REFRIGERANTES Y LUBRICANTES EN REFRIGERACION

ING ANTONIO FAVIO OSPINO MARTINEZ

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TABLA DE CONTENIDO

Refrigerante es cualquier cuerpo o sustancia que actúa como agente de enfriamiento absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia. El refrigerante ideal no existe, pero de acuerdo a sus aplicaciones y el uso apropiado como refrigerante, la sustancia debería ser químicamente inerte hasta el grado de no ser inflamable, no ser explosivo, no ser tóxico y no deberá reaccionar desfavorablemente con el aceite lubricante del compresor o con cualquier otro material normalmente usado en la construcción del equipo de refrigeración. Los refrigerantes no deberán reaccionar negativamente con la humedad que aunque restringida puede existir en el sistema, además se desea que esta sustancia no contamine los productos almacenados, no perjudique la salud de los ocupantes y no contamine el ambiente. Como es de esperar, es muy poco probable que una sola sustancia tenga todas las propiedades anteriores. Un refrigerante ideal en resumen ha de cumplir las siguientes propiedades:

· Ser químicamente inerte hasta el grado de no ser inflamable, ni tóxico, ni explosivo, tanto en estado puro como cuando esté mezclado con el aire en determinada proporción.

· No reaccionar desfavorablemente con los aceites o materiales empleados en la construcción de los equipos frigoríficos.

· No reaccionar desfavorablemente con la humedad, que a pesar de las precauciones que se toman, aparece en toda instalación.

· Su naturaleza será tal que no contamine los productos almacenados en caso de fuga.

· El refrigerante ha de poseer unas características físicas y térmicas que permitan la máxima capacidad de refrigeración con la mínima demanda de potencia.

· La temperatura de descarga de cualquier refrigerante siempre disminuye a medida que baja la relación de compresión. Por lo tanto deseamos que la temperatura de descarga sea la más baja posible para alargar la vida del compresor.

· El coeficiente de conductancia conviene que sea lo más elevado posible para reducir el tamaño y costo del equipo de transferencia de calor.

· La relación presión-temperatura debe ser tal que la presión en el evaporador para la temperatura de trabajo sea superior a la atmosférica, para evitar la entrada de aire y de humedad en el sistema en caso de fuga.

· Fácil detección de fugas.

· Temperatura y presión crítica, lógicamente el punto de congelación deberá ser inferior a la temperatura mínima de trabajo.

· Que no tenga problemas legales de adquisición o manipulación.

· Su rango de operación debe estar comprendido entre el punto triple y el punto crítico.

· Que posea múltiples presentaciones en el mercado.

· Finalmente ha de ser de bajo precio y fácil disponibilidad.

Ver video:

CARACTERISTICAS DE LOS REFRIGERANTES PARA SU USO EN EQUIPO DE REFRIGERACION

1.1. DESIGNACION DE REFRIGERANTES SEGÚN ASHRAE

El American Standard ANSI / ASHRAE 34, como denominación simbólica numérica, asignó un código que identifica a cada refrigerante el cual consiste de una letra seguido por un número. Este código se establece a partir de su fórmula química así:

· La letra R significa mayúscula significa refrigerante.

· A la primera cifra se le suma 1 para obtener el número de átomos de carbono que contiene la molécula. Cuando este número es cero, no se escribe en su denominación.

· A la segunda se le resta 1 para obtener el número de átomos de Hidrógeno.

· La tercera se refiere al número de átomos de flúor.

· El resto de valencias, salvo que se indique lo contrario, quedan cubiertas con cloro. Se calcula el numero de átomos de cloro con la fórmula:

Cl = C – Atomos de F – Atomos de H

Para la anterior fórmula el valor de C es:

C = 4 si el numero de atomos de carbono es 1.

C = 6 si el numero de atomos de carbono es 2.

Por ejemplo la fórmula del R-134 cuya formula es CF₃CH₂F sería:

Atomos de Carbono: 1 + 1=2 átomos

Atomos de Hidrógeno: 3 – 1 = 2 átomos

Atomos de Fluor: 4 átomos

Atomos de Cl = 6 – 4 – 2 = 0

Para el caso de la codificación de las mezclas zeotrópicas y azeotrópicas:

Para el caso de refrigerantes inorgánicos:

1.2. GRUPO DE SEGURIDAD DE LOS REFRIGERANTES

La ANSI / ASHRAE 34 clasifica los refrigerantes por su grupo de seguridad; esta clasificación consta de una letra ( A o B ) que indica su toxicidad y un número ( 1, 2 o 3 ) que indica su flamabilidad.

Según su toxicidad, los refrigerantes están divididos en dos grupos:

· Clase A, toxicidad no identificada para concentraciones inferiores o iguales a 400 ppm.

· Clase B, se tiene evidencia de toxicidad a concentraciones inferiores a 400 ppm.

Según su flamabilidad, los refrigerantes están divididos en tres grupos:

· Clase 1: No muestra propagación de llama cuando se prueba en aire a 21°C y 101 kPa.

· Clase 2L: Muestra una leve o baja propagación de llama cuando se prueba en aire a 21°C y 101 kPa y un calor de combustión inferior a 19 kJ/kg. ( Ligera flamabilidad )

· Clase 2: Inflamable, límite inferior de flamabilidad superior a 0.10 kg/m³a 21°C y 101 kPa y un calor de combustión inferior a 19 kJ/kg.

· Clase 3: Alta flamabilidad, definido por un límite inferior de flamabilidad inferior o igual a 0.10 kg/m³a 21°C y 101 kPa o un calor de combustión superior o igual a 19 kJ/kg.

Podemos resumir lo anterior en la siguiente tabla:

Cuadro . Clasificación de algunos refrigerantes.

1.3. FAMILIAS DE REFRIGERANTES

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

1.3.1. REFRIGERANTES HALOCARBONADOS

Son compuestos químicos o combinaciones de átomos que consisten de una estructura de carbono a la que se unen átomos del grupo VII A de la tabla periódica conocidos como Halógenos (Flúor, Cloro y/o Bromo). Los refrigerantes pertenecientes a este grupo se dividen en tres grupos básicos así: CFC, HCFC, HFC y mezclas entre ellos.

1.3.1.1. GRUPO CFC

( Flúor, Carbono, Cloro ), Clorofluorocarbono totalmente halogenado, no contiene hidrógeno en su molécula química y por lo tanto es muy estable, esta estabilidad hace que permanezca durante largo tiempo en la atmósfera afectando seriamente la capa de ozono y es una de las causas del efecto invernadero.(R-11, R-12, R-115, R-502, R-500 ). Esta prohibida su fabricación desde 1995. Estas sustancias se han utilizado, además de refrigerantes, también como disolventes en ciertas aplicaciones industriales, como agentes espumantes de estireno y como propelente en los aerosoles. Son excelentes refrigerantes ya que tienen un calor latente de vaporización alto en la gama conveniente de temperatura y presión, una elevada conductividad y una baja viscosidad. Son sustancias muy estables la cual es una de las razones por las cuales tienen una alto potencial de agotamiento de ozono (PAO).

NOMBRE	FORMULA	NOMBRE QUIMICO	PAO
R -11	C Cl₃ F	TRICLOROMONOFLUOROMETANO	1
R – 12	C Cl₂ F₂	DICLORODIFLUOROMETANO	1
R – 113	C₂ F₃ Cl₃	TRICLOROTRIFLUOROETANO	0.8
R – 114	C₂ F₄ Cl₂	DICLOROTETRAFLUOROETANO	1
R - 115	C₂ F₅ Cl	MONOCLOROPENTAFLUOROETANO	0.6

1.3.1.2. GRUPO HCFC

(Hidrógeno, Carbono, Flúor, Cloro), Hidroclorofluorocarbono, es similar al grupo anterior, pero con átomos de hidrógeno en su molécula. Ante el problema que tienen los CFC de su degradación de la capa de ozono, los HCFC surgen como una medida de mitigar ese impacto.

