1. De ce scurtază refrigeranții și uleiul de refrigerare durata de viață a inelelor O?

Aneluri O în sistemele de refrigerare sunt supuse simultan trei efecte.

În primul rând, umflarea sau extracția mediului. Moleculele mici de agent frigorific pătrund în rețeaua de cauciuc, provocând modificări ale greutății, volumului, durității, rezistenței la tracțiune și alungirii; uleiul pentru frigider poate, de asemenea, pătrunde în cauciuc și extrage plastifianții și aditivii, determinând materialul să se îmblânzească inițial, apoi să se întărească sau să se retracteze după oprirea agentului frigorific. Datele Chemours privind R134a subliniază expres faptul că umflarea, pierderea plastifianților și modificările proprietăților mecanice nu trebuie evaluate pe baza unui singur agent frigorific, deoarece nici o familie unică de cauciuc nu acoperă toți agenții frigorifici înlocuitori.

În al doilea rând, performanță slabă la ciclarea termică, revenire deficitară la temperaturi scăzute și eșec datorat setării la compresie. Aplicațiile din domeniul temperaturilor scăzute, ale evaporatorului și ale laturii de aspirație necesită o setare redusă la compresie; condițiile cu temperaturi ridicate din domeniul compresorului, al evacuării și al pompelor de căldură necesită, de asemenea, o setare redusă la compresie. Gradul în care Anelul O compresia pe termen lung nu se poate recupera fundamental măsoară forța de etanșare; cu cât valoarea este mai mare, cu atât forța de etanșare se pierde mai ușor.

În al treilea rând, risc datorat ciclării presiunii și descompresiei rapide. Sistemele cu HFC/HFO se concentrează în principal pe solubilitate, permeabilitate și setarea la compresie; sistemele cu CO₂/R744 trebuie să acorde, de asemenea, atenție deteriorării cauzate de decomprimarea rapidă — moleculele de CO₂ pătrund în cauciuc sub presiune ridicată, iar eliberarea rapidă a presiunii poate provoca formarea de bule interne în cauciuc, fisurarea acestuia sau chiar explozia garniturii inelare (O-ring).

2. Selectarea materialelor în funcție de sistemul de refrigerant, în primul rând

A. R134a / HFC + PAG sau POE: Scenariul principal pentru aerul condiționat auto și pentru frigiderul tradițional

R134a este de obicei asociat cu uleiul PAG în aerul condiționat auto și cu uleiul POE în frigidere, compresoare și echipamente cu sarcină parțială. Pentru garniturile inelare (O-rings), materialul trebuie verificat împreună față de refrigerantul HFC, uleiul PAG/POE, îmbătrânirea termică, setarea la compresie și pierderea la montare. Datele Chemours arată că compatibilitatea R134a cu cauciucul, metalele și elastomerii necesită o verificare specifică proiectului; solubilitatea uleiului POE în HFC-134a este de obicei specificată de producătorul de echipamente originale (OEM) pentru compresoare sau echipamente, pe baza unor teste.

Direcții recomandate:

În Parker manualul de inele O al producătorului, compușii CR sunt etichetați ca fiind frecvent utilizați pentru R134a sau R22 și refrigerenți similari, cu o gamă tipică de temperaturi statice între -40 și 100 °C; gama de temperaturi pentru HNBR este adesea între -35 și 150 °C; gradele standard de NBR sunt în majoritatea cazurilor între -35 și 100 °C; EPDM este frecvent între -50 și 150 °C. Această stratificare termică explică următorul lucru: NBR poate fi ieftin, dar în aplicații auto AC pe termen lung, la temperaturi ridicate, în prezența oxigenului și a cerințelor privind setarea prin comprimare, nu ar trebui să fie utilizat ca opțiune implicită.

B. R1234yf / HFO + PAG sau POE: vehicule cu energie nouă, sisteme de aer condiționat pentru autoturisme, sisteme cu pompă de căldură

R1234yf este un refrigerent HFO și a devenit o direcție importantă de înlocuire pentru sistemele de aer condiționat auto. Datele furnizate de Chemours etichetează Opteon YF ca fiind R-1234yf/HFO-1234yf; acesta este clasificat A2L conform standardelor de siguranță ASHRAE și ISO 817: are performanțe și caracteristici de funcționare similare cu cele ale R134a, dar necesită uleiuri PAG sau POE speciale formulate exclusiv pentru R1234yf, iar acesta nu poate fi considerat un simplu substituent pentru retrofit.

