Refrigerante
| ||||
Refrigerante Es cualquier cuerpo o sustancia que actúa como agente de enfriamiento absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia.
Con respecto al ciclo compresión-vapor, el refrigerante es el fluido de trabajo del ciclo el cuál alternativamente se vaporiza y se condensa absorbiendo y cediendo calor respectivamente.
Para que un refrigerante sea apropiado y se le pueda usar en el ciclo antes mencionado,debe poseer ciertas propiedades físicas, químicas y termodinámicas que lo hagan seguro durante su uso.
No existe un refrigerante “ideal” ni que pueda ser universalmente adaptable a todas las aplicaciones. Entonces, un refrigerante se aproximará al “ideal”, solo en tanto que sus propiedades satisfagan las condiciones y necesidades de la aplicación para la que va a ser utilizado.
Sumario
Propiedades
Para tener uso apropiado como refrigerante, se busca que los fluidos cumplan con lamayoría de las siguientes características:
- Baja temperatura de ebullición: Un punto de ebullición por debajo de la temperatura ambiente, a presión atmosférica. (evaporador)
- Fácilmente manejable en estado líquido: El punto de ebullición debe ser controlable con facilidad de modo que su capacidad de absorber calor sea controlable también.
- Alto calor latente de vaporización: Cuanto mayor sea el calor latente de vaporización, mayor será el calor absorbido por kilogramo de refrigerante en circulación.
- No inflamable, no explosivo, no tóxico.
Químicamente estable: A fin de tolerar años de repetidos cambios de estado.
- No corrosivo: Para asegurar que en la construcción del sistema puedan usarse materiales comunes y la larga vida de todos los componentes.
- Moderadas presiones de trabajo: las elevadas presiones de condensación (mayor a 25-28kg/cmª) requieren
un equipo extrapesado. La operación en vacío(menor a 0kg/cmª)introduce la posibilidad de penetración de aire en el sistema.
- Fácil detección y localización de pérdidas: Las pérdidas producen la disminución del refrigerante y la contaminación del sistema.
- Inocuo para los aceites lubricantes: La ación del refrigerante en los aceites lubricantes no debe alterar la acción de lubricación.
- Bajo punto de congelación: La temperatura de congelación tiene que estar muy por debajo de cualquier temperatura a la cuál pueda operar el evaporador.
- Alta temperatura crítica: Un vapor que no se condense a temperatura mayor que su valor crítico, sin importar cuál elevada sea la presión. La mayoría de los refrigerantes poseen críticas superiores a los 93°C.
- Moderado volumen específico de vapor: Para reducir al mínimo el tamaño del compresor.
- Bajo costo: A fin de mantener el precio del equipo dentro de lo razonable y asegurar el servicio adecuado cuando sea necesario.
Haremos hincapié en las más importantes para la selección del refrigerante adecuado para la aplicación de que se trate y el equipo disponible. Todos los refrigerantes se identifican mediante un número reglamentario.
Economía
Las propiedades mas importantes del refrigerante que influyen en su capacidad y eficiencia son:
- El calor latente de Evaporación
- La relación de compresión
- El calor específico del refrigerante tanto en estado líquido como de vapor
Excepto para sistemas muy pequeños, es deseable tener un valor alto de calor latente para que sea mínimo el peso del refrigerante circulando por unidad de capacidad. Cuando se tiene un valor alto del calor latente y un volumen específico bajo en la condición de vapor, se tendrá un gran aumento en la capacidad y eficiencia del compresor, lo que disminuye el consumo de potencia. Y permite el uso de un equipo pequeño y más compacto. En los sistemas pequeños, si el valor del calor latente del refrigerante es muy alto, la cantidad de refrigerante en circulación será insuficiente como para tener un control exacto del líquido.
Es mejor tener un calor específico bajo en el líquido y un valor alto en el vapor en tanto que ambos tiendan a aumentar el efecto refrigerante por unidad de peso, el primero se logra aumentando el efecto subenfriamiento y el último disminuyendo el efecto de sobrecalentamiento. Cuando se cumplen estas condiciones en un fluido simple, se logrará mejorar la eficiencia del cambiador de calor líqudo-succión.
Con relaciones de compresión bajas se tendrá un consumo menor de potencia y alta eficiencia volumétrica, siendo esto último más importante en sistemas pequeños ya que esto permitirá usar compresores pequeños.
Con un coeficiente de conductancia alto, pueden mejorarse las relaciones de transferencia de calor, sobre todo en caso de enfriamiento de líquidos y de esta forme se pueden reducir el tamaño y el costo del equipo de transferencia. La relación presión-temperatura del refrigerante debe ser tal que la presión en el evaporador siempre esté por arriba de la atmosférica. En el caso de tener una fuga en el lado de menor presión del sistema, si la presión es menor a la atmosférica, se introducirá una considerable cantidad de aire y humedad en el sistema, mientras que si la presión vaporizante es mayor a la atmosférica, se minimiza la posibilidad de introducción de aire y humedad al sistema al tenerse una fuga.