La presencia de Hidrógeno hace que reaccione con el cloro antes que éste llegue a las moléculas de ozono en consecuencia, se descompondrá en la parte inferior de la atmósfera y no llegará a la estratosfera. Posee un potencial reducido de destrucción de la capa de ozono. Su desaparición está prevista para el año 2015. ( R-22, DI-36, DI-44, R-409ª, R-408ª ). Tienen propiedades refrigerantes similares a los CFC y son consideradas sustancias en transición, porque son sustancias que aún degradan la capa de ozono. Entre ellas se tienen:

NOMBRE	FORMULA	NOMBRE QUIMICO	PAO
R - 22	C H F₂ Cl	MONOCLORODIFLUOROMETANO	0.055
R – 123	C₂ H F₃ Cl₂	DICLOROTRIFLUOROMETANO	0.020
R – 124	C₂ H F₄ Cl	MONOCLOROTETRAFLUOROETANO	0.022
R – 141 b	C₂ H₃ FCl₂	DICLOROFLUOROETANO	0.110
R – 142 b	C₂ H₃ F₂ Cl	MONOCLORODIFLUOROETANO	0.065

1.3.1.3. GRUPO HFC

(Hidrógeno, Flúor, Carbono), Hidrofluorocarbono, es un fluorocarbono sin cloro con átomos de hidrógeno sin potencial destructor del ozono dado que no contiene cloro. ( R-134a, 141b, R-404ª, R-407c, R-410ª ).

Dado que el problema de los grupos CFC y HCFC era el cloro, estos nuevos refrigerantes ya no lo tienen en su estructura, por tanto, no degradan la capa de ozono; pero poseen un alto efecto de calentamiento global ( GWP ) Son llamados también refrigerantes de tercera generación. Entre estos se tienen:

NOMBRE	FORMULA	PAO	GWP
R – 134 a	C H₂ FC F₃	0	1300
R – 245 a	C₃ H₃ F₅	0	858

1.3.1.4. GRUPO HFO

Los HFC, a pesar que son refrigerantes que no degradan la capa de ozono ( PAO = = ), poseen un alto potencial de calentamiento global ( GWP ), por esta razón, surgen los HFO o comúnmente llamados Hidrofluoroolefinas que contiene en su molécula Hidrógeno, Fluor y carbono; se consideran refrigerantes de cuarta generación, porque además de tener un PAO = 0, poseen un bajo GWP. Entre estos tenemos:

NOMBRE

FORMULA

PAO

GWP

R – 1234 yf

CF₃CF = CH₂

0

1

R – 1234 ze

CF₃CF = CHF

0

1

R – 1233 zd

0

1

1.3.2. REFRIGERANTES HC

( Hidrógeno, Carbono ), Es un hidrocarburo o combustible no halogenado. Son sustancias naturales obtenidas por destilación en las refinerías. Los hidrocarburos refrigerantes están disponibles para una amplia gama de aplicaciones, incluyendo la sustitución directa de refrigerantes CFC, HCFC y HFC. Tienen muy bajo impacto ambiental en comparación con los anteriores. Son compatibles con el cobre y el aceite mineral. Como sustancia de reemplazo se necesita realizar muy pocos cambios en el sistema y en sus componentes, sin embargo, se necesita tomar medidas de seguridad para evitar que la inflamabilidad sea un problema. Los más importantes como refrigerantes son el metano, etano, butano, propano (R-290), etileno e isobutano (R- 600a).

Como ya se había comentado, los hidrocarburos directos pueden usarse como refrigerantes en sistemas de refrigeración. Los HC son muy buenos refrigerantes por varias razones:

·                     Se desempeñan muy bien, con buena capacidad y eficiencia.

·                     Los HC están disponibles para una amplia gama de aplicaciones. Son una excelente alternativa como reemplazo directo del CFC 12.

·                     Tiene un impacto ambiental muy bajo en comparación con los CFC, HCFC y los HFC.

·                     Son compatibles con el cobre y los aceites minerales comunes.

·                     Pueden usarse procedimientos de limpieza similares a los usados con el CFC-12.

·                     El servicio de mantenimiento es el mismo que el de los refrigerantes CFC-12 y HCFC- 22, excepto por las consideraciones de seguridad.

·                     Se necesitan muy pocos cambios a un sistema y sus componentes para poder usarlos como refrigerantes. Sin embargo, se necesita cuidado para que la inflamabilidad no presente problemas de seguridad.

·                     Los sistemas que usan HC deben diseñarse de manera tal que la fuga no sea peligrosa.

·                     Debe usarse el equipo apropiado durante la fabricación para cargar los sistemas y la carga aérea debe elegirse con cuidado.

·                     Los técnicos del servicio de mantenimiento y reparación deben estar capacitados para manejar hidrocarburos como refrigerantes con seguridad.

Particularmente para refrigeración doméstica existe la opción ( promovida especialmente por países del norte de Europa) de utilizar Isobutano (R-600 a) o mezcla de Isobutano (R-600 a) y Propano ( R-290 ) para reemplazar al CFC-12 como refrigerante.



Los HC son flamables cuando se mezclan con el aire. Para que dicha mezcla se encienda, la proporción de ambos debe estar comprendida entre dos valores conocidos como límite de inflamabilidad, el límite de inflamabilidad inferior (LFL) y el límite de inflamabilidad superior (UFL).

Para el caso de la mezcla de HC mencionada, con menos de 1.95% (LFL) en volumen de la misma en el aire, entonces hay poco combustible para la combustión. Si hay más de 9.1% (UFL) en volumen hay poco oxígeno (del aire) para la combustión. Para el caso del isobutano los límites de inflamabilidad son 1.8% (LFL) para el inferior y 8.4% (UFL) para el superior. Esto debe considerarse ya que el refrigerante que se fuga no se diseminará en el espacio en forma pareja, sino que tenderá a acumularse a bajo nivel.

Para la combustión se necesita una fuente de ignición para encender la mezcla aire/ hidrocarburo, la fuente de ignición debe poseer una temperatura superior a 460ºC. Las siguientes son fuentes de ignición potenciales:

·                     Una llama, por ejemplo, de una antorcha encendida, de una lámpara de haluro, de un fósforo o de un encendedor.

·                     Una chispa de un componente eléctrico.

·                     Electricidad estática.

Cuando se aplican y se usan los hidrocarburos como refrigerantes deben evitarse las condiciones necesarias para la combustión.

IMPORTANTE

Es muy improbable que la combustión ocurra dentro de un sistema ya que allí habrá poco aire. Sin embargo, si los hidrocarburos como refrigerantes se fugan del sistema ocurrirá la combustión si existe la mezcla en las proporciones adecuadas y si hay una fuente de ignición, esto es peligroso y debe evitarse. Donde no se pueda prevenir fuga, se deben eliminarse las fuentes potenciales de ignición.



La calidad y pureza del refrigerante es muy importante. El refrigerante debe contener niveles extremadamente bajos de contaminación, fundamentalmente humedad y estar desodorizado. El uso de los HC impuros causará los siguientes problemas en un sistema de refrigeración:

·                     Un alto nivel de humedad saturará el filtro secador, se congelará en el dispositivo de expansión y en presencia de otras impurezas, acelerará la producción de ácidos en el sistema, lo cual conducirá al daño metálico de cobre en el compresor.

·                     Un agente odorante puede dañar el aislamiento de la serpentina del motor del compresor.

Ya que en los cilindros pueden contenerse HC con mezcla de otros, de humedad, odorantes e impurezas, sólo debe usarse HC grado refrigerante que tengan bajos niveles de contaminación y humedad y que sean de una composición muy controlada.

Cuadro. Especificaciones de la calidad de los hidrocarburos para su uso como refrigerantes.

PARAMETRO

VALOR

GRADO DE PUREZA

SUPERIOR AL 99.5%

CONTENIDO DE AGUA

MAXIMO 10 PPM

CONTENIDO DE OTROS HC

MAXIMO 5000 PPM

IMPUREZAS CLORADAS Y FLUORADAS

0 PPM

Hay tres refrigerantes con base en HC que están disponibles actualmente en el mercado internacional y que pueden ser usados en el reemplazo del CFC-12 en sistemas nuevos. Estos aparecen listados:



Cuadro. Hidrocarburos usados como refrigerantes en el mercado.

REFRIGERANTE

PUNTO DE EBULLICION A PRESION ATMOSFERICA

APLICACION

ISOBUTANO ( R-600 a )

- 12 ºC

NUEVO EQUIPO DOMESTICO

MEZCLA 50/50 DE PROPANO E ISOBUTANO

- 31.5 ºC

REEMPLAZO DEL R-12 EN EQUIPOS USADOS Y NUEVOS

PROPANO ( R-290 )

- 42 ºC

EQUIPOS NUEVOS DE ALTA, MEDIA Y BAJA TEMPERATURA

1.3.2.1. REFRIGERANTE R-600a

Es un refrigerante que vino a reemplazar al R-134ª en aplicaciones de refrigeración doméstica, que posee las siguientes características:

Con relación a sus características de flamabilidad:

Recordando el concepto de la autoignición, la Temperatura de Autoignición o de Autoinflamación, es el mínimo valor de temperatura a presión atmosférica a la cual, un combustible ya sea líquido, sólido o gaseosos en contacto con el aire, arde o flamea de forma espontánea sin requerir de una fuente de energía calorífica externa. En otras palabras, a esta temperatura se alcanza la energía de activación suficiente para que se inicie la reacción de combustión. Con relación al R- 600 a:

Con relación a sus presiones y temperaturas críticas:



A continuación, se va a comparar el rendimiento del R-600 a con el R – 134 a con las mismas condiciones de operación para equipos en aplicaciones LBP.