În ceea ce privește compatibilitatea cu materialele, datele testelor de compatibilitate cu elastomeri cu deformare fixă realizate de Chemours la 100°C, timp de 2 săptămâni, comparând R1234yf și R134a, au arătat că HNBR prezintă o modificare mai mare a greutății în imersia în R134a, în timp ce modificarea greutății este mai mică în HFO-1234yf; modificarea greutății EPDM a fost semnificativ mai mare decât cea a materialelor HNBR, NBR, EPDM și CR. Viton® s-a dovedit cel mai rezistent, dar materialele produse de diferiți fabricanți și prin procese diferite pot da rezultate variate, astfel încât acestea trebuie furnizate de furnizorii de materiale.

Recomandări privind selecția:

Notă: sistemul cu R134a nu poate fi simplu înlocuit cu R1234yf, iar R1234yf nu poate fi amestecat cu R134a. Chemours afirmă în mod explicit că sistemul cu R1234yf are racorduri specifice; amestecarea agenților frigorifici reprezintă o contaminare încrucișată, iar componentele sistemului sunt proiectate pentru un anumit agent frigorific.

C. Amestec de agenți frigorifici HFC/HFO + uleiuri POE/PVE: Pompe de căldură, refrigerare comercială, sisteme refrigerate

Pompele de căldură și echipamentele de refrigerare comercială folosesc frecvent agenți frigorifici HFC, HFO sau amestecuri HFC/HFO, iar produsele utilizează în principal uleiuri POE, PVE sau uleiuri speciale amestecate. În acest caz, concluziile privind materialele pentru R134a sau R1234yf nu pot fi aplicate direct sistemelor cu R410A, R32, R454B, R513A, R1234ze și similare, deoarece polaritatea, presiunea de vapori, temperatura de funcționare, solubilitatea dintre ulei și agentul frigorific, precum și pachetele de aditivi sunt toate diferite.

Logica inițială de selecție:

Scopul Standardului ASHRAE 97 este evaluarea compatibilității materialelor de etanșare cu materialele din sistemele de refrigerare prin testarea în tuburi de sticlă etanșe; tubul conține refrigerant, lubrifiant și materialele de testare sigilate într-un tub de sticlă, fiind în general deschis după îmbătrânire pentru analiză calitativă sau cantitativă, în vederea stabilirii compatibilității sau stabilității chimice.

D. CO₂ / R744 + PAG, POE sau PAO: pompă de căldură de înaltă presiune, refrigerare comercială, pompă de căldură auto

CO₂/R744 reprezintă o altă categorie de problemă. Corozivitatea sa chimică nu este neapărat puternică, dar riscul de presiune ridicată, permeabilitate și decompresie explozivă este foarte mare. Datele Parker privind materialele de etanșare pentru sistemele de aer condiționat cu CO₂ indică faptul că presiunea de funcționare a sistemului R744 este semnificativ mai mare decât cea a sistemului R134a; presiunea de funcționare R744 poate atinge 150–160 bar, iar temperatura poate ajunge la 180 °C; selecția materialelor de etanșare moi trebuie să țină cont în mod special de rezistența la decompresia explozivă.

Materialele enumerate de Parker pentru etanșarea sistemelor de aer condiționat cu CO₂ includ EPDM, FKM, HNBR și EPDM/BIIR, subliniindu-se necesitatea ca aceste materiale să suporte un domeniu de temperatură între -55 și +200 °C, să fie compatibile cu uleiuri PAG/PAO/POE, să aibă permeabilitate scăzută și o excelentă rezistență la decompresia explozivă.

Recomandări pentru selecția R744:

Pentru CO₂/R744 nu se pot folosi înlocuitori obișnuiți de garnituri O-ring auto. Chiar dacă denumirea materialului este aceeași (HNBR sau EPDM), trebuie să se distingă dacă este o formulare specială pentru R744, cu permeabilitate redusă și rezistentă la decompresie explozivă.

