Mais de uma dúzia de misturas químicas podem servir como refrigerantes alternativos que não aquecem a atmosfera tanto quanto os refrigerantes de hoje, ou pegar fogo, de acordo com um novo estudo computacional do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST).

O estudo do NIST identificou as 22 "melhores" misturas não inflamáveis ​​ou marginalmente inflamáveis ​​com menor potencial de aquecimento global (GWP) - uma medida de quanto calor um gás reterá se liberado na atmosfera - do que o refrigerante padrão atual para ar condicionado de veículos (AC ), denominado R-134a (tetrafluoroetano).

A maioria das misturas identificadas combina R-134a com um ou dois outros refrigerantes comerciais.

A nova análise NIST, que foi conduzido para os militares dos EUA, mas também se aplica a aplicações civis, como sistemas AC para residências e carros, é uma continuação de um estudo NIST de 2017 que descobriu que todos os componentes únicos, refrigerantes ecologicamente corretos eram, pelo menos, marginalmente inflamáveis. Esse estudo sugeriu que as misturas podem oferecer as soluções ideais.

"Os militares insistem em querer misturas não inflamáveis, mas as aplicações civis estão se movendo cada vez mais em direção a misturas, pelo menos marginalmente inflamáveis, "O engenheiro mecânico do NIST e autor principal do estudo, Ian Bell, disse.

Para ajudar a reduzir o aquecimento global, quase 200 nações, incluindo os Estados Unidos, concordou em 2016 em alterar o Protocolo de Montreal para reduzir gradualmente até meados do século os refrigerantes usados ​​na maioria dos sistemas CA. A redução parcial, em vez de uma eliminação completa, reconheceu as escolhas complicadas que precisarão ser feitas para selecionar substituições.

Para o novo estudo, Os pesquisadores do NIST selecionaram 13 fluidos dentro de uma faixa de pressão, inflamabilidade, e valores de GWP que podem produzir uma mistura com as características desejadas. Todos os fluidos eram de baixa toxicidade e estavam disponíveis comercialmente. Os pesquisadores realizaram uma extensa avaliação de todas as combinações possíveis de dois ou três dos 13 fluidos.

Os fluidos incluem hidrofluoroolefinas, que têm um PAG muito baixo, mas são moderadamente inflamáveis; hidrofluorocarbonos não inflamáveis ​​(HFCs) com GWP moderado a alto; HFCs moderadamente inflamáveis; e dióxido de carbono, que não é inflamável e também tem um GWP muito baixo de 1, mas aumentaria a pressão operacional de uma mistura, o que é indesejável.

Os pesquisadores do NIST não encontraram nenhuma mistura que atendesse a todas as restrições desejadas - não inflamabilidade, baixo GWP, alta eficiência (resfriamento por unidade de trabalho), e capacidade de resfriamento geral semelhante à do sistema de linha de base do R-134a.

O estudo identificou 14 misturas não inflamáveis ​​que ofereceram uma redução no GWP de, no máximo, 51 por cento em comparação com o GWP do R-134a de 1300. Outras oito misturas que eram marginalmente inflamáveis ​​foram identificadas com reduções de GWP de até 99 por cento. Os pesquisadores simularam o desempenho dessas 22 misturas em um modelo de ciclo de refrigeração detalhado. O estudo foi realizado por meio de ferramentas computacionais; pesquisadores planejam realizar experimentos de laboratório para verificar os resultados.

O estudo revelou várias tendências. As misturas não inflamáveis ​​mais promissoras têm eficiência ligeiramente inferior em comparação com o R-134a. Essas misturas não inflamáveis ​​têm um limite de GWP inferior de 640; isso se deve à necessidade de uma grande quantidade de R-134a na mistura para suprimir a inflamabilidade de fluidos de baixo PAG. Outras misturas contendo uma quantidade significativa de dióxido de carbono também eram não inflamáveis, mas estes tinham eficiências muito baixas em comparação com o R-134a e não eram considerados alternativas viáveis.

Há também uma tendência geral de aumento da eficiência em conjunto com o GWP e a inflamabilidade. Isso ocorre porque os fluidos com baixo GWP tendem a ser moléculas mais complexas e essa complexidade pode prejudicar o desempenho da refrigeração.

"As 'boas' misturas que encontramos são extremamente não inflamáveis, "Bell avisou." Isso não significa que eles não vão queimar no ambiente certo. Precisamos ser cautelosos, porque isso é uma espécie de arte negra. Há uma compensação fundamental:se você realmente deseja não-flamabilidade e eficiência, você não terá os dois. Você terá um ou outro. "