Analizando los datos se obtiene los siguientes resultados:

•      Se tiene una menor relación de compresión ( Rc ) con el R-600 a

•      El sistema con R-600 a requiere menor flujo masico y por consiguiente menor cantidad de refrigerante para obtener la misma potencia frigorífica.

•      El sistema con R-600 a requiere una menor potencia mecánica de compresión

•      El sistema con R-600 a obtiene un relativo mayor COP en comparación con otros refrigerantes.

•      El equipo con R-600 a es un sistema ecológico al tener un PAO = 0 y un PCP = 3.

•      El equipo con R-660 a posee presiones de succión por debajo de la presión atmosférica ( de 4 a 12 In Hg en rango promedio ) y presiones de descarga en un rango promedio de 95 a 73 Psig

•      El equipo con R-600 a necesita condensadores más pequeños.



A continuación, se va a comparar el rendimiento del R-600 a con el R – 134 a con las mismas condiciones de operación para equipos en aplicaciones MBP.

Analizando los datos se obtiene los siguientes resultados:

•      Se tiene una similar relación de compresión ( Rc ) entre ambos refrigerantes.

•      El sistema con R-600 a requiere menor flujo masico y por consiguiente menor cantidad de refrigerante para obtener la misma potencia frigorífica.

•      Se requiere una similar potencia mecánica de compresión entre ambos refrigerantes.

•      Con el R-600 a se obtiene un relativo mayor COP en comparación con otros refrigerantes.

•      El equipo con R-600 a es un sistema ecológico al tener un PAO = 0 y un PCP = 3.

•      El equipo con R-600 a opera con presiones de succión por encima de la presión atmosférica ( de 3,4 a 8 Psig en rango promedio ) y presiones de descarga en un rango promedio de 95 a 73 Psig

•      El equipo con R-600 A necesita condensadores más pequeños.

Con relación a las recomendaciones para trabajar con este refrigerante, se tienen:

•      Utilizar equipos, herramientas e instrumentación compatibles para refrigerantes HC.

•      Modificar el procedimiento de medición de presión, carga, recarga de refrigerante y diagnóstico de equipos.

•      Extremar medidas de precaución para y modificar el procedimiento de soldadura y unión de tuberías.

•      Realizar la carga en estado líquido y por peso                                ( preferiblemente ).

•      Usar válvulas de control de flujo para procedimientos de medición, carga o recarga.

•      Usar los EPP recomendados.

•      Verificar correcta ventilación del sitio de labores o trabajo.

•      Usar equipos clasificación Atex.

Ver video:
GENERALIDADES DEL REFRIGERANTE R 600 a

Con respecto a los compresores que usan este refrigerante:

•      Trabajan con aceites compatibles: AB ( alquilbencenicos ), PAO ( polialfaolefinas ) y MO ( Mineral ).

•      Bajo a medio grado de viscosidad desde ISO 5, ISO 10, ISO 32, dependiendo la aplicación.

•      Compresor de mayor desplazamiento o cilindrada en comparación con otros de igual capacidad que usan otro tipo de refrigerante.

•      Sus sistemas de arranque son sin chispas, por esos usan pastillas PTC

•      Para aplicaciones en LBP y MBP.

•      Para uso con capilares.

•      Opera con presiones de succión menores a la presión atmosférica en aplicaciones LBP y por encima en aplicaciones MBP

Ver video:

GENERALIDADES DE EQUIPOS DE REFRIGERACION DOMESTICOS QUE OPERAN CON R 600a

1.3.2.2. REFRIGERANTE R-290

Este refrigerante para operar sistemas comerciales de baja a media temperatura de evaporación, posee las siguientes características:



Con respecto a sus propiedades de flamabilidad:

Y con respecto a su temperatura de autoignición:

Con relación a sus presiones y temperaturas críticas:

A continuación, se va a comparar el rendimiento del R-290 a con el R – 134 a con las mismas condiciones de operación para equipos en aplicaciones LBP.

Analizando los datos anteriores, se obtienen los siguientes resultados:

•      El equipo con R-290 tiene una menor relación de compresión ( Rc ).

•      El sistema con R-290 requiere menor flujo masico y por consiguiente menor cantidad de refrigerante para obtener la misma potencia frigorífica.

•      El equipo con R-290 requiere una similar potencia mecánica de compresión

•      El equipo con R-290 obtiene un similar COP en comparación con otros refrigerantes HFC.

•      El R-290 es un refrigerante ecológico al tener un PAO = 0 y un PCP = 3.

•      El equipo con R-290 opera con presiones de succión por encima de la presión atmosférica ( de 27,5 a 16,5 Psig en rango ) y presiones de descargas de 273 a 207 Psig en rango promedio.

•      El equipo con R-290 necesita condensadores similares en capacidad con el R-134 a

A continuación, se va a comparar el rendimiento del R-290 a con el R – 134 a con las mismas condiciones de operación para equipos en aplicaciones MBP.

Analizando los datos anteriores, se obtienen los siguientes resultados:

•      El equipo con R-90 tiene una menor relación de compresión ( Rc ).

•      El sistema con R-290 requiere menor flujo masico y por consiguiente menor cantidad de refrigerante para obtener la misma potencia frigorífica.

•      Se requiere una similar potencia mecánica de compresión

•      Se obtiene un similar COP en comparación con otros refrigerantes HFC.

•      El R-290 es un refrigerante ecológico al tener un PAO = 0 y un PCP = 3.

•      El equipo con R-290 posee presiones de succión por encima de la presión atmosférica ( de 41 a 54 psig en rango promedio ) y presiones de descargas de 273 a 207 Psig en rango promedio.

•      El equipo con R-290 necesita condensadores similares en capacidad

Ver video:
GENERALIDADES DEL REFRIGERANTE R 290

Con respecto a los compresores que trabajan con R-290:

•      Trabajan con aceites compatibles: AB ( alquilbencenicos ), MO ( minerales ), POE ( poliolesteres ), PAO y PAG

•      Medio grado de viscosidad desde ISO 10 a ISO 22

•      Compresor de mayor desplazamiento o cilindrada en comparación con otros de igual capacidad que usan otro tipo de refrigerante de tipo HFC.

•      Sus sistemas de arranque son sin chispas por esos usan pastillas PTC y/o capacitores.

•      Para aplicaciones en LBP y MBP.

•      Para uso con capilares y válvulas de expansión termostáticas.

•      Compresores de baja a media potencia frigorífica.

•      Opera con presiones de succión mayores a la presión atmosférica.

Ver video:
EQUIPOS DE REFRIGERACION QUE OPERAN CON REFRIGERANTE R 290

1.3.3. REFRIGERANTES INORGANICOS

Son compuestos químicos o combinaciones de los elementos de la tabla periódica que no contienen carbono, excepto el CO₂; los refrigerantes inorgánicos más comunes son el agua, amoníaco y dióxido de carbono.

1.2.3.1. AGUA

El agua, R718, es un líquido incoloro, inodoro e insípido que está compuesto por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H₂O). Sus propiedades físicas se utilizan como patrones para definir, por ejemplo, escalas de temperatura. Como refrigerante primario, el agua es utilizada en los procesos de refrigeración por absorción acompañado del bromuro de litio o amoníaco en máquinas de aire acondicionado y como absorbedor acompañado del amoníaco en máquinas de refrigeración; se utiliza también como refrigerante en máquinas de refrigeración por eyección.

Debido a las bajas presiones y las tasas muy elevadas de flujo volumétrico que requieren los sistemas de compresión de vapor de agua, es necesario recurrir a diseños de compresores que son poco habituales en el sector del aire acondicionado. Como refrigerante secundario, el agua se utiliza en sistemas tipo “chillers” empleados para acondicionar aire, congelar y mantener pistas de patinaje sobre hielo y facilitar procesos industriales donde se requiera control de temperatura.