3. Cum se compară materialele

HNBR: Alegerea principală pentru sistemele de aer condiționat auto

Avantajul HNBR constă în rezistența sa excelentă la ulei, la căldură, în rezistența mecanică și în performanța combinată a setării la compresie. Pentru sistemele cu R134a, R1234yf, ulei PAG și ulei POE, HNBR este, de obicei, materialul preferat pentru garniturile O-ring ale sistemelor de aer condiționat auto, pentru etanșările statice ale compresorului și pentru etanșările supapelor de comandă. Datele Parker arată că mai multe calități de HNBR acoperă domeniul de temperaturi de la -35/-40 până la 150°C, iar unele calități cu performanță la temperaturi scăzute sunt specific marcate pentru aplicații la temperaturi joase.

Potrivit pentru: sistemele de aer condiționat auto, conductele cu R134a/R1234yf, etanșările statice ale compresorului și unele componente ale sistemelor cu pompă de căldură.

Notă: Conținutul de ACN, gradul de hidrogenare, sistemul de reticulare și sistemul de umpluturi al HNBR vor influența semnificativ revenirea la temperaturi scăzute, umflarea și modificările setării la compresie.

EPDM: Rezistență bună la temperaturi scăzute, ozon și îmbătrânire termică, dar compatibilitatea cu uleiul trebuie verificată

Performanța EPDM la temperaturi scăzute, rezistența la ozon și performanța la îmbătrânire termică sunt bune; în comparația R134a/R1234yf a Chemours, variația de masă pentru EPDM este relativ mică. Totuși, EPDM nu este natural potrivit pentru toate tipurile de uleiuri, în special pentru EPDM dedicat R744 „rezistent la toate uleiurile PAG/POE și la refrigerantul adăugat”, care necesită o formulare specială. EPDM dedicat R744 sau EPDM/BIIR pot fi variante candidate pentru sistemele înalt presurizate cu CO₂, dar trebuie evaluate caz cu caz.

FKM: Rezistent la temperaturi înalte, cu permeabilitate scăzută, dar nu este un material universal pentru R134a/R1234yf

Avantajul FKM constă în rezistența la temperaturi înalte, la îmbătrânire, în permeabilitatea scăzută la gaze și în compatibilitatea chimică largă; gradele de date Parker sunt marcate ca fiind aplicabile în medii cu temperaturi înalte, ulei fierbinte, solvenți aromatici și medii chimice diverse; în testul elastomer cu deformare fixă R1234yf/R134a al Chemours, variația de masă a Viton® a fost clar mai mică decât cea a HNBR, NBR, EPDM și CR, precum și a altor materiale.

Prin urmare, FKM în sistemele de refrigerare trebuie să corespundă unei mărci specifice și unei verificări specifice a mediilor, iar nu trebuie înțeles ca „FKM este de înaltă calitate, deci este aplicabil pentru toți refrigeranții.”

NBR: Cost scăzut, dar nu este recomandat ca opțiune implicită pentru sistemele auto de aer condiționat pe termen lung

NBR este ieftin, are o bună rezistență la uleiul mineral și o anumită stabilitate a produsului, dar stabilitatea sa ambientală în ceea ce privește rezistența la căldură, rezistența la ozon și setul de compresie pe termen lung este, în general, mai slabă decât cea a HNBR. Graficul Parker arată că domeniul obișnuit de temperatură pentru NBR este în principal între -35 și 100 °C. Poate fi utilizat în scenarii sensibile la costuri și cu cerințe reduse de temperatură și presiune, dar nu este recomandat ca opțiune implicită pentru sistemele auto de aer condiționat cu R1234yf, pompele de căldură sau zonele cu temperaturi ridicate ale compresorului.

CR: Refrigerantul tradițional este utilizabil, dar capacitatea sa la temperaturi ridicate este limitată

Cauciucul CR/cloropren are o istorie lungă de utilizare în refrigeranții tradiționali; diagrama Parker indică, de asemenea, că CR este frecvent utilizat cu R134a sau R22, limita sa superioară tipică de temperatură fiind în jur de 100 °C. Pentru sistemele moderne de aer condiționat auto și pentru pompele de căldură de înaltă temperatură, CR nu mai este adesea soluția preferată.