La presión condensante debe ser razonablemente baja, ya que esto permite usar materiales de peso ligero en la construcción del equipo para condensación, reduciéndose así el tamaño y el costo.
Problemas medioambientales
Está probado que la capa de ozono de la atmósfera actúa a modo de escudo frente a la radiación ultravioleta procedente del sol. También es una realidad la reducción progresiva de la concentración de ozono, especialmente en determinadas zonas, motivada principalmente por la utilización de compuestos CFC (Clorofluorocarburos) presentes tanto en aerosoles como en refrigerantes. El cloro de los CFC actúa como catalizador de las reacciones de destrucción del ozono (ciclo cloro catalítico del ozono), bajo la acción de la energía de la radiación solar, transformando dos moléculas de ozono en tres de oxígeno y dando lugar a una reacción en cadena.
Cl3CF + hv (l < 230 nm)--> Cl2CF + Cl 2 Cl + 2 O3 --> 2 ClO + 2 O2 2 ClO + 2 O --> 2 Cl + 2 O2
Además, la presencia de estos compuestos en la atmósfera también contribuye al conocido efecto invernadero. Dada la gravedad de este problema, las diferentes naciones comenzaron a plantear restricciones legales a la producción y comercialización de estas sustancias. Desde la firma del Protocolo de Montreal, en 1989, en el que se adoptaron compromisos para reducir en un 50% las emisiones de gases CFC, hasta el Protocolo de Kioto, de 1997, que supuso reducir prácticamente a cero las emisiones de gases invernadero, se han ido adoptando compromisos cada vez más restrictivos a la utilización de estos compuestos. Es evidente que, en el caso que nos ocupa, el R- 12 es un magnífico refrigerante; ahora bien, su poder de degradación y destrucción del ozono atmosférico le ha hecho ser sustituido, como se comentó más arriba, por el R-134a, de similar eficiencia pero mucho menos agresivo con el medio ambiente.
No obstante, todos los HFC plantean problemas de efecto invernadero y han sido incluidos en el Protocolo de Kioto, de modo que su utilización se encuentra también sujeta a restricciones. La tabla II muestra los potenciales relativos de degradación de la capa de ozono y de efecto invernadero junto con la duración atmosférica media de algunos de los compuestos de carbono halogenados. Como se puede apreciar, la sustitución de los CFC por los HCFC (Hidroclorofluorocarburos) y HFC supone una reducción drástica de los efectos negativos sobre el medio ambiente, en términos de degradación de la capa de ozono y de efecto invernadero.
Características de los diferentes tipos de refrigerantes
Aunque el amoníaco es tóxico, algo inflamable y explosivo bajo ciertas condiciones, sus
excelentes
propiedades térmicas lo hacen ser un refrigerante ideal para fábricas de hielo,
para grandes almacenes de enfriamiento, etc.,
donde se cuenta con los servicios de personal
experimentado y donde
su naturaleza tóxica es de poca consecuencia.
El amoníaco es el refrigerante que tiene mas alto efecto refrigerante por unidad de peso.
El punto de
ebullición del amoníaco bajo la presión atmosférica estándar es de -2,22°C, las
presiones en el evaporador y el condensador en las
condiciones de tonelada estándar es de
-15°C y 30°C son 34,27
libras por pulgadaª y 169,2 libras por pulgadaª abs. , respectivamente, pueden usarse materiales de peso ligero en la construcción del equipo
refrigerante. La temperatura adiabática en
la descarga es relativamente alta, siendo de
98,89°C para las
condiciones de tonelada estándar, por lo cuál es adecuado tener enfriamiento en el agua tanto en el cabezal como en el cilindro del compresor.
En la presencia de la humedad el amoníaco se vuelve corrosivo para los materiales no
ferrosos.
El amoníaco no es miscible con el aceite y por lo mismo no se diluye con el aceite del cárter
del
cigüeñal del compresor. Deberá usarse un separador de aceite en el tubo de descarga de
los sistemas de amoníaco.
El amoníaco es fácil de conseguir y es el mas barato de los refrigerantes.
Su estabilidad química, afinidad por el agua y no-miscibilidad con el aceite, hacen al
amoníaco un
refrigerante ideal pare ser usado en sistemas muy grandes donde la toxicidad
no es un factor importante.