1.3.3.2. AMONIACO

El amoníaco, R717, es un gas incoloro, corrosivo, irritante, tóxico y de olor sofocante. Su fórmula química es NH₃. Se emplea en la industria textil, como refrigerante, en la producción de fertilizantes y en productos de limpieza, entre otros. Aunque no afecta metales ferrosos como el aluminio y el bronce fosfórico, en la presencia de humedad destruye los metales no ferrosos como el zinc, cobre, y sus aleaciones.

Por sus cualidades termodinámicas, el amoníaco es uno de los mejores refrigerantes: según la productividad de enfriamiento, supera considerablemente a los R12, R11, R22 y R502, y tiene más alto coeficiente de transferencia de calor, lo que permite usar tuberías de menor diámetro en los aparatos de transferencia de calor de similar capacidad. En conjunto con hidrógeno y agua, se utiliza en refrigeradores domésticos y comerciales, eliminando el uso de compresor gracias al principio de absorción. Respecto al R22, el amoníaco tiene un valor alto de “calor de vaporización” y como consecuencia presenta un comparativamente pequeño consumo de masa del refrigerante circulante. Esta es una cualidad ventajosa para grandes capacidades de refrigeración pero hace difícil la regulación de la entrega del amoníaco al evaporador con bajas potencias.

OBSERVACIONES:

· Los aceites en sistemas de amoniaco son muy especiales.

· No se aconseje usar amoniaco para compresores herméticos y semiherméticos, por su alta conductividad térmica.

· La proporción en masa de humedad en el amoniaco no debe superar los niveles del 0.2%, porque se formarían lodos, perjudiciales al sistema. En sistemas industriales hay sistemas de purga automáticos y d servicio constante.

El amoniaco se puede trabajar en sistemas de compresión de vapor y en sistemas de absorción

1.3.3.3. CO₂

El dióxido de carbono es un gas incoloro e incombustible cuya fórmula química es CO₂. El R744 se conoce también como bióxido de carbono, óxido de carbono (IV) y anhídrido carbónico. El CO₂está presente en la atmósfera, en un ciclo natural: animales, plantas y microorganismos lo liberan como resultado de la respiración y las fermentaciones y a su vez, las plantas verdes lo utilizan como fuente de carbono. Sus principales fuentes naturales son los océanos, volcanes, incendios, así como la respiración de los seres vivos o la descomposición de materia orgánica.

Desafortunadamente, el hombre produce grandes cantidades de CO₂con los diferentes procesos industriales, la deforestación y, especialmente, cuando utiliza combustibles fósiles -petróleo y carbón-, para el transporte y la producción de energía. Entonces, se convierte en un contaminante atmosférico, un gas “efecto invernadero”, con una permanencia en la atmósfera estimada en más de 100 años.

Su uso como refrigerante comenzó a mediados del siglo del siglo XIX, con la propuesta de ALEXANDER TWINING, científico e inventor Norteamericano, de usarlo como refrigerante. Sin embargo, el primer equipo operativo que trabajaba con CO2, fué construido por el Alemán Carl Von Linde en el año de 1881, a partir de ese momento hubo un desarrollo de esta tecnología, que fue desacelerando con la aparición de los CFC en los años 30 del siglo XX

Entre las ventajas de su uso como refrigerante están:

No es inflamable ni toxico
No degrada la capa de ozono.
Bajo impacto de calentamiento global
Producto natural.
Bajo costo de producción y adquisición.
Eficiente térmicamente
Compatibilidad con varios tipos de aceites lubricantes.
Para trabajos de media a bajas temperaturas de evaporación.
Las dimensiones de las tuberías del sistema son de menor diámetro comparados con otros refrigerantes

Entre las desventajas de su uso como refrigerante están:

Baja temperatura del punto crítico ( 30,98 Grados Celsius )
Alta presión del punto triple ( 75,1 Psia )
Trabaja con altas presiones.
Es un gas inodoro e incoloro
Sus sistemas necesitan sistemas de control avanzados.
Sus sistemas requieren sensores de detección de fugas.
Se necesitan personal, equipos y accesorios especializados para el mantenimiento de equipos

En relación a la baja temperatura critica del CO2, en las zonas cálidas con temperaturas mayores de los 30º C, la presión de descarga debe estar por encima de la presión critica ( 1073 Psia ), por lo que podemos entrar presiones de descarga desde los 1290 a 1600 Psig y presiones de trabajo para media temperatura desde los 370 a 420 Psig y presiones de trabajo para bajas temperaturas desde los 175 a 315 Psig.

Por otro lado, debido a su alta presión del punto triple ( donde conviven los tres estados: vapor, liquido y solido ), no se trabaja los sistemas con presiones menores de los 100 Psig.

El CO2, podemos utilizarlo en dos tipos de sistemas: el transcrítico o supercrítico y los sistemas subcríticos.

1.3.3.3.1. SISTEMAS TRANSCRITICOS O SUPERCRITICOS

Son sistemas donde la presión de descarga del CO2 está por encima de la presión critica ( 1073 Psia o 74 Bares ). En este caso no existe condensador en el equipo sino en enfriador de gas o Gas Cooler, la expansión del sistema se da desde la zona critica hasta llegar dentro de la campana.

Debido a la baja temperatura critica del CO2, en zonas con temperaturas ambientales mayores de 30º Celsius, hay que subir las presiones de descarga para poder enfriar el gas de descarga, lo cual conlleva energía extra de consumo por parte de los compresores en relación con zonas con temperaturas ambientales mas bajas

Veamos esta presión de descarga en el diagrama de Mollier del ciclo mostrado:

En el esquema anterior, se puede observar que la presión de descarga ( del punto 2 al punto 3 ) está por encima del valor de la presión crítica. Como observación, en esta zona no hay condensación, por esta razón, el intercambiador que hace el enfriamiento del refrigerante en alta presión, cambia de nombre y se le denomina ENFRIADOR DE GAS o GAS COOLER.

A continuación, podemos ver un montaje de un sistema, hay que anotar, que debido a las altas presiones de operación, se requieren accesorios que resistan las altas presiones, como tuberías de acero o de cobre, los compresores poseen carcazas con mayores espesores, se recomienda el uso de válvulas termostáticas electrónicas, así como el uso de válvulas de alivio en los diferentes tramos de tuberías.

1.3.3.3.2. SISTEMAS SUBCRITICOS

En estos sistemas, la presión de descarga del CO2 está por debajo de la presión critica y por lo general se aplica en sistemas cascadas donde el refrigerante de baja presión el es CO2 y el refrigerante de alta presión puede ser amoniaco, un HFC o un HC.

En estos sistemas la función principal del ciclo de alta presión es el de servir de “Condensador “, del ciclo de baja temperatura, de forma que podemos trabajar con presiones de descargas más bajas con refrigerante R-744

Este sistema posee varias ventajas:

· El ciclo de baja presión con CO2, trabaja con bajas presiones.

· Posibilidad de trabajar con muy bajas temperaturas de evaporación.

Pero también posee ciertas desventajas:

· Dependencia de un fluido refrigerante diferente del CO2 en el ciclo de alta.

· Posee mayores accesorios.

· Requiere un sistema de control complejo.

A continuación, se ve un diagrama de un posible sistema:

Es probable también que los sistemas fabricados con CO₂ sean de menor tamaño que los que usan refrigerantes comunes. Sin embargo, estas ventajas se ven compensadas por el hecho que el uso del CO₂ en las aplicaciones de aire acondicionado exige altas presiones de funcionamiento, lo que reduce la eficiencia operativa y por ende contribuye a producir un mayor nivel de emisiones indirectas de CO₂ a causa del mayor consumo de energía. El CO₂ está comenzando a encontrar aplicación en sistemas industriales como refrigerante de baja temperatura y en sistemas configurados en cascada, con amoníaco en la fase superior y CO₂ en la fase inferior. La eficiencia energética de los sistemas que funcionan con CO₂ puede ser similar a la de los que usan HCFC-22, amoníaco y R410A, con un rango de evaporación de entre -40°C y -50°C. El CO₂ también se usa como fluido termoportador en los sistemas indirectos. Existen perspectivas de usar el dióxido de carbono en sistemas de aire acondicionado en automóviles y trenes. También se espera encontrarlo como refrigerante en refrigeradores domésticos y bombas de calor.

Ver video:

EL DIOXIDO DE CARBONO O CO2 COMO REFRIGERANTE EN SISTEMAS DE REFRIGERACION COMERCIAL E INDUSTRIAL

1.4. EL CONCEPTO DE LA PRESION DE VAPOR

La presión de vapor es la presión que ejercen las moléculas de la fase gaseosa o vapor de la sustancia sobre su fase líquida, a una temperatura especifica y en un ambiente o sistema cerrado, cuando ambas fases se encuentran en lo que se denomina EQUILIBRIO DINAMICO.