VMQ/FVMQ: Bun la temperaturi scăzute, dar necesită atenție la presiunea ridicată și la permeabilitate

Cauciucul siliconic și cauciucul fluorosiliconic au elasticitate redusă la temperaturi scăzute, fiind potrivite pentru unele etanșări statice la temperaturi joase. Totuși, rezistența lor mecanică, rezistența la rupere, permeabilitatea gazelor și rezistența la extrudare la presiuni ridicate sunt, de obicei, inferioare. Atunci când sunt folosite în sisteme de refrigerare, trebuie limitate la etanșări statice cu solicitări reduse, iar verificarea completă a etanșeității și a ciclurilor termice este obligatorie.

4. Proiectarea nu se poate baza doar pe înlocuirea materialelor

Defecțiunile inelelor O din sistemele de refrigerare sunt adesea cauzate nu doar de material, ci de o combinație între material, canelură și proces.

Margine de umflare. Manualul Parker indică faptul că umflarea medie a etanșărilor statice cu 25%–30% în volum este uneori acceptabilă, dar umflarea medie a etanșărilor dinamice nu ar trebui să depășească, de obicei, 10%; umflarea excesivă crește riscul de extrudare atunci când presiunea de compresie scade.

Antieextrudare. În sistemele de înaltă presiune, compresoare și CO₂/R744, este necesar să se reducă jocul de extrudare și să se utilizeze inele de sprijin, atunci când este cazul; presiunea ridicată împinge garnitura toroidală (O-ring) către jocul de extrudare de pe partea cu presiune scăzută, iar inelele de sprijin pot reduce acest risc.

Alegerea durității. duritatea 70A este utilizată frecvent pentru etanșările statice generale și pentru îmbinările conductelor de aer condiționat auto; duritatea 80A se folosește la presiuni mai mari sau la montaje mai riguroase; duritatea 90A este utilizată frecvent pentru CO₂/R744, compresoare de înaltă presiune sau acolo unde este necesară antieextrudarea, dar capacitatea de revenire la temperaturi scăzute și de etanșare la montaj poate scădea.

Verificare la temperaturi scăzute. Nu se poate lua în considerare doar valoarea «-40 °C» indicată pe fișa tehnică a materialului. Pompele de căldură auto și testele de frig la temperaturi scăzute trebuie să verifice TR10, revenirea la compresie la temperaturi scăzute, scurgerile la pornirea rece și scurgerile cauzate de ciclurile termice; întărirea cauciucului la temperaturi scăzute și insuficiența compresiei pot genera cel mai frecvent scurgeri în momentul pornirii reci, după staționare.

Suprafață și asamblare. O-ring-urile de la îmbinările conductelor întâmpină adesea probleme precum tăierea, răsucirea, montarea fără lubrifiant și frecarea în timpul instalării. Trebuie controlate: racordarea cu o muchie bine rotunjită (chamfer), rugozitatea suprafeței, lubrifiantul pentru asamblare și compatibilitatea strânsă cu refrigerantul; în sistemele cu R1234yf și CO₂ trebuie evitate, de asemenea, produsele pe bază de ulei care ar putea contamina sau afecta detectarea scurgerilor.

5. Procesul recomandat de verificare

Se recomandă ca selecția O-ring-urilor pentru refrigerant și uleiul de frig să includă cel puțin patru categorii de verificare:

ASTM D471 acoperă calitatea cauciucului, volumul, duritatea, rezistența la tracțiune și modificarea alungirii după imersie în lichid și este metoda de bază pentru evaluarea compatibilității cu uleiul de refrigerare. Totuși, refrigerantul în sine nu este singurul lichid relevant, iar testarea trebuie efectuată împreună cu testarea de coexistență sub presiune a refrigerantului și uleiului. Trelleborg reamintește, de asemenea, că tabelele de compatibilitate se bazează pe date publice și pe testări de laborator, iar testările pe termen scurt la temperatura camerei nu pot reprezenta în totalitate condițiile din teren; utilizatorii trebuie să confirme rezultatele prin testări în aplicații reale.

Sistemele înalt presurizate cu CO₂/R744 trebuie să includă, de asemenea, testarea de decompresie rapidă a gazelor (RGD/AED). ISO 23936-2 și NORSOK M710 se referă la confirmarea calificării materialelor nemetalice, unde Anexa B a standardului NORSOK M710 este tocmai testul de decompresie rapidă a gazelor, denumit și test de decompresie explozivă.

