1. Por que o Refrigerante + Óleo de Refrigeração Encurtam a Vida dos Anéis de Vedação (O-Rings)

O-rings nos sistemas de refrigeração estão sujeitos a três efeitos simultaneamente.

Primeiro, inchaço do meio ou extração. Pequenas moléculas de refrigerante penetram na rede de borracha, causando alterações no peso, volume, dureza, resistência à tração e alongamento; o óleo de refrigeração também pode penetrar na borracha e extrair plastificantes e aditivos, fazendo com que o material primeiro amoleça e depois endureça, ou encolha após a interrupção da ação do refrigerante. Os dados da Chemours sobre o R134a destacam explicitamente que o inchaço, a perda de plastificantes e as alterações nas propriedades mecânicas não devem ser avaliados com base em um único refrigerante, pois nenhuma família única de borrachas cobre todos os refrigerantes substitutos.

Segundo, má recuperação em ciclos térmicos de baixa temperatura e falha por deformação permanente sob compressão. Aplicações frias, no evaporador e no lado de sucção exigem baixa deformação permanente sob compressão; condições de alta temperatura no compressor, no lado de descarga e em bombas de calor também exigem baixa deformação permanente sob compressão. O grau em que O-ring a compressão a longo prazo não permite recuperar fundamentalmente a força de vedação; quanto maior o valor, mais facilmente essa força é perdida.

Terceiro: risco de ciclagem de pressão e descompressão rápida. Os sistemas com HFC/HFO concentram-se principalmente na solubilidade, na permeação e no esforço de compressão; já os sistemas com CO₂/R744 devem também considerar danos causados pela descompressão rápida — moléculas de CO₂ penetram na borracha sob alta pressão, e uma liberação rápida de pressão pode provocar bolhas internas, fissuras ou até mesmo a ruptura da junta em O.

2. Seleção de materiais conforme o sistema refrigerante, em primeiro lugar

A. R134a / HFC + PAG ou POE: O cenário principal para ar-condicionado automotivo e refrigeração tradicional

O R134a é comumente combinado com óleo PAG em sistemas de ar-condicionado automotivo e com óleo POE em refrigeradores, compressores e equipamentos de carga parcial. Para as juntas tipo O-ring, o material precisa ser verificado conjuntamente quanto à compatibilidade com o refrigerante HFC, óleo PAG/POE, envelhecimento térmico, deformação por compressão e perda durante a instalação. Dados da Chemours indicam que a compatibilidade do R134a com borracha, metal e elastômeros exige verificação específica para cada projeto; a solubilidade do óleo POE no HFC-134a normalmente é especificada pelo fabricante original do compressor ou equipamento, mediante ensaios.

Direções recomendadas:

No PARKEIRO no Manual de 'O-Rings', compostos de CR são rotulados como comumente utilizados para refrigerantes R134a ou R22 e similares, com faixa típica de temperatura estática de -40 a 100 °C; a faixa de temperatura do HNBR é frequentemente de -35 a 150 °C; as grades padrão de NBR são majoritariamente de -35 a 100 °C; o EPDM é comumente utilizado de -50 a 150 °C. Essa estratificação térmica explica: o NBR pode ser econômico, mas, nas exigências de longo prazo de ar-condicionado automotivo — alta temperatura, oxigênio e deformação permanente por compressão — não deve ser usado como escolha padrão.

B. R1234yf / HFO + PAG ou POE: Veículos de Energia Nova, Ar-Condicionado para Veículos de Passageiros, Sistemas de Bomba de Calor

O R1234yf é um refrigerante HFO e tornou-se uma importante direção de substituição para ar-condicionado automotivo. Os dados da Chemours classificam o Opteon YF como R-1234yf/HFO-1234yf; ele é classificado como A2L segundo as normas de segurança ASHRAE e ISO 817: apresenta desempenho e características operacionais semelhantes às do R134a, mas exige óleo PAG ou POE especificamente formulado para R1234yf, não podendo ser considerado uma simples substituição em retrofit.

Quanto à compatibilidade com materiais, os dados dos testes de compatibilidade com elastômeros sob tensão fixa da Chemours, realizados a 100 °C por duas semanas e comparando R1234yf e R134a, mostraram que o HNBR apresentou maior variação de peso na imersão em R134a, enquanto a variação de peso foi menor na imersão em HFO-1234yf; a variação de peso do EPDM foi claramente superior à do HNBR, NBR, EPDM e materiais do tipo CR. O Viton® apresentou a melhor resistência, mas materiais produzidos por diferentes fabricantes e processos podem gerar resultados distintos, devendo, portanto, ser fornecidos pelos fornecedores de materiais.