La presión de vapor determina mucho la VOLATILIDAD de la sustancia que se define como la facilidad que tiene la sustancia de evaporarse y depende de factores como la temperatura y la densidad de la sustancia.

Veamos a continuación la forma como se comporta la sustancia, para el caso teneos un cilindro con una sustancia y una tapa de separación tal como se observa:

Se hace una conexión a un manómetro y bomba de vacío para eliminar cualquier gas en el tanque tal como se observa:

Después de haber hecho el vacío, no hay presión que impida que las moléculas que están en la superficie del liquido pasen al estado vapor, entonces comienza la vaporización, y más y más moléculas se convierten en vapor, esto hace que presión del vapor de agua aumente y se refleje en el manómetro:

A medida que más moléculas se evaporan, la velocidad de vaporización se reduce porque la presión de las que están en estado vapor dificulta el proceso de las que están en estado líquido y desean pasar a vapor, entonces la presión en el manómetro comienza a estabilizarse

Llega un momento, en el que, debido a la alta presión del vapor, algunas moléculas en estado gas que entran en contacto con la superficie del líquido, comienzan a condensarse, entonces, mientras se reduce la vaporización, se incrementa la condensación del vapor de la sustancia.

Llega el momento cuando el número de moléculas que se evaporan es igual al número de moléculas que se condensan o llamado EQUILIBRIO DINÁMICO

Por tanto, la presión a la cual se llega a ese equilibrio dinámico a cierta temperatura es lo que se denomina PRESION DE VAPOR DEL LIQUIDO.

Con relación a la influencia de la temperatura de la sustancia y su densidad en relación con la presión de vapor, podemos decir que:

Al subirse la temperatura mayor energía tendrán las moléculas por tanto tendrá más capacidad de abandonar el estado liquido y pasar al gaseoso, entonces habrá una mayor cantidad de moléculas evaporadas.

Al haber mayor cantidad de moléculas en estado gas, mayor será la presión de las mismas y por tanto hay un incremento de la presión de vapor y, este nuevo equilibrio dinámico, se alcanza con presiones más altas que el que se logra con temperaturas más bajas

En resumen:

• Si se aumenta la temperatura del líquido, mayor será la presión de vapor, ya que las moléculas al tener mayor energía, es más fácil que se conviertan al estado vapor y mayor será la presión requerida para convertirlas en nuevamente al estado líquido ( la temperatura y la presión de vapor son directamente proporcionales )

• La volatilidad de una sustancia es directamente proporcional a su presión de vapor, o sea, que las sustancias más volátiles tienen altas presiones de vapor, comparadas con las no volátiles.

• A mayor densidad de la sustancia, menor será la presión de vapor de la misma y viceversa ( la densidad de la sustancia en inversamente proporcional a su presión de vapor ).

• A una temperatura dada, las sustancias con mayores presiones de vapor se evaporan con mayor facilidad y rapidez que las que tienen menores presiones de vapor.

• Las sustancias más densas son menos volátiles, o sea, que la densidad y la volatilidad son inversamente proporcionales.

Ver video:

PRESION DE VAPOR DE UNA SUSTANCIA, FACTORES QUE LA AFECTAN Y SU INFLUENCIA EN LOS REFRIGERANTES

1.5. MEZCLAS DE REFRIGERANTES

Es la unión de dos o mas refrigerantes. Se realizan para alcanzar propiedades que cumplen con varios propósitos en la refrigeración. Los refrigerantes pueden ser puros o mezcla de diferentes gases, las mezclas pueden ser azeotrópicas o no azeotrópicas ( zeotrópicas ).

Para poder entender el principio de las mezclas de refrigerantes, tengamos en cuenta los siguientes conceptos:

• Si se aumenta la temperatura del liquido, mayor será la presión de vapor, ya que las moléculas al tener mayor energía, es mas fácil que se conviertan al estado vapor y mayor será la presión requerida para convertirlas en nuevamente al estado liquido ( la temperatura y la presión de vapor son directamente proporcionales )

• La volatilidad de una sustancia es directamente proporcional a su presión de vapor, o sea, que las sustancias mas volátiles tienen altas presiones de vapor, comparadas con las no volátiles.

• A mayor densidad de la sustancia, menor será la presión de vapor de la misma y viceversa ( la densidad de la sustancia en inversamente proporcional a su presión de vapor )

• A una temperatura dada, las sustancias con mayores presiones de vapor, se evaporan con mayor facilidad y rapidez que las que tienen menores presiones de vapor.

• Las sustancias mas densas son menos volátiles, o sea, que la densidad y la volatilidad son inversamente proporcionales.

1.5.1. MEZCLAS AZEOTROPICAS

Son aquellas mezclas de dos o mas refrigerantes en las que no cambia su composición volumétrica y la temperatura de saturación durante la evaporación o condensación a presión constante. La composición del estado líquido es la misma del estado vapor, se comportan como si fueran un nuevo refrigerante puro. Están formadas por tres componentes y se comportan como una molécula de refrigerante puro. Empiezan por 5 (R-500, R-502). Estas mezclas se pueden cargar en estado gaseoso o líquido.

Analicemos el caso para el refrigerante R- 513 A

Vamos a comparar las densidades de líquido así como las presiones de vapor a una temperatura de 35º C:

Se observa que la densidad del R-1234yf es levemente menor que la del R-134 a, por tanto posee una leve superior presión de vapor , lo que lo hace un poco más volátil que el R – 134 a; pero en general sus presiones de vapor son casi iguales, lo que significa que, cuando están mezclados para formar el R- 513 A. se evaporan conservando la concentración que poseen en el estado líquido y por tanto pueden ser inyectados al sistemas en ambos estados sin descompensarse.

Este comportamiento lo podemos ver en el siguiente diagrama:

1.5.2. MEZCLAS ZEOTROPICAS O NO AZEOTROPICAS

Son las mezclas de refrigerantes que cambian su composición volumétrica y la temperatura de saturación durante la evaporación o condensación a presión constante; en otras palabras, son mezclas que forman una nueva sustancia la cual tiene temperaturas de ebullición y condensación variables. Cuando estas mezclas se evaporan o condensan dentro de un sistema, su composición y temperatura de saturación cambian, o sea, el empezar a evaporarse el líquido, se evapora un porcentaje más elevado del componente más volátil, conforme continua hirviendo la mezcla, el líquido remanente tiene menor concentración del componente más volátil y mayor del menos volátil.

Este cambio de composición del líquido remanente da como resultado un cambio de la temperatura de evaporación. A una misma presión, la temperatura de saturación liquida es más baja que la temperatura de saturación gaseosa ( Deslizamiento de la temperatura )

En estos tipo de mezclas hay que tener en claro los siguientes conceptos muy importantes los cuales son:

· Punto de burbuja o BUBBLE POINT: Es la temperatura a la cuál empieza a evaporar el liquido saturado a una presión establecida.

· Punto de rocío o DEW POINT: Es la temperatura a la cual se evapora la última gota de refrigerante liquido a una presión establecida o la temperatura a la cual comienza la formación de la primera gota de liquido producto del proceso de condensación.

· Fraccionamiento: Se refiere al cambio de la composición de la mezcla cuando esta cambia de líquido a vapor o viceversa.

· Deslizamiento de la temperatura o Glide: Se refiere al cambio de la temperatura durante la evaporación o condensación de la mezcla debido al fraccionamiento de la misma. Esta diferencia pude variar de 0.5ºC a 6ºC dependiendo de la presión y del tipo de mezcla.

Estas mezclas están formadas por varios componentes, pero la mezcla no se comporta como una molécula de refrigerante puro. Por lo tanto la carga de refrigerante que funciona con estos gases se ha de realizar siempre por líquido ya que cada gas se comporta diferente en estado gaseoso. Empiezan por 4 (R-404, R-408, R-409). Aparte este tipo de mezclas tiene deslizamiento, lo que quiere decir que a la misma presión la temperatura es diferente si está en estado gaseoso o en estado líquido. Este deslizamiento puede ser desde 1º hasta 7ºC.

Estas mezclas tienen asignados números de la serie 400, éste número establece cuáles componentes están en la mezcla pero no la cantidad de cada uno de ellos. Para diferenciar zeótropos que tienen los mismos componentes pero con diferentes cantidades en masa, se agrega al final de la denominación una letra en mayúscula. Esta letra obedece a un orden cronológico, según su aprobación ASHRAE.