Refrigerante 22
Conocido con el nombre de Freón 22, se
emplea en sistemas de aire acondicionado
domésticos y en sistemas
de refrigeración comerciales e industriales incluyendo: cámaras de conservación e instalaciones para el procesado de alimentos: refrigeración y aire
acondicionado a bordo de diferentes
transportes; bombas de calor para calentar aire y agua.
Se pude utilizar en compresores de pistón, centrífugo y de tornillo.
El refrigerante 22 (CHCIF ) tiene un punto de ebullición a la presión atmosférica de 40,8°C.
Las temperaturas en el evaporador son tan bajas como 87°C. Resulta una gran ventaja el
calor relativamente pequeño del desplazamiento del compresor.
La temperatura en la descarga con el refrigerante22 es alta, la temperatura sobrecalentada
en la succión debe conservarse en su valor mínimo, sobre todo cuando se usan unidades
herméticas motor-compresor. En aplicaciones de temperatura baja, donde las relaciones de
compresión altas, se recomienda tener en enfriamiento con agua al cabezal y a los cilindros
del compresor. Los condensadores enfriados por aire empleados con el refrigerante 22,
deben ser de tamaño generoso.
Aunque el refrigerante 22 es miscible con aceite en la sección de condensación a menudo
suele separársele del aceite en el evaporador.
No se han tenido dificultades en el retorno de aceite después del evaporador cuando se tiene
el diseño
adecuado del serpentín del evaporador y de la tubería de succión.
Siendo un fluorcarburo, el refrigerante 22 es un refrigerante seguro.
Se comercializa en cilindros retornables (CME) de 56,7 Kg, cilindros desechables de 22,68
kg,
cilindros desechables de 13,61 kg y cajas de 12 latas de 5,10 kg cada una.
Refrigerante 123
Es un sustituto viable para el freón 11 como refrigerante.
Las propiedades termodinámicas y físicas del refrigerante 123 en conjunto con sus
características
de no-inflamabilidad lo convierte en un reemplazo eficiente del Freón 11 en
chillers centrífugos.
El refrigerante 123 fue diseñado para trabajar en equipos nuevos existentes. Cuando se
considere u
reacondicionamiento para refrigerante 123 de un equipo existente, debe
considerarse el ciclo de vida útil del equipo, la diferencia
de costo de operación y
mantenimiento y el costo de
reacondicionamiento.
Los equipos nuevos que han sido diseñados para trabajar con el refrigerante 123 tienen
menor costo de operación comparados con los equipos existentes.
Debido a que tiene un olor tan leve que no se puede detectar por medio del olfato es
necesaria una verificación frecuente de fugas y la instalación de detectores de fugas por
áreas cerradas utilizadas por el personal. Se comercializa en tambores de 283,5kg, tambores
de 90,72kg y tambores de 45,36kg. Su composición en peso es de 100% HFC-123.
Refrigerante 134-a
El refrigerante marca Suva134a, ha sido introducido por DuPont, como reemplazo de los
clorofluorocarbonos (CFC) en muchas aplicaciones. La producción de CFC es reemplazada
por el hidrofluorucarbono HFC-134ª.
Este refrigerante no contiene cloro y puede ser usado en muchas aplicaciones que
actualmente usan CFC-12. Sin embargo en algunas ocasiones se requieren cambios en el
diseño del equipo para optimizar el desempeño del Suva 134ª en esta aplicaciones.
Las propiedades termodinámicas y físicas del Suva 134ª y su baja toxicidad lo convierten en
un reemplazo seguro y muy eficiente del CFC-12 en muchos segmentos de la refrigeración
industrial mas notablemente en el aire acondicionado automotriz, equipos domésticos,
equipo estacionario pequeño, equipo de supermercado de media temperatura y chillers,
industriales y comerciales. El Suva134a ha mostrado que es combustible a presiones tan
bajas como 5,5 psig a 177°C cuando se mezclan con aire a concentraciones generalmente
mayores al 60% en volumen de aire. A bajas temperaturas se requieren mayores presiones
para la combustibilidad. No deben ser mezclados con el aire para pruebas de fuga. En
general no se debe permitir que estén presentes con altas concentraciones de aire arriba de
la presión atmosférica. Se comercializan en cilindros retornables (CME) de 56,7kg, cilindros
desechables de 13,61kg, y cajas de 12 latas de 3,408kg cada una. Temperatura del
evaporador -7°C a 7°C. Su composición en peso es de 100% HFC-134ª.
Refrigerante 407c/410 a
DuPont los comercializa con el nombre de Suva 9100 respectivamente.
Reemplazan el HCFC-22 en el aire acondicionado doméstico en aplicaciones en el
calentamiento de bombas. El Suva 9000 sirve para equipos nuevos o en servicio, tiene un
desempeño similar del HCFC-22 en el aire acondicionado. El Suva 9100 sirve solo para
equipos nuevos y es un reemplazo del Freón 22 de mayor capacidad. Se comercializa en
cilindros desechables de 6,8kg y en cajas de 12 latas de 3,408kg cada una. Su composición
en peso es de 60% HCFC-22, 23% HFC-152ª y 27% HCFC-124.
