimento de um compressor compacto de alto CFM para refrigerante A1 de baixa pressão e baixo GWP”, o trabalho foi apresentado na 10ª Conferência Internacional sobre Compressores Parafuso, na Alemanha, em setembro passado.
O refrigerante
A escolha do refrigerante para os testes foi uma surpresa. Anteriormente, havia rumores de que fabricantes não identificados realizaram ensaios utilizando a HFO-1233zd, mas, nesse teste em particular, a Carrier estava trabalhando com o DR-12, um fluido refrigerante desenvolvido pela Chemours.
O Cooling Post acredita que o DR-12 é a HFO-1336mzz(E). Segundo o fabricante, esse fluido é atóxico e não inflamável, e no momento está passando pelo processo de classificação da Associação Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado (Ashrae).
Além disso, o R-1336mzz(E) não deve ser confundido com o refrigerante similar denominado R-1336mzz(Z). Embora ambas as moléculas sejam constituídas dos mesmos átomos, esse isômero – uma espécie de molécula “irmã” – tem um arranjo diferente de átomos, o que afeta suas características e comportamento.
Ambos os refrigerantes são candidatos em potencial para uso em bombas de calor de alta temperatura e sistemas com base no ciclo orgânico de Rankine. O R-1336mzz(Z) também já é empregado como componente principal do R-514A, um substituto do R-123 em chillers.
Já a HFO-1336mzz(E) é menos conhecida no setor. Sua temperatura crítica é de 137,7 ºC e seu ponto de ebulição é de 7,5 ºC. Também se sabe que ela possui um GWP de 18, segundo o Quinto Relatório de Avaliação (AR5) do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC).
Notavelmente, a Carrier também sustenta que o R-1336mzz(E) requer apenas um aumento de sete vezes na capacidade de vazão volumétrica para alcançar performance equivalente à do R-410A, em comparação ao incremento de dez vezes necessário ao uso do R-1233zd.
De acordo com relatos de outras fontes, testes separados realizados pela Chemours a 175 ºC mostraram que o R-1336mzz(E) é muito estável e compatível com o óleo poliol éster (POE), assim como os metais alumínio, cobre e aço.
O compressor
O compressor da Carrier foi projetado para uma capacidade de 17,6 kW a 11 mil rpm, e 4,4 kW a 2,5 mil rpm. Isso foi alcançado em um corpo de tamanho similar ao dos compressores atuais com R-410A.
Os ensaios foram realizados de acordo com a Norma 23.1 de testes de compressores da Ashrae. Segundo estimativas dos pesquisadores envolvidos, o compressor poderia operar por mais de 800 horas sem nenhum problema.
Segundo a reportagem, essa tecnologia ainda está em fase inicial e, embora seu desempenho preliminar ainda não tenha atingido os níveis atuais dos compressores com R- 410A, essa diferença foi apenas de 4% a 11%.
Os engenheiros da Carrier estão confiantes de que podem superar o desempenho dos compressores com R-410A otimizando, adicionalmente, áreas como mancais, motor, óleo, passagens de gás etc.
Desenvolvimento contínuo
Até o momento, a Chemours não confirmou e nem negou a história, muito menos revelou a identidade do fluido refrigerante utilizado pela Carrier.
No entanto, falando em termos gerais, o diretor global de negócios da linha Opteon, Joe Martinko, disse ao Cooling Post: “Estamos muito encorajados pelo feedback que recebemos do mercado em relação ao DR-12, que possui estabilidade e desempenho distintos em uma ampla gama de aplicações, incluindo transferência de calor. Esperamos continuar com o desenvolvimento e os testes dessa oferta única.”
Além da Carrier, no futuro iremos ouvir falar, provavelmente, de outros fabricantes combinando compressores de alta velocidade com refrigerantes de baixa pressão, conclui a reportagem.
