Refrigerantes

Ing. Ramírez Mittani A.

• Definición – Refrigerante representa una sustancia de

trabajo que opera en los sistema de refrigeración.

– El efecto refrigerante es consecuencia del cambio de fase liquido-vapor o evaporación (variación del calor latente o sensible) del refrigerante.

• Clasificación – La clasificacion mas completa es la realizada

por la ASHRAE (American Society for Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers) que agrupa los refrigerantes como se indica en la tabla

• Refrigerantes de primera generacion– Hasta 1920, la mayoría de los fluidos refrigerantes

utilizados eran tóxicos• Cloruro de etilo (1717)• Éter etílico (1856)• Éter metilico (1864)

• Anhídrido sulfuroso SO2 (1874)

• Amoniaco NH3 (1876)

• Cloruro de metilo (1878)• Anhídrido carbónico (1878)

– La toxicidad de los refrigerantes limitaba una mayor utilización de los sistemas de refrigeración domestica

– Investigaciones posteriores condujeron al desarrollo de los refrigerantes halogenados

• Refrigerantes halogenados– Son hidrocarburos (metano CH4; etano C2H6)

en que los átomos de hidrogeno son sustituidos por átomos de cloro y fluor.

– Denominaciones• CFC - Cloro-fluoro-carbones• HCFC - Hidro-cloro-fluoro-carbones• HFC - Hidro-fluoro-carbones• BFC - Bromo-fluoro-carbones

– Los refrigerantes halogenados y las dimensiones pequeñas de los compresores permitieron una amplia propagación de los sistemas de refrigeración domestica

• Denominación de los refrigerantes

Los refrigerantes se pueden nombrar por medio:– Formula– Nombre químico– Denominación simbólico - numérica

• Ejemplo: Refrigerante– Formula: CCL3F

– Nombre químico: Triclorofluormetano– Denominación simbólico – numérica: R 11

• Ashrae Standard 34 para CFCs,HCFCs, HFCs e hidrocarbonados puros (Directo)– Establece código de 3 dígitos (R-NNN)

• Digito a la derecha: nº de átomos de F• Digito del medio: nº de átomos de H+1• Digito a la izquierda: nº de átomos de C-1

– Si este digito fuera igual a cero, no se escribe

• Ejemplo– Diclorodifluorometano (CCL2F2): R12

– Clorodifluorometano (CHCLF2):R22

• Ashrae Standard 34 para CFCs,HCFCs, HFCs e hidrocarbonados puros (Inverso)– Establece código de 3 dígitos (R-NNN)

• Digito a la derecha: nº de átomos de F• Digito del medio: nº de átomos de H-1• Digito a la izquierda: nº de átomos de C+1

– Si este digito fuera igual a cero, no se escribe

• Nota: El resto de valencias, salvo que se indique lo contrario, quedan cubiertas con cloro

• Ejemplo– R-12 (5 átomos)

– R-22 (5 átomos)

– R-245

• ¿Cómo sabemos si contiene carbono?• Nota: analizar la molécula de refrigerante

• Ashrae Standard 34 para CFCs,HCFCs, HFCs e hidrocarbonados puros – Establece código de 3 dígitos y una letra

minúscula (R-NNNl)• Ultima letra: indica la asimetría en los pesos

atomicos de las moléculas del refrigerante; el mas simetrico no tiene letra y al aumentar la asimetriase colocaran las letras a, b, c, etc.

• Ejemplo:– R134 y R143a

» Ambos son tetrafluoretano

» Composición atómica del primero CHF2-CHF2

» Composición atómica del segundo CH2F-CF3

• Ashrae Standard 34 para CFCs,HCFCs, HFCs e hidrocarbonados puros con presencia de bromo– Establece código (R-NNNBN)

• R-NNN: según lo establecido• Digito penúltimo: presencia de bromo• Digito ultimo: numero de átomos de bromo• Ejemplo:

– R – 13B1

• Ashrae Standard 34 para mezclas azeotropicas– Mezclas, que en una determinada composición se

comportan como una sustancia pura durante el cambio de fase

– Establece código de 3 dígitos (R-5NN)• Dos dígitos últimos: numero arbitrario, responde al

orden de aparición del refrigerante• Ejemplo:

– R – 502 (mezcla de R-22 (48.4%) y R-115 (51.2%))

• Ashrae Standard 34 para mezclas no azeotropicas– Mezclas normales, que varían de temperatura en el

proceso de cambio de fase– Establece código de 3 dígitos y una letra mayúscula

(R-4NNL)• Ultima letra: permite diferenciar mezclas con los

mismos componentes, pero con diferente proporción

• Ejemplo: – R – 410 A y R410 B (mezcla de R-32 y R-125

en proporción 50%/50% y 60%/40%)

• Ashrae Standard 34 para compuestos orgánicos– Establece código de 3 dígitos (R-7NN)

• Dos dígitos últimos: peso molecular del compuesto• Ejemplo:

– CO2: R – 744– NH3: R - 717

Tipos de refrigerantes halogenados

Existen en la actualidad tres tipos de refrigerantes de la familia de los hidrocarburos halogenados.

