Ce este Freonul?

Instalatiile frigorifice sunt in prezent echipamente indispensabile. Sunt o necesitate si aduc confort: frigiderul sau camera frigorifica pastreaza bautura racoritoare rece si fereste alimentele de alterare, sistemul de climatizare (aer conditionat, chiller etc) protejeaza de caldura verilor toride, de umiditatea excesiva si chiar de alergiile de sezon. Toate acestea nu ar exista daca nu s-ar fi descoperit agentul frigorific numit impropriu freon (acest cuvant este o denumire comerciala inregistrata a firmei DuPont).

Mai intai trebuie sa stim ca orice sistem frigorific are 4 componente de baza: vaporizator, compresor, condensator si dispozitiv de laminare.
Vaporizatorul se afla intotdeauna in interiorul incaperii (in frigider, in camera, in birou etc) care se doreste a fi racita si are rolul de a prelua caldura pe care apoi o cedeaza freonului.
Condensatorul este intotdeauna in afara incaperii care se doreste a fi racita si are rolul de a ceda temperatura ridicata a freonului in exteriorul acesteia schimband totodata starea freonului din gaz in lichid.
Compresorul are intre altele si rolul de a circula agentul frigorific prin sistem, astfel incat schimbul de caldura intre mediul interior si cel exterior sa se poata produce.

Ce este freonul?

O substanta sau compus chimic care are proprietatea de a vaporiza la temperaturi foarte joase, mai joase decat incaperea care se doreste a fi racita.
Altfel spus freonul are temperatura de fierbere si temperatura de vaporizare mult mai mici decat temperatura mediului care se doreste a fi racit.

Diferente intre evaporare si fierbere

Evaporarea si fierberea sunt 2 procese ale vaporizarii, prin care un lichid isi schimba starea in gaz.
Evaporarea se produce doar la suprafata unui lichid si are loc la orice temperatura.
Fierberea se produce in tot volumul (masa) lichidului, printr-un aport de energie, pornind de obicei de la suprafata cea mai calda a recipientului (in general partea inferioara), bulele de vapori ridicandu-se prin lichid spre suprafata superioara a recipientului.
Condesarea este procesul invers al evaporarii si are ca efect trecerea unui gaz in stare lichida.

Cum raceste agentul frigorific (freonul)?

Va propun un mic experiment. Turnati o picatura de alcool sanitar pe mana. Veti observa ca datorita caldurii pielii, alcoolul se evapora lasand in urma o senzatie de rece pe suprafata pielii.
Ce s-a intamplat? Alcoolul a preluat caldura de pe suprafata pielii, trecand astfel din starea lichida in starea gazoasa, iar viteza evaporarii alcoolului fiind mai mare decat viteza cu care pielea revine la temperatura initiala, s-a realizat pentru o perioada scurta de timp o scadere locala a temperaturii pielii, rezultand  implicit o senzatie de racorire.
Intr-un sistem frigorific, freonul trece prin vaporizator, preia o parte din caldura de la suprafata exterioara a acestuia (din camera ce se doreste a fi racita), caldura pe care o cedeaza mai apoi prin intermediul condensatorului in exterior.

Ce proprietati trebuie sa indeplineasca freonul (agentul frigorific)?

1. Proprietati termodinamice: temperatura de fierbere trebuie sa fie mai mica decat temperatura care se doreste a fi realizata in camera
2. Sa nu fie coroziv cu materialele cu care intra in contact in sistemul frigorific
3. Sa nu prezinte pericol de toxicitate, inflamabilitate si explozie
4. Sa nu fie poluant si sa nu contribuie la incalzirea globala

