Seminário de Difusão sobre Uso de Refrigerantes

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Seminário de Difusão sobre Uso de Refrigerantes
Ministério do
Meio Ambiente
SEMINÁRIO “Uso de Refrigerantes Naturais em Sistemas de Refrigeração e Ar-condicionado”
São Paulo, Instituto Mauá de Tecnologia, 21-22 Novembro 2007
Use of Hydrocarbon Refrigerants
in Residential Appliances
João Pimenta
UnB, LaAR
member ANPRAC
Universidade de Brasília
Faculdade de Tecnologia
Departamento de Engenharia Mecânica
Laboratório de Ar Condicionado e Refrigeração
WWW.LAAR.UNB.BR
SEMINÁRIO “Uso de Refrigerantes Naturais em Sistemas de Refrigeração e Ar-condicionado”
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Introduction
Technical Aspects on the use of HC Refrigerants
HC Safety Considerations
HC Research Needs & Trends for domestic use.
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Introduction
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Time Line
Caoutchoucine
1st Generation (1830s-1930s)
CO2, NH3, HC’s, H2O
Ethers, SO2, CCl4, ...
2nd Generation (1930s-1990s)
CFCs, HCFCs, HFCs, ...
Whatever worked
Safety and durability
3rd Generation (1990s ...)
CO2, NH3,, HC’s, H2O
HCFCs, HFCs, ...
Environmental
Protection
Ethyl Alcohol CO 2 Chymogene Water vapour
R600a R290
Methylene
R718
NH3
Cloride
SO 2
R30
Methyl
Ethyl
H O-H2SO 4 NH3-H2O
Ether 2
Methyl
Ether
Cloride
R40
1850
1834
Jacob Perkins
1st patent on
Ref rigeration Cycle
1900
?
2000
1950
1920’s
First hermetic
designs
1929
1974
Thomas Midgely Jr.
Rowland and Molina
CFC’s Development Proves Ozone Depletion
at Dupont
by CFC’s
1984
Britsh station at south
pole discover ozone hole
1987
Montreal
Protocol
1997
Kyoto
Protocol
Options and outlook for chiller refrigerants, James M. Calm, International Journal of Refrigeration 25 (2002) 705 –715
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Why Hydrocarbons as Refrigerants ?
Environmental impact of
refrigerant emissions lead to the
need of identifying a long-term
alternative to meet system
performance and service
requirements.
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Why Hydrocarbons as Refrigerants ?
Environmentally acceptable
alternatives exist for all uses of
CFC’s, HCFC’s, HFC’s and their
blends. These utilize natural
refrigerants such as hydrocarbons,
carbon dioxide, ammonia, air, water,
as well as alternate technologies.
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Why Hydrocarbons as Refrigerants ?
Because of the low ozone-depletion
and low global-warming potentials,
hydrocarbon refrigerants and their
mixtures have been increasingly
recognized as an important option
in refrigeration and air-conditioning
applications.
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Greenpeace “Greenfreeze”
1992: Greenpeace brought together scientists who had researched the
use HC’s as refrigerants, with an East German company resulted in the
birth of the so-called 'Greenfreeze' domestic refrigerator using blend of
R290 and R600a or pure R600a.
Many models of HC are now on sale in Germany, Austria, Denmark,
France, Italy, Netherlands, Switzerland, and Britain.
100 % of the German market has converted to HC, with more than 100
models in many sizes.
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Greenpeace “Greenfreeze”
Since 1994 more then 200 million domestic refrigerators with HC
technology had been produced and used without any accident.
More then 400.000 domestic refrigerators and small cold rooms had
been converted using LB12 (Propane, Iso-butane and butane blend).
Hydrocarbone as Refrigerant, Dr.-Ing. Meinolf Gringel. IKKE – Information Center for Refrigeration, Air-Conditioning and
Energy. Seminário MMA, “Uso de Fluidos Ref rigerantes Hidrocarbonetos: Situação Atual e Tendências Futuras”, SET/2005
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The Cuban Experience
1994
Development of process for production of the blend LB12 (ternary mixture of
propane, iso-butane e n-butane) CFC-12 Drop-in in fridges. (until 2005 has
produced 130 ton of LB12 = 260 ton of CFC-12.)
1997
A factory starts production of refrigerator using R600a. Model FG 28 (two doors - 52 l
freezer / 178 l) Model FG 34 (two doors - 75 l freezer / 223 l)
Compressor NA 1116 Y Embraco/Aspera - Refrigerant charge = 55 grams
2003
400.000 refrigerators converted from CFC-12 to LB12;
40.000 new fridges working with R600a;
10.000 small systems converted from CFC-12 to LB12;
1040 technicians trained for refrigerators retrofitting from CFC-12 to LB12
“A Experiência de Cuba com o uso de hidrocarbonetos”, Dirk Legatis, GTZ/Proklima
Seminário MMA, “Uso de Fluidos Ref rigerantes Hidrocarbonetos: Situação Atual e Tendências Futuras”, SET/2005
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Refrigerants Naturally, 2004
http://www.refrigerantsnaturally.com/
Nestlé,
Unilever,
Coca-Cola
e
McDonalds adopted recent actions in
order to ban fluorocarbons, adopting
natural refrigerants.