CFC: Cloro + Fluor + Carbono– No contienen H en su composición química y por lo tanto es

muy estable– Mayor potencial de destrucción de la capa de ozono– R11; R12; R502; R13B1

HCFC: Hidrógeno + Cloro + Fluor + Carbono– La presencia de H le confiere estabilidad en consecuencia se

descompondrá en la parte inferior de la atmósfera y no llegará a la estratosfera

– Potencial medio de destrucción de la capa de ozono.– R22; R401A/B; R409A; R402A/B; R408A

HFC: Hidrógeno + Fluor + Carbono– No destruye la capa de ozono– Pueden ser utilizados sin restricciones– R134a; R404a; R417a; R407c

Los refrigerantes y la capa de ozono

1970 - 1980:– Evidencias que los CFC’s conducen a

la reducción de la capa de Ozono estratosférica.

– Aumento de la radiación UVB es dañino para:– Personas– Medio ambiente

La capa de ozono La capa de ozono está

ubicada en la estratósfera a diferencia del oxígeno este compuesto cuenta con tres moléculas de oxígeno en vez de las dos normales.

Proceso de destrucción de la capa de Ozono Sustancias

Hoy se sabe que el 90 por ciento de los CFCs se emiten desde Estados Unidos, Canadá, Japón y Europa.

– Proceso

Destrucción de la capa de ozono

En 2004 el tamaño del agujero de la capa de ozono era de 25 millones de km2, poco mayor que Norteamérica, y el más grande registrado se presentó en el 2000 con 29.5 km2, casi el tamaño de África.• Los efectos de la baja concentración del ozono se extienden a parte de América del Sur, Nueva Zelanda y Australia.

CANCER DE PIEL DEBIDO A LA RADIACIÓN

Consecuencias de la destrucción de la capa de ozono

CANCER DE PIEL DEBIDO A LA RADIACIÓN

CANCER DE PIEL DEBIDO A LA RADIACIÓN

Prevención de cáncer de pielPrevención de cáncer de piel

- Usar sombreros anchos- Usar ropa de colores oscuros preferentemente- Usar protectores solares 20 minutos antes de exponerse al sol y reaplicarse cada 2 a 6 horas aunque diga que es contra el agua- Uso de lentes oscuros con protector UV- Evitar el sol entre las 10:00 a.m. y 04:00 p.m especialmente en verano Jugar en la sombra

Protocolo de Montreal– Acuerdo internacional para

eliminación de los CFC’s HCFC’s y otros compuestos

• CFC’s ya eliminados• HCFC’s en eliminación

– Desarrollo de fluidos alternativos• HFC’s y HC’s (puros en

mezcla)• “Revival” del CO2 e NH3

• Compromiso de reducción

Refrigerante R-22:Prohibiciones y limitaciones de uso - España

En la actualidad:– Está PROHIBIDA LA INSTALACIÓN DE NUEVOS

EQUIPOS con R-22.– Es posible su uso en máquinas existentes: la

reposición puede realizarse con R-22 nuevo o recuperado.

– En los equipos obsoletos el R-22 debe ser eliminado como residuo peligroso.

A partir de 2008:– Quedará PROHIBIDA LA CARGA CON R-22 NUEVO en

los equipos existentes. No obstante será posible utilizar R-22 recuperado.

A partir de 2010:– Quedará PROHIBIDA LA CARGA DE LOS EQUIPOS

EXISTENTES CON R-22, TANTO NUEVO COMO RECUPERADO.

– Las máquinas con R-22 deberán ser eliminadas o recargadas con gas sustitutivo, por ejemplo el R-402

• Refrigerantes alternativos

Consecuencias del Protocolo de Montreal Lo positivo es que el tamaño del agujero ha empezado a estabilizarse y se espera

que comience a reducirse. Si el Protocolo de Montreal continúa funcionando, el escudo

protector volverá a su condición original hacia el año 2050. Los niveles de metano, vapor de agua y temperaturas de aire, continuarán

afectando la cantidad de ozono futuro. Aún después de que todos los compuestos del cloro estén fuera del sistema, es improbable que la presencia de este gas se estabilice a los mismos niveles.