Categorii importante de freoni

1. CFC (clorofluorocarburi) contin molecule cu atomi de Cl, F, C – sunt freoni care contin Cl (clor) foarte instabil. Acest tip de freoni nu se mai produc deoarece au impact puternic negativ asupra mediului inconjurator. Exemplu de freoni: R11, R12
2. HCFC (hidroclorofluorocarburi) contin molecule cu atomi de H, Cl, F, C – prezenta hidrogenului in molecula creaza stabilitate pentru atomul de Cl. Exemplu de freoni: R22, R509
3. HFC (hidrofluorocarbon) contin molecule cu atomi H, F, C – prin lipsa atomului de Cl, acesti agenti frigorifici sunt considerati freoni de substitutie definitiva. Exemplu de freoni: R134a, R404a, R407C, R410A
4. HFO (hidrofluorolefina sau hidrofluoralchena) sunt freoni (agenti frigorifici) care au in componenta lor hidrogen, fluor si carbon. Singura diferenta fata de freonii HFC este ca HFO sunt substante chimice nesaturate, ceea ce insemna ca au macar o legatura dubla. Astfel demolecule se numesc olefina sau alchena. HFO sunt compusi relativ stabili, dar sunt mai reactivi decat HFC datorita legaturii duble a carbonului. HFO au un potential de incalzire globala scazut (GWP), fiind o proprietate care creste ca importanta in preocuparea pentru crearea de noi agenti frigorifici.
   In prezent freonii HFO pot fi gasiti in diverse aplicatii:
   • refrigerare, pompe de caldura si aer conditionat auto (MAC = Mobile AC): HFO-1234yf
   • chilere: HFO-1234ze(E) si HFO-1233zd(E)
   • sugerat pentru pompele de caldura de temperaturi inalte: HFO-1336mzz
5. HC (hidrocarbon) sunt freoni cu excelente proprietati termodinamice si sunt buni sau chiar mai buni decat agentii frigorifici HFC sau HCFC, in cele mai multe aplicatii. HC sunt extrem de inflamabili si trebuie manevrati cu grija. HC fac parte din grupa freonilor naturali si au ODP = 0 iar valoarea GWP neglijabila. Acesti freoni sunt compatibili cu uleiurile si materialele standard utilizate de HFC. O singura exceptie o face propilenul care nu este compatibil cu neoprenul si de aceea se utilizeaza garnituri O-ring speciale.
   Freonii reprezentativi pentru categoria HC sunt: R290 (propan), R600 (butan), R600a (isobutan), R1270 propilena.
   Agentii frigorifici din categoria HC sunt utilizati in aplicatii ca: frigidere si congelatoare casnice, racitoare de apa, frigidere comerciale, dozatoare de bauturi, deumidificatoare etc.

In afara acestor categorii mai exista si freonii naturali, de exemplu amoniacul NH3 simbolizat R717, utilizat inca de la inceputurile frigotehniei, in anul 1876 de catre Carl von Linde. Amoniacul este considerat unul dintre cei mai performanti freoni avand un foarte bun comportament termodinamic. Dezavantajul sau este toxicitatea.

Lista freonilor utilizati la nivel mondial o gasiti pe Wikipedia

Amestecuri de freoni

Dupa cum se poate observa in lista de la linkul de mai sus, in coloana „Chemical Name” (denumire chimica), unii freoni sunt un amestec de alti freoni. In functie de proprietatile freonilor ce intra in amestec si proportiile acestora se vor constata alte 2 proprietati ale agentilor frigorifici:

1. Azeotropie – proprietatea unui amestec de lichide de a da prin fierbere vapori cu aceeasi compozitie ca a amestecului lichid din care provin
2. Zeotropie – proprietatea unui amestec de lichide de a da prin fierbere vapori cu compozitie diferita de cea a amestecului lichid din care provin. Este important ca acesti freoni sa fie incarcati in instalatia frigorifica doar in stare lichida. Un agent frigorific zeotrop va avea vaporii in alte proportii chimice decat sunt in amestecul lichid, iar prin transformarea acestuia din nou in lichid nu se va mai obtine un freon cu aceleasi proprietati si calitati pe care le-a avut la inceput in instalatia frigorifica. Din aceasta cauza freonii zeotropi se incarca doar in stare lichida.

De retinut:

1. Orice sistem frigorific, indiferent de natura lui, este ermetic inchis si atata timp cat nu apar defectiuni, cantitatea de freon ramane aceeasi (freonul nu se „consuma” in timp).
2. Freonul nu se altereaza intr-un sistem frigorific, indiferent de durata utilizarii instalatiei frigorifice, atata timp cat nu apare o defectiune in sistem.