6. Recomandări privind selecția destinate clienților

Clienți auto AC

O-ringuri pentru îmbinări de conducte R134a sau R1234yf, cu prioritate pornirea din HNBR 70A/80A; pentru îmbinările de pe partea cu presiune înaltă și cele de la compresor se pot lua în considerare HNBR 80A/90A. Pentru pompele de căldură ale vehiculelor cu energie nouă și pentru compresoarele electrice trebuie confirmate independent uleiurile POE sau PAG dedicate, fără a se baza doar pe experiența cu uleiurile PAG pentru vehiculele cu combustibil, utilizate împreună cu R134a.

Clienți pompe de căldură

Dificultatea sistemelor cu pompă de căldură constă într-un domeniu larg de temperaturi, atât joase, cât și înalte, necesitând simultan revenirea la temperaturi scăzute pe partea de aspirație și comprimarea la temperaturi ridicate pe partea de evacuare. Se recomandă evaluarea prioritară a HNBR-ului pentru temperaturi scăzute, a EPDM-ului și a FKM-ului cu experiență, nu doar selectarea pe baza tabelelor obișnuite de compatibilitate cu medii.

Clienți compresoare

Accentul în cazul etanșărilor pentru compresoare este pus pe uleiul de refrigerare la temperatură înaltă, dizolvarea în agentul frigorific, pulsul de presiune și deformarea permanentă pe termen lung sub compresie. HNBR este o alegere frecventă; în zona cu temperatură ridicată se pot evalua tipuri speciale de FKM, dar trebuie verificate în uleiul real de refrigerare și în agentul frigorific. Compresoarele pentru CO₂ trebuie proiectate conform logicii de etanșare la înaltă presiune specifică lui R744.

Clienți echipamente refrigerare CO₂/R744

Se acordă prioritate cererii ca furnizorul să ofere date privind formulările dedicate R744/CO₂, inclusiv rezistența la decompresie explozivă, permeabilitate redusă, ciclarea presiunii, revenirea la temperaturi scăzute și compatibilitatea cu uleiurile PAG/POE/PAO. Denominările materialelor obișnuite HNBR, EPDM sau FKM nu constituie dovezi suficiente.

7. Domenii care trebuie confirmate în cadrul achiziției sau al comunicării tehnice

La solicitarea ofertelor de preț de la furnizorii de piese de etanșare, trebuie furnizate cel puțin următoarele informații:

8. Erorile cele mai frecvente

Eroarea unu: Se ia în considerare doar agentul frigorific, nu uleiul pentru instalații frigorifice. Umezeala și caracteristicile la temperaturi scăzute ale PAG, POE, PAO și PVE diferă; uleiul determină adesea umflarea și întărirea cauciucului mai mult decât agentul frigorific.

Eroare doi: aplicarea directă a experienței cu R134a la R1234yf. Performanța R1234yf este apropiată de cea a R134a, dar sistemul, uleiul, cerințele de siguranță A2L și interfața de service sunt toate diferite; materialele trebuie, de asemenea, verificate independent față de R1234yf + uleiul specificat.

Eroare trei: credința că FKM este întotdeauna mai bun decât HNBR. FKM are avantaje în domeniul temperaturilor ridicate și al permeabilității scăzute, dar în testele de selecție pentru R134a/R1234yf, modificarea în greutate a Viton® nu este neapărat cea mai mică; trebuie verificată formularea specifică și testarea efectivă.

Eroare patru: selectarea CO₂/R744 doar pe baza compatibilității chimice. Riscul principal al R744 este presiunea ridicată, permeabilitatea, decompresia rapidă, rezistența la extrudare și revenirea la temperaturi scăzute; tabelele obișnuite de compatibilitate cu refrigeranții nu sunt suficiente.

Eroare cinci: tratarea culorii ca dovadă a materialului. Inelele O verzi sunt frecvent întâlnite în HNBR-ul auto pentru climatizare, dar culoarea nu constituie o dovadă a materialului; trebuie verificate calitatea materialului, lotul, duritatea, raportul de testare și verificarea aplicației.