Refrigerante 401ª
Comercializado por DuPont con el nombre de Suva MP39. Algunas aplicaciones de este
refrigerante son refrigeradores domésticos, congeladores, equipos de refrigeración para
alimentos de media temperatura de humidificadores, máquinas de hielo y máquinas
expendedoras de bebidas.
Tiene capacidades y eficiencia comparables a las del Freón 12, en sistemas que operan con
una temperatura de evaporación de -23°C (-10°F) y superiores.
Se comercializan en cilindros retornables (CGT) de 771kg, cilindros retornables de 56,7kg,
cilindros desechables de 6,8kg y cajas de 12 latas de 3,408kg cada una. Su composición en
peso es de 60% HCFC-22, 13% HCF-152ª y 27% HCFC-124.
Refrigerante 401-b
Comercializado por DuPont con el nombre de Suva MP66, provee capacidades comparables
al CFC-12 en sistemas que operan a temperatura de evaporación debajo de los -23°C (-
10°F), haciéndolo adecuado para el uso en equipos de transporte refrigerado y en
congeladores domésticos y comerciales. También puede sr utilizado para reemplazar en
equipos que usan R-500. Se comercializa en cilindros retornables (CGT) de 771kg, cilindros
retornables de 56,7kg y cilindros desechables de 13,61kg. Sus composición en peso es de
60% HCFC-22, 13% HFC-152ª y 27% HCFC-124.
Refrigerante 402ª
Comercializado por DuPont con el nombre de Suva HP80, reemplaza al R-502 en sistemas
de media y baja temperatura. Tiene aplicaciones muy variadas en la industria de la
refrigeración. Es usado ampliamente en aplicaciones de supermercados, almacenamiento y
transporte de alimentos en sistemas de cascada de temperatura. Ofrece buena capacidad y
eficiencia sin sufrir los incrementos de presión y temperatura en la descarga del compresor,
lo cuál si sucede cuando un equipo es convertido HCFC-22. Se comercializa en cilindros
retornables (CME) de 49,9kg y cilindros desechables de 13.25 kg. Su composición en peso
es de 60% HCFC-22, 38,5% HFC-125 y 2% de propano.
Refrigerante 402b
Comercializado por DuPont con el nombre de Suva HP81, todos los refrigerantes designados
HP fueron diseñados para reemplazar al R-502 en sistemas de refrigeración de temperatura
media y baja. Está diseñado para el reacondicionamiento de equipos como máquinas de
hielo. Además ofrece mas alta eficiencia comparado con el R-502 y una capacidad
relativamente mejor. Sin embargo el mayor contenido de HCFC-22 resulta en temperaturas
de descarga de compresor en un rango de 14°C (25°F). Se comercializa en cilindros
desechables de 5,9kg. Su composición en peso es de 60% HCFC-22, 38% HFC-125 y 2% de
propano.
Hidrocarburos directos
Los hidrocarburos directos son un grupo de fluidos compuestos en varias proporciones de
los dos elementos hidrógeno y carbono. Algunos son el Metano, etano, butano, etileno e
isobutano. Todos son extremadamente inflamables y explosivos. Aunque ninguno de estos
compuestos absorben humedad en forma considerable, todos son extremadamente
miscibles en aceite para todas las condiciones. Su uso ordinariamente está limitado a
aplicaciones especiales donde se requieren los servicios de personal especializado.
Agentes secantes de refrigeradores
Llamados también desecantes, con frecuencia se emplean en sistemas de refrigeración
para eliminar la humedad del refrigerante. Pueden ser un material gelatinoso de sílice
(dióxido de silicio), alúmina activa (óxido de aluminio) y drierita (sulfato de calcio
anhidrinoso). El material gelatinoso de sílice y la alúmina activa, son desecantes del tipo de
absorción y tienen forma granular. La drierita es un desecante del tipo de absorción y se le
consigue en forma granular o en forma de barras vaciadas.
Fuentes
- http://es.wikipedia.org/wiki/Refrigerante
- http://www.todomecanica.com/problematica-medioambiental-refrigerantes.html
- http://html.rincondelvago.com/refrigerantes.html
- http://www.caloryfrio.com/200904072782/aire-acondicionado/aire-acondicionado-centralizado/los-gases refrigerantes.html
- http://www.deere.com/es_AR/ag/repuestos/refrig/refrigerantes.html
- http://widman.biz/Seleccion/refrigerante.html
- http://senarefrigerantes.blogspot.com/