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
McDonald’s HFC Free Project
Published by: McDonald´s Europe, Environment Department
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
8th IIF/IIR Gustav Lorentzen Conference on Natural Working Fluids
(Set/2008)
http://www.iir-gl-conference-2008.dk/
Conference Topics
 Natural primary refrigerants
 Secondary coolants and ice slurries
 Low emission and low charge (HFC) systems
 Sorption systems
 Non conventional refrigeration systems
 Heat transfer and fluid flow
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Recent News
http://www.alvgroup.com/alt.n/
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Approximate Quantities of Refrigerators and Air Conditioners Globally
2007
800 millions
135 millions
210 millions
Global Comparative Analysis of HFC and Alternative Technologies for Refrigeration, Air
Conditioning, Foam, Solvent, Aerosol Propellant, and Fire Protection Applications.
Final Report to the Alliance for Responsible Atmospheric Policy prepared by Arthur D. Little
March 21, 2002
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Electricity End-Use in Brazilian Residential Sector
REFRIGERATION
74 %
Water Heating
26 %
Light
23 %
Others
18 %
From: GELLER, H., TOLMASQUIM, M., SCHAEFFER, R., 1991, O Uso Eficiente da Eletricidade - Uma Estratégia de Desenvolvimento
para o Brasil, American Council for na Energy Efficiente Economy, Instituto Nacional de Eficiência Energética e PROCEL
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http://www.americanas.com.br/prod/51795/eacom
http://www.bosch.com.br/br/mundobosch/revista/topico_junho02.htm
HC Refrigerator in Brazil
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Brazil-Germany Cooperation: SENAI, GTZ, PROKLIMA
Refrigerating technicians training in all service and repair activities with
emphasis on CFC-12 recovery and conversion to HC "drop-in” refrigerants.
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Cooperation for Refrigerators Exchange to HC
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
In the Future ...
Danfoss IR Consensus 2004 Conference
The future of Industrial Refrigeration
Andy Pearson, Star Refrigeration Ltd, UK
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Technical Aspects on
the use of
HC Refrigerants
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Systematic Choice of a Refrigerant
Criteria
Safety
Performance
Environment
Best
Refrigerant
Different Refrigerant Fluids
Application
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Systematic Choice of a Refrigerant
SAFETY
Flammability
Toxicity
Criteria
Safety
Performance
Environment
ENVIRONMENT
Global Warming
Ozone Depletion
Refrigerant Fluids
Application
PERFORMANCE
Physical Prop.
Energetic Effic.
Tech. Changes
System Costs
Refrigerant(s)
http://www.afeas.org/tewi.html
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Choice of a HC Refrigerant
SAFETY
Flammability
Toxicity
HC’s
ENVIRONMENT
Global Warming
Ozone Depletion
?
PERFORMANCE
Residential
Applications
Physical Prop.
Energetic Effic.
Tech. Changes
System Costs
Refrigerant(s)
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Most important factors to influence consumers choice when
buying a cold appliance.
T172_1 Working with our Environment: An introduction. The Open University
http://openlearn.open.ac.uk/file.php/1285/formats/print.htm
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Choice of a HC Refrigerant
SAFETY
Toxicity
Class A → Low Toxic
Refrigerants with toxicity not verified for concentrations  400 ppm
SAFETY
Flamability
Toxicity
ENVIRONMENT
Ozone Depletion
Global Warming
PERFORMANCE
Physical Props.
Energ. Efficiency
Tech. Changes
System Costs
Refrigerant
R290
Propano
→ A
R600
Butano
→ A
R600a
Iso-butano
→ A
R1270
Propileno
→ A
R22
Clorodifluormetano
→ A
R134a
1,1,1,2 Tetrafluormetano
→ A
R407c
R32/R125/R134a
→ A
R410a
R32/R125
→ A
R744
Dióxido de Carbono
→ A
R717
Amônia
→ B
R764
Dióxido de Enxofre
→ B
ASHRAE
Standard 34
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Choice of a HC Refrigerant
SAFETY
Toxicity
TLV-TWA (Threshold Limit Value-Time Weighted Average)
Indication of chronic (long term, repeat exposure) toxicity of the
refrigerant*. Indicate adopted limits for workplace exposures for trained
personnel during typical workdays and work weeks.