Recomendações de Seleção:

Observação: o sistema R134a não pode ser simplesmente convertido para R1234yf, nem R1234yf pode ser misturado ao R134a. A Chemours afirma explicitamente que o sistema R1234yf possui conexões exclusivas; a mistura de refrigerantes constitui contaminação cruzada, e os componentes do sistema são projetados para um refrigerante específico.

C. Mistura de Refrigerantes HFC/HFO + Óleos POE/PVE: Bombas de Calor, Refrigeração Comercial, Sistemas Refrigerados

Equipamentos de bomba de calor e refrigeração comercial normalmente utilizam refrigerantes HFC, HFO ou misturas HFC/HFO, com produtos que empregam majoritariamente óleos POE, PVE ou misturas específicas. Aqui, conclusões obtidas com R134a ou R1234yf não podem ser aplicadas diretamente a sistemas com R410A, R32, R454B, R513A, R1234ze e similares, pois polaridade, pressão de vapor, temperatura de operação, solubilidade entre óleo e refrigerante e formulações de aditivos são todos diferentes.

Lógica inicial de seleção:

O objetivo da Norma ASHRAE 97 é avaliar a compatibilidade de materiais de vedação com os materiais dos sistemas de refrigeração por meio de ensaios em tubos de vidro selados; o tubo contém refrigerante, lubrificante e materiais de ensaio selados em um tubo de vidro, geralmente aberto após envelhecimento para análise qualitativa ou quantitativa, a fim de avaliar compatibilidade ou estabilidade química.

D. CO₂ / R744 + PAG, POE ou PAO: Bomba de calor de alta pressão, refrigeração comercial, bomba de calor automotiva

CO₂/R744 é outra categoria de problema. Sua corrosividade química não é necessariamente intensa, mas o risco de alta pressão, permeação e descompressão explosiva é muito elevado. Os dados da Parker sobre materiais de vedação para ar-condicionado com CO₂ indicam que a pressão de operação do sistema R744 é significativamente maior do que a do R134a; a pressão de operação do R744 pode atingir 150–160 bar e a temperatura pode chegar a 180 °C; a seleção de materiais de vedação flexíveis deve focar especialmente na resistência à descompressão explosiva.

Os materiais listados pela Parker para vedação de ar-condicionado com CO₂ incluem EPDM, FKM, HNBR e EPDM/BIIR, destacando que esses materiais devem suportar uma faixa de temperatura de –55 a +200 °C, ser compatíveis com óleos PAG/PAO/POE, apresentar baixa permeabilidade e excelente resistência à descompressão explosiva.

Recomendações para seleção de R744:

CO₂/R744 não pode utilizar substitutos comuns de anéis O para ar-condicionado automotivo. Mesmo que o nome do material seja idêntico (HNBR ou EPDM), é necessário distinguir se se trata de uma formulação dedicada a R744, com baixa permeabilidade e resistência à descompressão explosiva.

3. Como os Materiais se Comparam

HNBR: A Principal Escolha para o Ar Condicionado Automotivo

A vantagem do HNBR é sua boa resistência ao óleo, resistência ao calor, resistência mecânica e desempenho combinado de deformação permanente por compressão. Para sistemas com refrigerantes R134a e R1234yf, bem como óleos PAG e POE, o HNBR é normalmente o material preferido para juntas em forma de O (O-rings) de ar condicionado automotivo, vedação estática de compressores e vedação de válvulas de controle. Dados da Parker indicam que diversas grades de HNBR cobrem faixas de temperatura de -35/-40 °C a 150 °C, e algumas grades específicas para baixas temperaturas são indicadas para cenários de baixa temperatura.

Adequado para: ar condicionado automotivo, tubulações com R134a/R1234yf, vedação estática de compressores e parte de sistemas de bomba de calor.

Observação: o teor de ACN no HNBR, seu grau de hidrogenação, seu sistema de reticulação e seu sistema de cargas afetarão significativamente a recuperação em baixas temperaturas, além das variações de inchamento e deformação permanente por compressão.

EPDM: Boa Resistência a Baixas Temperaturas, Ozônio e Envelhecimento Térmico, mas a compatibilidade com óleos deve ser confirmada

O desempenho do EPDM em baixas temperaturas, a resistência ao ozônio e o desempenho à envelhecimento térmico são bons; na comparação da Chemours entre R134a/R1234yf, a variação de peso do EPDM é relativamente pequena. Contudo, o EPDM não é naturalmente adequado a todos os tipos de óleo, especialmente ao "EPDM resistente a todos os PAG/POE/refrigerante adicionado", dedicado ao R744, que exige formulação específica. O EPDM dedicado ao R744 ou o EPDM/BIIR podem ser candidatos para sistemas de alta pressão com CO₂, mas devem ser avaliados caso a caso.

