Inconnue et surprenante R152a

El desconocido pero sorprendente R152a

Inconnue et surprenante R152a

Le DFE, R152a ou difluorethane est un réfrigérant écologique pour la réfrigération à température positive, en remplacement direct du R134a. Le difluorethane est totalement respectueux de la couche d’ozone, a une excellente efficacité énergétique et a un très faible potentiel de réchauffement global (GWP) de seulement 124.

Sur R152a est couramment utilisé comme propulseur d’aérosol, agent moussant ou comme composant de plusieurs mélanges de réfrigérants. Cependant, il est classé comme légèrement inflammable par l’ASHRAE, et son utilisation est donc limitée dans les applications automobiles et commerciales. Cependant, les récentes préoccupations concernant le réchauffement de la planète, la réglementation sur les gaz fluorés en Europe et les taxes sur le carbone dans certains pays ont relancé l’intérêt pour les réfrigérants inflammables et les réfrigérants hautement toxiques comme l’ammoniac.

Caractéristiques du R152a

Le difluoréthane est un hydrocarbure fluoré pur dont la formule chimique est très similaire à celle du R134a. Sa courbe de pression de vapeur est équivalente à celle du R134a, avec de faibles écarts d’environ 2K. Le R152a a également des caractéristiques chimiques équivalentes. Il est donc compatible avec tous les matériaux des compresseurs commerciaux et des composants de réfrigération, des détendeurs thermostatiques et des lubrifiants.

Le R152a présente également des caractéristiques thermodynamiques supérieures à celles du R134a ou des HFO. Les coefficients de transfert de chaleur dans les évaporateurs et les condenseurs augmentent d’environ 20% grâce aux meilleures propriétés physiques du R152a par rapport au R134a. En outre, une viscosité plus faible du gaz entraîne une réduction de la chute de pression dans les conduites d’aspiration d’environ 30 %. Un poids moléculaire plus faible dans le R152a implique une capacité de chaleur latente élevée, un meilleur rendement volumétrique du compresseur et un meilleur COP du cycle de refroidissement. De plus, la température de refoulement augmente d’environ 10K par rapport au R134a.

Propriétés du R152a par rapport au R134a et au R1234yf (REFPROP9)

R134aR1234yfR152a
Poids moléculaire (gr/mol)10211466
Température d’ébullition à la pression standard-26,1ºC– 29,5ºC– 24,0ºC
Chaleur latente de vaporisation à -10ºC, kJ/kg199163307
Volumetric cooling capacity, kJ/m3129311861283
GWP (IPCC AR4)14304124
Limite inférieure d’inflammabilité %vol6%4%
Chaleur de combustion, kJ/mol42812201090
Température d’auto-inflammation405ºC454ºC
ASHARE Classe de sécuritéA1A2LA2

Performance thermodynamique

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La pression de service du R152a est légèrement inférieure (-10%) à celle du R134a pour une même température d’évaporation. Cependant, il a une capacité de refroidissement équivalente (-1% par rapport au R134a), et donc le R152a pourrait être utilisé en remplacement dans les systèmes de refroidissement fonctionnant avec du R134a.

En pratique, l’addition de tous les facteurs dans un même système de refroidissement, permet un gain d’efficacité d’environ 20% pour le R152a par rapport au R134a, et encore mieux par rapport au R1234yf. Dans un même système, la réduction de la charge de réfrigérant du R152a est d’environ 40% grâce à son poids moléculaire plus faible.

Dans le calcul de l’impact environnemental ou du facteur TEWI d’une installation, le R152a obtient une valeur inférieure à celle du R1234yf, car le plus grand effet direct sur le réchauffement de l’atmosphère, dû à un indice PCA plus élevé, est largement compensé par la réduction de l’effet indirect associée à une consommation moindre d’énergie électrique.

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Diagramme Pression (bar) – Enthalpie (kJ/kg) pour certains réfrigérants

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Compatibilité chimique

Le rapport de l’Air Conditioning & Refrigeration Technology Institute (qui fait partie du programme de recherche sur la compatibilité des matériaux et les lubrifiants préparé pour le ministère américain de l’Énergie en 1993) a examiné un certain nombre de fluorocarbones à diverses concentrations de réfrigérant et à divers degrés de viscosité du lubrifiant. Sur R152a est resté miscible à toutes les concentrations dans toute la gamme de températures d’essai de -50C à 90C.

Le projet a également examiné la compatibilité de vingt-quatre matériaux de moteurs hermétiques avec onze réfrigérants purs et dix-sept combinaisons réfrigérant-lubrifiant.