¿QUÉ PUEDO HACER PARA CUIDAR LA CAPA DE OZONO?

– Ayuda a crear conciencia en los que te rodean para que no usen sustancias que agotan la capa de ozono.

¿QUÉ PUEDO HACER PARA CUIDAR LA CAPA DE OZONO?

– Ayuda a crear conciencia en los que te rodean para que no usen sustancias que agotan la capa de ozono.

Calentamiento Global– Otro problema ambiental– CFC’s, HCFC’s y HFC’s contribuyen para aumentar el

efecto invernadero.

Fluidos Refrigerantes

Para medir el índice de afectación a lo ecológico se usan dos siglas:

ODP (Ozono Depletion Potential)– Coeficiente que mide el nivel de

afectación a la capa de ozono, denominado DEPLECION

GWP (Global Warning Potential)– Coeficiente que mide el nivel de

contribución al “efecto invernadero”.

• Potencial destructor del ozono y potencial de calentamiento global

Selección de Fluidos Refrigerantes

Criterios.– La presión de evaporación debe ser

mayor que la Patm para la temperatura de evaporación deseada / necesaria.

• 5 a 8ºC por debajo de la temperatura del espacio refrigerado

– La presión de condensación debe ser mucho menor que la presión crítica para la temperatura de condensación deseada

• 5 a 8º C por encima de la temperatura externa.

– Las presiones de trabajo resultantes deben ser:

• Moderadas – permitir el uso de tuberías y accesorios comerciales (menor costo)

Calor latente de evaporación alto o igualmente alto calor específico del vapor a la presión del evaporador.– Mientras mayor es el calor latente de

vaporización, se consigue un mayor efecto refrigerante útil.

Bajo volumen específico del vapor a la presión del evaporador.– Mientras menor es el volumen

específico del vapor que sale del evaporador menor es la capacidad del compresor que se requiere.

No corrosivo.

Verificar la compatibilidad del refrigerante con los metales, plásticos y lubricantes.

• NH3 es incompatible con el cobre.• R-22 es incompatible con el

neoprene• R-134ª no es miscible con aceites

minerales

Criterios– Verificar la inflamabilidad y toxicidad• ASHRAE clasifica a los fluidos con código.

– Fluido tóxico (letra B)– Fluido no tóxico (letra A)– No inflamable (dígito 1)– Moderadamente inflamable (dígito 2)– Altamente inflamable (dígito 3)

• Ejemplo fluido A2– Fluido no tóxico y moderadamente

inflamable– En el caso que mas de un fluido atienda a esos

criterios usar el que permite obtener el mayor COP para el sistema.

Criterios.– La cuestión ambiental también debe

ser llevada en cuenta la hora de seleccionar el fluido refrigerante.

– Ejemplo típico é o R-22, que esta en vías de eliminación por el Protocolo de Montreal• Sistema tendrá vida útil mayor que

el plazo de eliminación?

Aceites para Refrigeración

Propósito del Aceite para Refrigeración– El aceite para refrigeración es necesario para

una operación adecuadas del compresor, en un sistema de refrigeración mecánica.

– Además de lubricar las partes móviles del compresor, el aceite realiza las siguientes funciones:

• Remueve el calor de los cojinetes y lo transfiere al exterior.

• Ayuda a formar un sello más positivo, cuando están cerradas las válvulas de succión y descarga y

• Amortigua el ruido generado por las partes móviles dentro del compresor.

• El aceite es un mal necesario, porque inevitablemente se va con el refrigerante y puede causar varios problemas en e sistema

• Por lo tanto debe cumplir con algunos requerimientos especiales para realizar sus funciones en el compresor, sin crear problemas en otras partes del sistema– Para un mantenimiento efectivo, se requiere una total

comprensión de dicho requerimientos

• El aceite lubricante esta sometido a los mismos cambios de presión y temperatura

• El arrastre del aceite se produce en:– Líneas de vapor en la succión– Líneas de vapor en la descarga

• Miscibilidad– Propiedad que permite que el refrigerante pueda mezclarse

perfectamente con el aceite para seguir avanzando y regresar al compresor

– Principales efectos de la miscibilidad• El aceite y el refrigerante se juntan en el carter, bajando la

viscosidad del aceite• Con los refrigerantes halogenados se compensa este efecto

negativo ya que estos poseen cualidades lubricantes

Para reducir el arrastre del refrigerante se instala un tanque separador a la salida del compresor.– El aceite separado regresa inmediatamente

por diferencia de presiones y– El refrigerante sin aceite continua su

recorrido hacia el condensador del sistema.– Debido a que en el evaporador el

enfriamiento del aceite puede aumentar su viscosidad y por lo tanto ayudar a la formación de ceras, el aceite como característica principal debe tener un desempeño que permita que su punto de fluidez, debe ser lo suficientemente bajo como para evitar la formación de ceras.