FKM: Resistente a Altas Temperaturas, Baixa Permeação, mas Não é um Material Universal para R134a/R1234yf

A vantagem do FKM reside na resistência a altas temperaturas, ao envelhecimento, à baixa permeação gasosa e à ampla compatibilidade química; as classificações de dados da Parker indicam aplicabilidade em altas temperaturas, óleos quentes, solventes aromáticos e ambientes químicos diversos; no ensaio de elastômero sob deformação fixa da Chemours com R1234yf/R134a, a variação de peso do Viton® foi claramente menor que a do HNBR, NBR, EPDM, CR e outros materiais.

Portanto, o FKM em sistemas de refrigeração deve corresponder a uma marca específica e à verificação específica do meio, não devendo ser entendido como "FKM é de alta qualidade, logo aplicável a todos os refrigerantes."

NBR: Baixo custo, mas não recomendado como padrão para ar-condicionado automotivo de longa duração

O NBR é barato, possui boa resistência ao óleo mineral e alguma estabilidade de produto, mas sua estabilidade ambiental quanto à resistência ao calor, à ozona e à deformação permanente sob compressão a longo prazo é, em geral, inferior à do HNBR. O gráfico da Parker indica que a faixa de temperatura comum para o NBR situa-se, na maioria dos casos, entre -35 °C e 100 °C. Pode ser utilizado em cenários sensíveis ao custo e com requisitos reduzidos de temperatura e pressão, mas não é recomendado como escolha padrão para ar-condicionado automotivo com R1234yf, bombas de calor ou áreas de alta temperatura no compressor.

CR: Refrigerante tradicional é utilizável, mas sua capacidade em altas temperaturas é limitada

CR\/borracha de cloropreno tem uma longa história de uso em refrigerantes tradicionais; o gráfico da Parker também identifica CR como frequentemente usado com R134a ou R22, com seu limite superior típico de temperatura em torno de 100 °C. Para sistemas modernos de ar-condicionado automotivo e bombas de calor de alta temperatura, CR muitas vezes já não é a solução preferida.

VMQ\/FVMQ: Boa performance em baixas temperaturas, mas exigem atenção especial quanto à alta pressão e à permeação

Borracha de silicone e borracha fluorossilicone apresentam baixa elasticidade em baixas temperaturas, sendo adequadas para algumas vedações estáticas de baixa temperatura. Contudo, sua resistência mecânica, resistência ao rasgo, permeação gasosa e resistência à extrusão sob alta pressão são normalmente inferiores. Quando utilizadas em sistemas refrigerantes, devem ser limitadas a vedação estática de baixa tensão, e é obrigatória a verificação completa de vazamentos e ciclagem térmica.

4. O projeto não pode depender apenas da substituição de materiais

A falha de anéis O em sistemas de refrigeração muitas vezes não é causada exclusivamente pelo material, mas sim resulta da interação entre material, ranhura e processo.

Margem de inchaço. O Manual Parker indica que um inchamento do meio de vedação estático de 25%–30% em volume é, por vezes, tolerável, mas o inchamento do meio de vedação dinâmico normalmente não deve exceder 10%; inchamentos excessivos aumentam o risco de extrusão quando a compressão é reduzida.

Antiestrusão. Em sistemas de alta pressão, compressores e CO₂/R744, é necessário reduzir a folga de extrusão e utilizar anéis de apoio sempre que necessário; a alta pressão empurra a junta tórica para o lado de baixa pressão, causando extrusão na folga, e os anéis de apoio podem reduzir esse risco.

Seleção da dureza. a dureza 70A é comumente utilizada em vedação estática geral e em juntas de tubos de ar-condicionado automotivo; a dureza 80A é utilizada em aplicações de maior pressão ou montagem mais rigorosa; a dureza 90A é comumente utilizada em sistemas CO₂/R744, compressores de alta pressão ou onde se exige resistência à extrusão, embora a recuperação em baixas temperaturas e a capacidade de vedação durante a montagem possam diminuir.

Verificação em baixa temperatura. Não é possível analisar apenas o valor ‘-40 °C’ na ficha técnica do material. Em bombas de calor automotivas e em testes de refrigeração de baixa temperatura, é necessário verificar TR10, recuperação da compressão em baixas temperaturas, vazamento durante partida a frio e vazamento durante ciclos térmicos; endurecimento da borracha em baixas temperaturas e compressão insuficiente, que mais facilmente causam vazamentos no momento de partida a frio após estacionamento.

Superfície e montagem. As juntas de vedação (O-rings) em conexões de tubulação frequentemente apresentam problemas como corte, torção, montagem seca e atrito durante instalação. É necessário controlar o chanfro, a rugosidade superficial, o lubrificante para montagem e a compatibilidade rigorosa com o refrigerante; nos sistemas R1234yf e CO₂, também deve-se evitar produtos à base de óleo que possam contaminar ou interferir na detecção de vazamentos.