Les échantillons d’élastomère ont été complètement immergés dans le réfrigérant testé. Les échantillons exposés au R32, R125, R134a, R143a et R152a présentaient le plus faible gonflement. Comme pour la plupart des réfrigérants, un gonflement important (>35%) a été constaté avec les caoutchoucs fluorés et les silicones.

Les plastiques ont également été évalués dans le réfrigérant pur. Les réfrigérants HFC semblent avoir le moins d’effet sur les plastiques, à l’exception du plastique ABS, qui a échoué dans la plupart d’entre eux.

Exigences de sécurité

Le R152a est classé par l’ASHRAE comme réfrigérant de sécurité moyenne, classe A2, non toxique mais légèrement inflammable. Même si les règlements de sécurité des systèmes de réfrigération limitent l’utilisation des réfrigérants de sécurité moyenne dans les systèmes DX de réfrigération commerciale, ils autorisent leur utilisation, sans limite de charge, dans les systèmes de refroidissement indirect et les systèmes DX dans l’industrie.

En raison de la légère inflammabilité des fluides frigorigènes du groupe 2, des consignes de sécurité accrues seront nécessaires, exigeant des solutions spécifiques en matière d’ingénierie des systèmes et d’analyse des risques. Les règles de sécurité relatives aux atmosphères explosives classeraient les installations de refroidissement dans la zone de risque 2 : zones de travail où il n’est pas probable, dans des conditions de travail normales, qu’une atmosphère explosive puisse se former. Cette classification ne signifie pas, dans un premier temps, qu’il faille appliquer des mesures ATEX, mais elle permettra plutôt d’identifier les zones susceptibles de ne pas être classées en appliquant des mesures préventives (telles qu’une extraction d’air localisée, une ventilation naturelle suffisante, etc…).

Pour atténuer les risques dans les chambres froides, il est recommandé d’installer un détecteur de fuite isolant l’évaporateur et activant la ventilation forcée. Cela évitera d’atteindre une concentration dangereuse de réfrigérant dans l’air et empêchera le mélange explosif. En fait, la charge de réfrigérant qui reste à l’intérieur d’un évaporateur est généralement inférieure à 20gr par m3 de chambre froide. Ceci est bien inférieur à la limite inférieure d’inflammabilité de 0,137kg/m3.

Dans les locaux techniques, il est recommandé d’installer un système de ventilation automatique qui fournira un débit d’air de ventilation suffisant en cas de fuite de réfrigérant. Enfin, les tuyaux brasés étanches ne sont pas considérés comme des zones à risque.

 

Diagramme pression-enthalpie pour le R152a

Diagrama-R152a

Bibliographie

[1] Reglamento de seguridad para instalaciones frigoríficas y sus instrucciones técnicas complementarias. Real Decreto 138/2011, de 4 de febrero. BOE núm. 57, de 8 de marzo de 2011.

[2] F-gas regulation (EU) No 517/2014 of the European Parliament and of the Council of 16 April 2014 on fluorinated greenhouse gases.

[3] Reglamento de seguridad de los trabajadores expuestos a los riesgos derivados de atmósferas explosivas en el lugar de trabajo, Real Decreto 681/2003, de 12 de junio BOE nº 145, de 18 de junio.

[4] Guía técnica para la prevención y evaluación de los riesgos derivados de atmósferas explosivas en los lugares de trabajo, RD 681/2003. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo.

[5] Mendoza, J.M. (2013). Evaluación energética de los refrigerantes R1234yf y R152a como alternativa al R134a en sistemas de refrigeración. Revista Iberoamericana de Ingeniería Mecánica. Vol 17, Nº2.

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[7] Palm (2016-1). The opportunities and challenges of R152a, Part 1. (Möjligheter och utmaningar för R152a.) Department of Energy Technology. KTH Royal Institute of Technology. (Accessed on 30/07/2017)

[8] Palm (2016-2). The opportunities and challenges of R152a, Part 2. (Möjligheter och utmaningar för R152a.) Department of Energy Technology. KTH Royal Institute of Technology. (Accessed on 30/07/2017)

[9] UNE-EN 60079-10. Material eléctrico para atmósferas de gas explosivas. Parte 10: Clasificación de emplazamientos peligrosos.

[10] Godwin, D. (1993) Materials compatibility and lubricants research on CFC-Refrigerants substitutes. Air-conditioning and Refrigeration Technology Institute, Inc. The U.S. DEPARTMENT OF ENERGY.(Accessed on 30/07/2017).

[11] Bitzer Refrigerant Report (2014). Edition A-501-14. (Accessed on 30/07/2017)

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