SAFETY
Flamability
Toxicity
ENVIRONMENT
Ozone Depletion
Global Warming
R290
Propano
→
2500 ppm
R600
Butano
→
800 ppm
R600a
Iso-butano
→
800 ppm
R1270
Propileno
→
375 ppm
R22
Clorodifluormetano
→
1000 ppm
R134a
1,1,1,2 Tetrafluormetano
→
1000 ppm
R407c
R32/R125/R134a
→
1000 ppm
R410a
R32/R125
→
1000 ppm
R744
Dióxido de Carbono
→
5000 ppm
R717
Amônia
→
25 ppm
R764
Dióxido de Enxofre
→
2 ppm
PERFORMANCE
Physical Props.
Energ. Efficiency
Tech. Changes
System Costs
Refrigerant
*ACGIH
American Conf erence of Government and Industrial Hygienists.
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Choice of a HC Refrigerant
SAFETY
Flamability
Class 3 → High Flammable
Refrigerants with Lower Flammability Limit (LFL) below 0,00625 lb/ft3 and
heat of combustion ≥ 8174 BTU/lb
SAFETY
Flamability
Toxicity
ENVIRONMENT
Ozone Depletion
Global Warming
PERFORMANCE
Physical Props.
Energ. Efficiency
Tech. Changes
System Costs
Refrigerant
R290
Propane
→
2,3 %
R600
Butane
→
1,9 %
R600a
Iso-butane
→
1,8 %
R1270
Propylene
→
2,0 %
R22
Clorodifluormetano
→
None
R134a
1,1,1,2 Tetrafluormetano
→
None
R407c
R32/R125/R134a
→
None
R410a
R32/R125
→
None
R744
Dióxido de Carbono
→
None
R717
Amônia
→
14,8 %
ASHRAE
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Inert hydrocarbon-based refrigerants.
B. Z. Dlugogorski, R. K. Hichens and E. M. Kennedy - The University of Newcastle, Australia
Fire Safety Journal, Volume 37, Issue 1, February 2002, Pages 53-65
Investigated the effect of two chemical suppressants, CF3I and C3HF7, on the
mitigation of flammability of natural gas/air and propane–isobutane/air
mixtures.
Has adopted (with good results) a “tubular burner” instead of “explosion
vessels” for determining flammability limits of hydrocarbons inerted with
halogenated agents.
The results indicate that it is not possible, using CF3I or C3F7 H, to formulate
a refrigerant mixture with a substantial hydrocarbon content (inertion of the
propane–butane blend considered in this study demands 87.7% and 94.2% by
weight of CF3I and C3F7 H, respectively.
None consideration was made with respect to effect of the chemical
suppressants on other properties.
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Choice of a HC Refrigerant
ENVIRONMENT
Ozone Depletion
ODP = 0 → No impact on ozone layer
HC’s refrigerants have null ODP (Ozone Depletion Potential), i. e., there's
no impact on ozone layer.
SAFETY
Flamability
Toxicity
ENVIRONMENT
Ozone Depletion
Global Warming
PERFORMANCE
Physical Props.
Energ. Efficiency
Tech. Changes
System Costs
Refrigerant
ODP
Atm. Life
R290
Propano
→
Zero
---
R600
Butano
→
Zero
<1
R600a
Iso-butano
→
Zero
<1
R1270
Propileno
→
Zero
<1
R22
Clorodifluormetano
→
0,034
11.8
R134a
1,1,1,2 Tetrafluormetano
→
Zero
13,6
R407c
R32/R125/R134a
→
Zero
< 32,6
R410a
R32/R125
→
Zero
< 32,6
R744
Dióxido de Carbono
→
Zero
> 50
R717
Amônia
→
Zero
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Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances
Choice of a HC Refrigerant
ENVIRONMENT
Global Warming
GWP ≈ 0 → Negligible impact
HC’s refrigerants have very low GWP (Global Warming Potential), i.e., its
influence on global warming can be neglected.
SAFETY
GWP
Flamability
Toxicity
ENVIRONMENT
Ozone Depletion
Global Warming
Atm. Life
R290
Propano
→
<3
---
R600
Butano
→
<3
<1
R600a
Iso-butano
→
<3
<1
R1270
Propileno
→
~3
<1
R22
Clorodifluormetano
→
1900
11.8
R134a
1,1,1,2 Tetrafluormetano
→
1600
13,6
R407c
R32/R125/R134a
→
1980
< 32,6
R410a
R32/R125
→
2340
< 32,6
R744
Dióxido de Carbono
→
1
> 50
R717
Amônia
→
<1
---
PERFORMANCE
Physical Props.
Energ. Efficiency
Tech. Changes
System Costs
Refrigerant
PIMENTA, J.M.D., Use of Hydrocarbon Refrigerants in Residential Appliances. SEMINÁRIO “Uso de Refrigerantes Naturais em
Sistemas de Refrigeração e Ar-condicionado”. São Paulo, Instituto Mauá de Tecnologia, 21-22 Novembro 2007
UnB
www.laar.unb.br

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