5. Processo de verificação recomendado

Recomenda-se que a seleção de juntas de vedação (O-rings) para refrigerante e óleo refrigerante inclua, no mínimo, quatro categorias de verificação:

A norma ASTM D471 abrange a qualidade da borracha, variação de volume, dureza, resistência à tração e alongamento após imersão em líquido, sendo o método básico para avaliação da compatibilidade com óleos refrigerantes. Contudo, o próprio refrigerante não é o único líquido relevante, e os ensaios devem ser realizados simultaneamente com testes sob pressão envolvendo a coexistência de refrigerante e óleo. A Trelleborg também alerta que as tabelas de compatibilidade baseiam-se em dados públicos e ensaios laboratoriais, e testes de curta duração à temperatura ambiente não conseguem representar integralmente as condições reais de campo; os usuários devem confirmar os resultados mediante testes práticos em aplicações reais.

Sistemas de alta pressão com CO₂/R744 devem também incluir ensaios de descompressão gasosa rápida (RGD) ou descompressão explosiva (AED). As normas ISO 23936-2 e NORSOK M710 tratam da qualificação de materiais não metálicos, sendo o Anexo B da NORSOK M710 exatamente o ensaio de descompressão gasosa rápida, também denominado ensaio de descompressão explosiva.

6. Recomendações para Seleção Voltadas aos Clientes

Clientes Automotivos de Ar Condicionado

Anéis O para juntas de tubulação R134a ou R1234yf; prioridade inicial em HNBR 70A/80A; para lados de alta pressão e juntas de compressores, pode-se considerar HNBR 80A/90A. Para bombas de calor de veículos novos (NEV) e compressores elétricos, deve-se confirmar independentemente óleo POE ou PAG especializado, sem se basear apenas na experiência com R134a/PAG de veículos movidos a combustível.

Clientes de Bombas de Calor

A dificuldade dos sistemas de bomba de calor reside na ampla faixa cíclica de temperaturas altas e baixas, exigindo simultaneamente recuperação de baixa temperatura no lado de sucção (baixa temperatura) e compressão de alta temperatura no lado de descarga. Recomenda-se priorizar a avaliação de HNBR, EPDM e FKM comprovado para baixas temperaturas, não apenas recomendar seleções com base em tabelas convencionais de compatibilidade com meios.

Clientes de Compressores

O foco das vedações do compressor é o óleo de refrigeração a alta temperatura, a dissolução do refrigerante, o pulso de pressão e o conjunto de compressão a longo prazo. A HNBR é uma escolha comum; a zona de alta temperatura pode avaliar FKM especial, mas deve verificar no óleo e no refrigerante reais de refrigeração. Os compressores de CO2 devem ser concebidos de acordo com a lógica de vedação de alta pressão R744.

CO2/R744 Clientes de equipamento de refrigeração

Priorizar a exigência do fornecedor de fornecer dados de formulação específicos para o R744/CO2, incluindo resistência à descompressão explosiva, baixa permeabilidade, ciclo de pressão, rebote a baixa temperatura, compatibilidade de óleo PAG/POE/PAO. Os nomes dos materiais HNBR, EPDM e FKM comuns não são provas suficientes.

- 7o. Quadro de informações que devem ser confirmadas na comunicação técnica ou de adjudicação de contratos

Quando solicitarem preços aos fornecedores de peças de vedação, forneçam pelo menos as seguintes informações:

8. Erros Mais Comuns

Erro um: Analisar apenas o refrigerante, não o óleo refrigerante. As características de inchaço e de baixa temperatura de PAG, POE, PAO e PVE diferem; o óleo frequentemente determina o inchaço e o endurecimento da borracha mais do que o refrigerante.

Erro dois: Aplicar diretamente a experiência com R134a ao R1234yf. O desempenho do R1234yf é semelhante ao do R134a, mas o sistema, o óleo, os requisitos de segurança A2L e a interface de serviço são todos diferentes; os materiais também devem ser verificados independentemente quanto à compatibilidade com R1234yf + óleo especificado.

Erro três: Acreditar que o FKM é sempre superior ao HNBR. O FKM apresenta vantagens em altas temperaturas e baixa permeação, mas, em testes de seleção para R134a/R1234yf, a variação de peso do Viton® nem sempre é a menor; é necessário verificar a formulação específica e os resultados dos testes reais.

Erro quatro: Selecionar CO₂/R744 com base apenas na compatibilidade química. O risco principal do R744 é a alta pressão, a permeação, a descompressão rápida, a resistência à extrusão e a recuperação em baixas temperaturas; tabelas convencionais de compatibilidade com refrigerantes não são suficientes.

Erro cinco: Considerar a cor como prova do material. Anéis-O verdes são comumente encontrados em HNBR para ar-condicionado automotivo, mas a cor não constitui prova do material; é necessário verificar a classe do material, o lote, a dureza, o relatório de ensaios e a validação na aplicação.