Analicemos el caso para el refrigerante R- 410 A

Vamos a comparar las densidades de líquido así como las presiones de vapor a una temperatura de 35º C:

Se observa que la densidad del R-32 es que la del R-125, por tanto, posee mayor presión de vapor, lo que lo hace más volátil que el R – 125a; y hay una marcada diferencia en sus presiones de vapor, lo que significa que, cuando están mezclados para formar el R- 410 A. se evapora mayor cantidad del R- 32 que del R – 125 quedando con concentraciones diferentes a las que tiene, cuando están en estado líquido y por tanto pueden ser inyectados al sistema solo en estado líquido.

Este comportamiento de cambio de temperatura en el cambio de estado lo podemos observar en la siguiente figura:

Ver videos:

¿PORQUE LAS MEZCLAS ZEOTROPICAS SE DEBEN INYECTAR AL SISTEMA O EQUIPO EN ESTADO LIQUIDO?

DIFERENCIAS ENTRE MEZCLAS ZEOTROPICAS Y AZEOTROPICAS EN REFRIGERACION

1.5.3. MEZCLAS ENTRE HFC Y HFO

Son las mezclas de refrigerantes de tipo HFC y de tipo HFO, que no cambian su composición volumétrica y la temperatura de saturación durante la evaporación o condensación a presión constante; en otras palabras, son mezclas que forman una nueva sustancia la cual tiene temperaturas de ebullición y condensación y por tanto se pueden inyectar en forma líquida o gaseosa.

Entre estos tenemos el R-513A, R-452B, etc y se caracterizan por tener PAO = 0 y un PCG < 600

1.5.4. IMPLICACIONES DEL CAMBIO DE UN REFRIGERENTE PURO POR UNA MEZCLA CON DEZLIZAMIENTO O GLIDE

Aunque todo cambio posee efectos en el ciclo, veamos los principales:

Al poseer deslizamiento o GLIDE, se necesita una mayor capacidad del intercambiador de calor para que se puedan condensar o evaporar por completo los refrigerantes que componen la mezcla. Por tanto se deben verificar si las capacidades de los condensadores y evaporadores del equipo son adecuadas para esta mezcla.

La mezcla con GLIDE requiere un mayor flujo masico en el sistema que depende del volumen especifico de los refrigerantes componentes de la misma, alterando la eficiencia volumétrica del compresor y rendimiento del elemento de expansión. Por tanto hay que verificar que la capacidad volumétrica del compresor y el elemento de expansión sean adecuados para este mezcla.

Por lo explicado anteriormente, se requiere una mayor potencia de compresión por parte del compresor, lo que influye en su consumo eléctrico e implica revisar su capacidad volumétrica. Por tanto, hay que verificar que la capacidad volumétrica del compresor y su flujo másico sean adecuados para esta mezcla.

Con la mezcla con GLIDE hay una leve reducción del COP de enfriamiento que se afecta si no se hacen ajustes de los subenfriamientos, sobrecalentamientos y capacidades de los intercambiadoras del equipo e inclusive el compresor y elementos de expansión.

Si la mezcla posee flamabilidad, se deben verificar aspectos adicionales como: las condiciones de seguridad del equipo, compatibilidad de componentes y lubricantes, cantidad máxima de refrigerante que se puede inyectar en el equipo por volumen de recinto, y otras disposiciones legales y técnicas para el manejo de este tipo de refrigerantes

Ver video:

IMPLICACIONES DEL CAMBIO DE UN REFRIGERANTE PURO POR UNA MEZCLA CON GLIDE O DESLIZAMIENTO EN EQUIPOS

https://youtu.be/_FaOeX6I1jo

1.6. CODIGO DE COLORES PARA RECIPIENTES DE REFRIGERANTES

Esta codificación no aplica a presentaciones menores de 5 kilogramos.

1.7. HOJAS DE SEGURIDAD DE REFRIGERANTES ( MSDS )

Las hojas de datos de seguridad -HDS, conocidas por sus siglas en inglés como MSDS( Material Safety Data Sheets ), son documentos que dan información detallada sobre la identidad o naturaleza de cualquier sustancia química o producto. Como una practica necesaria dentro de la Seguridad y Salud ocupacional, una HDS se consulta para detallar los peligros físicos y los peligros a la salud que representa el uso de la sustancia. También provee información sobre cómo trabajar con una sustancia química de una manera segura y qué hacer si se presenta un escape o derrame accidental.

Es obligación de los fabricantes e importadores obtener o desarrollar :

· Hojas de datos de seguridad para cada material peligroso que ellos produzcan o importen y

· Hojas de datos de seguridad para cada compuesto que ellos usen.

A continuación, se presentan las consideraciones más importantes respecto a la información y uso de las HDS:

· Cualquier taller de servicio, empresa o centro de trabajo debe tener las HDS de cada una de las sustancias químicas que se manipulan, especialmente si son sustancias peligrosas. Las HDS deben estar disponibles permanentemente para los trabajadores involucrados en su uso, para que puedan contar con información inmediata para implementar medidas preventivas o correctivas en el sitio de trabajo.

· Las HDS deben estar en idioma español. La información debe ser confiable, para que su uso normal conlleve a una atención adecuada para el cuidado de la vida y la salud humana o para controlar una emergencia. No se deben dejar espacios en blanco. Si la información requerida no es aplicable o no está disponible, se anotarán las siglas NA o ND respectivamente, según sea el caso, y se deberá anotar al final de la HDS, la fuente o fuentes de referencia que se utilizaron en su diligenciamiento.

· La HDS debe ser actualizada en caso de existir nuevos datos referidos a la sustancia química que caracteriza.

El formato de una HDS es libre y debe contener, en orden, como mínimo la siguiente información:

Título: hoja de datos de seguridad, HDS y la Identificación química o Nombre del producto. En todas las páginas de la HDS debe aparecer, en la parte superior derecha, el nombre de la sustancia.

Contenido: la hoja de Seguridad está compuesta por varias secciones, en las que se desarrollan los siguientes temas a saber:

· Información sobre el productor: nombre, dirección número de teléfono y teléfono de emergencia del fabricante.

· Ingredientes Peligrosos/Información de Identificación: lista de sustancias químicas peligrosas. Dependiendo del país, la lista puede contener todos los componentes químicos, incluso aquellos que no son peligrosos. Teniendo en cuenta que los productos químicos son usualmente conocidos por nombres diferentes, todos los nombres comunes usados en el mercado deben ser registrados. Así mismo, el límite legal de exposición permitido (Permisible Exposure Limit – PEL) para cada ingrediente de la sustancia peligrosa debe ser reportado.

· Características físicas/químicas: punto de combustión, presión y densidad de vapor, punto de ebullición, tasa de evaporación, etc.

· Información sobre riesgos de fuego y explosión: punto de combustión, límites de combustión, métodos de extinción, procedimientos especiales contra el fuego, peligros especiales de explosión o fuego.

· Información sobre reactividad: cómo reaccionan ciertos materiales cuando se mezclan o se almacenan junto con otros.

· Información sobre riesgos para la salud: efectos que las sustancias químicas pueden causar (agudos = inmediatos; crónicos = a largo plazo), vías por las que la sustancia química puede entrar al cuerpo (pulmones, piel o boca), síntomas, procedimientos de emergencia y primeros auxilios.

· Precauciones para un manejo y uso seguro: medidas a implementar en caso que el material químico se derrame o escape, cómo deshacerse de los desperdicios del material químico de una manera segura, cómo manipular, transportar y almacenar materiales de manera segura.

· Medidas de control: ventilación (local, general, etc.), tipo de respirador/filtro que debe usarse, guantes protectores, ropa y equipo adecuados, etc.

· Información sobre ecología: daños al ambiente y precauciones especiales.

A continuación, se vera un ejemplo de una hoja de seguridad para refrigerantes, cortesia Gas Serveyt:

Ver video:

DESIGNACION O CODIFICACION DE REFRIGERANTES, GRUPOS DE SEGURIDAD, FAMILIAS Y COLORES RECIPIENTES

1.8. IDENTIFICACION DE REFRIGERANTES

1.8.1. CON LA TABLA DE PRESION – TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE.

Antes de realizar el procedimiento tenga en cuenta:

· Verificar las actas o registros de importación

· Que el refrigerante traiga su MSDS u hoja de vida.

· Que el tanque no posee pinturas en mal estado.

· Que el refrigerante contenga mas del 40% del peso original del mismo.