El desempeño del aceite.– Se mide a través de su Floc Point

(temperatura a la cual 10% del aceite mezclado con Freón R-12 forma ceras).

El contacto permanente de los aceites con los materiales metálicos hacen necesario que tengan propiedades de estabilidad muy efectivas.

Requerimientos de los aceites para refrigeración.– Mantener su viscosidad a altas temperaturas.– Mantener buena fluidez a bajas temperaturas.– Ser miscible con los refrigerantes a las temperaturas

de trabajo.– Tener buena (alta) capacidad dieléctrica.– No tener materia en suspensión.– No tener contener ácidos corrosivos o compuestos

de azufre.– No formar depósitos de cera (flóculos) a las bajas

temperaturas del sistema.– No dejar depósitos del carbón al entrar en contacto

con superficies calientes dentro del sistema.– No contener humedad– No formar espuma.– Ser química y térmicamente estable en presencia de

refrigerantes, metales, aislamientos, empaques, oxígeno, humedad y otros contaminantes.

Tipos de Aceites para Refrigeración– No existe aceite para refrigeración usado en

todos los sistemas.– Seleccionar el aceite que mejor cubra las

necesidades específicas del sistema.– Los lubricantes pueden clasificarse según su

naturaleza en los siguientes:• Lubricantes minerales: MO• Lubricantes sintéticos

– Lubricantes alquibencénicos: AB– Lubricantes glicoles

– poli alquil glicoles: PAG– Lubricantes esteres

– poliol ester: POE

Seguridad La optimización energética/económica no puede

perjudicar la seguridad Debe ser considerada durante todas las fases de

la instalación.– Proyecto / montaje– Operación– Mantenimiento

Verificar las normas pertinentes– Recipientes a presión– Tuberías y válvulas

Prever el acceso fácil y seguro a los diversos componentes para:– Operaciones de mantenimiento preventivo y

correctivo de la instalación. Ensayos de fabricación.

– Resistencia mecánica– Estanqueidad.

Calificación del trabajo de soldadura Placas de identificación Tuberías y válvulas (ASME “Code for

Pressure Piping”)– Tomar cuidado con la retención del

líquido entre dos válvulas cerradas.– Expansión volumétrica/evaporación

Considerar la posibilidad de ocurrencia de golpes de ariete.

Las instalaciones deben soportar vibraciones.

El sistema de tuberías debe ser proyectado para resistir las fuerzas de reacción en la carga/descarga de fluidos.

Fase de operación y mantenimiento– Importante: técnicos y operadores calificados.

• Conocimientos de refrigeración• Familiarización con la instalación• Entrenamiento periódico del personal

envuelto. Ventilación de la casa de máquinas, se debe

garantizar.– La estanqueidad entre esta y la edificación.– La renovación de aire.• Ventilación mecánica o Natural (ventanas o

aperturas)• El escape no debe causar inconveniente para

regiones vecinas.– Normas presentan rangos de ventilación

necesaria según el tipo de refrigerante.– Instalar alarmas/detectores de fugas que

puedan accionar ventiladores / extractores de emergencia.

Protección contra incendios.– Consideraciones del proyecto– Aplicación de impermeabilizantes– Prever extintores de incendio y otros

dispositivos por normas o contratos. Recomendaciones adicionales.

– Evitar el arrastre de líquido para el compresor– Tapar tuberías sin comunicación con el

sistema.– Siempre que sea posible, utilizar soldadura en

las tuberías– El sistema de tuberías deben ser.• Visibles• De fácil acceso y• Correctamente sujetas.

Desenvolver un plan de emergencia para la instalación

Tareas de mantenimiento Permite

– Correcta operación del sistema de refrigeración.– Conservación de energía.

Tipos de mantenimiento– Rutinario: observación y acompañamiento diario

• Para detectar fallas y defectos– Preventiva: ejecución de servicios sustitución

periódica de componentes en función del desgaste• Para evitar paradas del sistema

– Correctiva: ejecución de servicios esporádico / emergencias

• En función de paralizaciones del sistema