Para comenzar el proceso de identificación y/o comprobación de refrigerantes se realiza de la siguiente forma:

Si hay una diferencia apreciable entra las medidas, se recomienda analizar el tanque con un analizador de gases electrónico

Ver videos:

IDENTIFICACION DE REFRIGERANTES CON TABLA PRESION - TEMPERATURA

1.8.2. CON EL USO DEL IDENTIFICADOR DE REFRIGERANTES ELECTRONICO.

Consiste en el uso de un equipo electrónico para la identificación de los gases refrigerantes. Este sistemas no solo nos identifica refrigerantes puros son también mezclas zeotrópicas y azeotrópicas; así como las diferentes composiciones en el caso de mezclas.

Ver video:

IDENTIFICACION DE REFRIGERANTES CON EQUIPO ELECTRONICO

1.9. REFRIGERANTES Y SU IMPACTO EN EL MEDIO AMBIENTE

1.9.1. QUE ES LA CAPA DE OZONO Y SUS FUNCIONES

El ozono es un gas incoloro, inestable, de olor característico, que está presente en la atmósfera terrestre de manera natural. Las moléculas de ozono son químicamente idénticas, cada una con tres átomos de oxígeno pero su concentración varía con la altura: el ozono de la estratósfera nos protege de la radiación ultravioleta del sol, mientras que el ozono presente en la tropósfera tiene efectos tóxicos sobre los seres vivos.

La formación de la capa de ozono constituye uno de los procesos más trascendentes en la historia de nuestro Planeta. Las investigaciones científicas indican que su origen se remonta a unos 2000 millones de años atrás. La importancia de la capa de ozono radica en su capacidad para filtrar la radiación Ultravioleta B (UV-B), proveniente del sol. De no existir este filtro atmosférico, no se habría desarrollado la vida como la conocemos hoy en día, pues la luz ultravioleta tiene un nivel de energía suficiente para penetrar la pared celular y producir daños letales a la mayoría de los organismos terrestres y acuáticos.

1.9.2. PROCESO DE DESTRUCCION DE LA CAPA DE OZONO

La capa de ozono ubicada en la estratosfera protege a la superficie terrestre bloqueando la radiación ultravioleta emitida por el sol. El Ozono es una molécula formada por tres ( 3 ) átomos de oxígeno. Cuando los gases de los refrigerantes, en especial los CFC que contienen cloro es su estructura molecular, atacan al ozono retirando un átomo de oxigeno formando monóxido de cloro ClO. El monóxido de cloro se combina con otro átomo de oxigeno para formar una molécula de oxigeno O₂ liberando al átomo de cloro que ahora esta libre para romper otras moléculas de ozono.

La molécula de oxigeno recién formada no bloque la radiación ultravioleta permitiendo su penetración y, por tanto, afectando la superficie terrestre. Hacia 1980 la comunidad científica mundial demostró el daño que ciertos productos químicos denominados halocarbonos, compuestos que contienen cloro, flúor, bromo, carbono e hidrógeno le hacen a la capa de ozono, debido a su alta persistencia en la atmósfera y a la comprobada acción del cloro libre sobre las moléculas de ozono. Se estima que cada átomo de cloro puede destruir unas 100.000 moléculas de ozono antes de desaparecer de la estratosfera

1.10. CONSECUENCIAS DE LA DESTRUCCIÓN DE LA CAPA DE OZONO

La exposición moderada a la radiación UV-B no presenta peligro; de hecho, en los seres humanos constituye una parte esencial del proceso de formación de la vitamina D en la piel. Sin embargo, el aumento de los niveles de exposición puede producir efectos perjudiciales para la salud humana, los animales, las plantas, los microorganismos, los materiales y la calidad del aire.

1.10.1. EN LA SALUD HUMANA

En los seres humanos, la exposición prolongada a la radiación UV-B conlleva el peligro de daños oculares, entre los que figuran reacciones graves tales como ‘ceguera de la nieve’, deformación del cristalino, presbicia y cataratas. La radiación UV-B puede afectar el sistema inmunológico con daño del ADN, disminuyendo las defensas naturales lo cual conduce a un aumento en la frecuencia y en el número de casos de enfermedades infecciosas. El aumento de la radiación UV-B probablemente acelera la tasa de foto envejecimiento, aumenta la incidencia del cáncer de piel, tanto del tipo no melanoma (el menos peligroso) como melanoma maligno cutáneo.

1.10.2. EN ANIMALES Y PLANTAS

El agotamiento de la capa de ozono produce efectos adversos serios sobre la agricultura, reduciendo directamente el crecimiento de las plantas y sobre los bosques, disminuyendo su productividad. La radiación ultravioleta produce cambios en la composición química de varias especies de plantas, disminuyendo la cantidad y calidad de las cosechas. El aumento de la radiación UV-B también tiene efectos similares para los animales: en el ganado, los caballos, los gatos, las ovejas, las cabras y los perros se ha reportado la presencia de carcinoma de células escamosas asociadas a la exposición solar ambiental. También produce daño a los organismos acuáticos, en particular a los más pequeños: plancton, plantas acuáticas, larvas de peces, camarones y cangrejos.

1.10.3. EN LOS MATERIALES

Los materiales empleados en la construcción, pinturas, gomas, madera, plásticos y envases son degradados por la radiación UV-B. El daño ocasionado varía desde la pérdida de color hasta la pérdida de calidad y fuerza mecánica. El aumento de la radiación UV-B puede limitar la duración de los materiales y obligar a utilizar procesos de producción más costosos, generando pérdidas de miles de millones de pesos anuales.

1.10.4. EN LOS ECOSISTEMAS

En estudios realizados se sigue demostrando que las radiaciones solares en exceso tienen efectos adversos en el crecimiento, la fotosíntesis y la reproducción del fitoplancton, alterando la cadena alimenticia en los ecosistemas marinos y consecuentemente, reduciendo la producción pesquera mundial. Se han confirmado los efectos del aumento de la radiación UV-B en las emisiones de dióxido de carbono y de monóxido de carbono así como en los nutrientes minerales que circulan en la biosfera terrestre_{_[1]}. La disminución del ozono estratosférico y el consiguiente aumento de radiación UV-B tienen importantes efectos en la troposfera, la región más baja de la atmósfera: en las zonas que ya son objeto de contaminación como la producida por los gases de escape de los vehículos, tienden a aumentar las concentraciones de ozono que, a este nivel es un contaminante, causando irritación en los ojos y en los pulmones

1.11. CALENTAMIENTO GLOBAL

La temperatura de la Tierra se mantiene gracias a un equilibrio, entre el calor de la radiación solar que fluye desde el espacio y el enfriamiento de la radiación infrarroja emitida por la superficie caliente de la Tierra, que se escapa volviendo al espacio. El “efecto invernadero” , es un proceso natural que consiste en la retención de una parte de la radiación solar que la Tierra recibe durante el día por acción de ciertos gases presentes en la atmósfera. Este fenómeno ha dado lugar a unas condiciones climáticas propicias para el desarrollo de vida en el planeta. Sin embargo, como resultado de las actividades humanas se ha alterado la concentración de dichos gases ocasionando que la atmósfera retenga más calor de lo debido siendo esto la causa de lo que hoy se conoce como el calentamiento o cambio climático global.

Todos los gases que contribuyen al calentamiento global son considerados “gases efecto invernadero”. Algunos se producen de forma natural como el vapor de agua, dióxido de carbono, metano, óxido nitroso y el ozono. Sin embargo, ciertas actividades humanas aumentan los niveles de la mayoría de estos gases: el dióxido de carbono se libera a la atmósfera cuando se queman residuos sólidos, combustibles fósiles (aceite, gas natural y carbón), madera y sus derivados; el metano es emitido durante la producción y el transporte de carbón, gas natural y aceite y resulta también de la descomposición de desechos orgánicos en vertederos municipales de residuos sólidos y de la crianza de ganado; el óxido nitroso se libera durante las actividades agrícolas e industriales, así como durante la combustión de residuos sólidos y combustibles fósiles.

Entre los gases efecto invernadero potentes que no se producen de forma natural están los hidrofluorocarbonos (HFC) , perfluorocarbonos (PFC) y el hexafluoruro de azufre (SF₆), los cuales son generados en una variedad de procesos industriales.

1.11.1. CONSECUENCIAS DEL CALENTAMIENTO GLOBAL

1.11.1.1. ALTERACION EN CLIMA Y CICLO HIDRICO

Se espera una afectación de los ciclos hídricos, las lluvias y a la disponibilidad del agua, así como cambios abruptos de temperatura y presión en la atmósfera con lo cual los tornados, huracanes y tormentas tropicales sucederían con mayor frecuencia y con una violencia inusitada hasta entonces; la corriente del Niño es uno de los ejemplos más claros de los problemas que trae el calentamiento global: desequilibra el estado climático del planeta haciendo que en algunos lugares llueva demasiado hasta inundarlos y en otros la sequía se extienda por largos períodos.

1.11.1.2. EFECTOS EN LOS ECOSISTEMAS

Se espera que el aumento en las temperaturas globales trastorne los diferentes ecosistemas y produzca la pérdida de diversidad de especies, a medida que mueran las especies que no puedan adaptarse. Algunos ecosistemas, como los bosques tropicales y manglares, probablemente desaparezcan debido a los nuevos climas locales más cálidos o la elevación del nivel del mar en la costa. Una atmósfera más calurosa acelerará el derretimiento de los glaciares y casquetes polares: la cantidad de agua resultante elevaría el nivel del mar y, con unos pocos centímetros de más, podría inundar las tierras fértiles de las cuales dependen cientos de miles de personas para obtener alimentos. Por el avance del nivel del mar también se pueden contaminar las fuentes de agua dulce, alcanzar pérdidas importantes de zonas costeras e inundación de llanuras con la consiguiente pérdida de cultivos.

1.11.1.3. EFECTOS EN LA SALUD HUMANA

Un aumento en la temperatura de la superficie de la Tierra traerá como consecuencia un aumento en las enfermedades respiratorias y cardiovasculares, las enfermedades infecciosas causadas por mosquitos y plagas tropicales, y en la postración y deshidratación debida al calor. Los sistemas cardiovascular y respiratorio se afectan debido a que, bajo condiciones de calor, la persona debe ejercer un esfuerzo mayor para realizar cualquier actividad, poniendo mayor presión sobre dichos sistemas. Por otra parte, como las zonas tropicales se extenderán hacia latitudes más altas, los mosquitos y otras plagas responsables del dengue, la malaria, el cólera y la fiebre amarilla en los trópicos afectarán a una porción mayor de la población del mundo, aumentando el número de muertes a causa de estas enfermedades.

1.12. UNIDADES DE MEDIDA AMBIENTAL

La previsión de cambios en la dinámica ambiental del planeta, en los próximos años, se basa íntegramente en modelos de simulación. Comprensiblemente la gran mayoría de los modelos se han concentrado sobre los efectos de la contaminación de la atmósfera por gases invernadero y agentes agotadores de la capa de ozono. Una preocupación presente es determinar cuánto daño causan estas emisiones, gases o sustancias, para lo cual se determinaron las siguientes unidades:

1.12.1. PAO ( Potencial de Agotamiento de la capa de Ozono - en inglés Ozone Depletion Potential – ODP ).

Es la habilidad que tienen las sustancias para agotar la capa de ozono. A cada sustancia se le asigna un PAO respecto a una sustancia de referencia: el CFC-11 cuyo PAO por definición tiene el valor de 1; inclusive valore de 0.05 se consideran altos para esté índice. Lo ideal es que todos los refrigerantes tengan este índice en 0.

1.12.2. PCG (Potencial de Calentamiento Global - en inglés Global Warming Potential – GWP)

Es la habilidad de un gas de absorber radiación infrarroja. Esta unidad se estima teniendo como referencia el calentamiento atmosférico que genera el Dióxido de Carbono (CO2). La GWP mide la capacidad de una sustancia para producir efecto de invernadero o calentamiento global. Todos los refrigerantes contribuyen a este efecto. A partir del protocolo de Kyoto, existen unos compromisos por parte de la unión europea para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. El reglamento CE Nº 2037/200 regula el empleo d estos gases refrigerantes. Desde el 1 de octubre del 200 esta prohibida la utilización de CFC, en el caso de los HCHC ya hay limites para su empleo y los HFC no tienen restricción de empleo por el momento debido a su nulo efecto sobre la capa de ozono.

Por ejemplo un refrigerante que tenga un QWP de 1000 indica que una unidad de este refrigerante que se libera al ambiente posee 1000 veces el efecto de la misma unidad en gas CO2

1.12.3. VIDA MEDIA

Es el tiempo necesario para que la concentración original de esa sustancia en la atmósfera disminuya a la mitad por acción de las transformaciones químicas o por remoción.

Cuadro. Vida media PAO y PGC para algunos refrigerantes.

Nombre genérico	Vida media (años)	PAO	PCG
INORGANICOS
Agua	-	0	0
Amoníaco	<1	0	0
Dióxido de carbono	120	0	1
ORGANICOS
HIDROCARBUROS
Etano	<1	0	3
Propano	<1	0	3
Isobutano	<1	0	3
CLOROFLUOROCARBONADOS
CFC-11	45	1	4000
CFC-12	100	1	8500
CFC-113	85	0.8	5000
CFC-114	300	1	9300
CFC-115	1700	0.6	9300
HIDROCLOROFLUOROCARBONADOS
HCFC-21	2	0.04	210
HCFC-22	11.8	0.055	1700
HCFC-123	1.4	0.02	93
HCFC-141b	9.2	0.11	630
HIDROFLUOROCARBONADOS
HFC-23	260	0	12000
HFC-134a	13.8	0	1300
HFC-236fa	220	0	9400

1.13. SUSTANCIAS AGOTADORAS DE OZONO (SAO)

Las sustancias que agotan la capa de ozono (SAO) son sustancias químicas que tienen el potencial de reaccionar con las moléculas de ozono de la atmósfera. La actividad del hombre produce gases halógenos que contienen átomos de cloro y bromo; estos gases, una vez liberados en la atmósfera, tienen el poder de destruir las moléculas de ozono en una reacción fotoquímica en cadena. Una vez destruye una molécula de ozono, el cloro o bromo de la SAO está disponible para destruir otra más. La duración de la vida destructiva de una SAO puede extenderse entre los 100 y 400 años, dependiendo de su tipo. Por consiguiente, una molécula de SAO puede destruir cientos de miles de moléculas de ozono.

Las sustancias destructoras del ozono más comunes pertenecen a la familia de los clorofluorocarbonos, o CFC, que empezaron a producirse en Bélgica en 1892. Las SAO se emplean como refrigerantes en los circuitos de enfriamiento, en la fabricación de espumas; como solventes de limpieza, en la industria de la electrónica; como propulsores, en los productos en aerosol; como esterilizantes, como agentes para combatir el fuego; como fumigantes, para controlar pestes y enfermedades y como materias primas.

Las SAO son básicamente hidrocarburos clorinados, fluorinados o brominados e incluyen:

- Clorofluorocarbonos (CFC).

- Hidroclorofluorocarbonos(HCFC).

- Halones.

- Hidrobromofluorocarbonos (HBFC)

- Bromoclorometano

- Metilcloroformo

- Tetracloruro de carbono

- Bromuro de metilo

En la tabla siguiente se cita las sustancias actualmente identificadas como SAO y sus usos mas frecuentes.

SAO	USOS	NOMBRE	PAO	PCG
CLOROFLUOROCARBONADOS	REFRIGERANTES AGENTES ESPUMANTES	R – 11 R - 12	1 1	4000 8500
HALONES	EXTINGUIDORES	HALON - 1301	10	5600
TETRACLORURO DE CARBONO	SOLVENTE	TCC	1.1	1400
METILCLOROFORMO	SOLVENTE	TCA	0.1	110
BROMOCLOROMETANO	SOLVENTE		0.12
BROMURO DE METILO	PLAGUICIDA	Br - Me	0.6

La liberación de las SAO puede suceder de las siguientes maneras:

· Por despresurización y purga durante el mantenimiento de sistemas de refrigeración y aire acondicionado.

· Uso de solventes como agentes de limpieza.

· Aplicación de Bromuro de Metilo al suelo en los casos de cuarentena y pre-embarque.

· Destrucción inadecuada de productos que contienen SAO como refrigeradores, espumas, etc.

· Circuitos de refrigeración que presentan fugas.

· Liberación de aerosoles que usan CFC como propelentes.

Ver videos:

APLICATIVO REGLA DE REFRIGERANTES PARA SISTEMAS MOVILES

REFRIGERANTES E INDICADORES AMBIENTALES ( PAO Y GWP ) QUE IDENTIFICAN SU IMPACTO EN EL AMBIENTE

1.14. EL FUTURO DE LOS REFRIGERANTES A CORTO PLAZO

En los últimos tiempos, se ha visto un desarrollo muy apreciable de nuevos refrigerantes, todos tienen en común tener un PAO = 0 y un PCG muy bajo ( ideales menores de 100 ). Para ello analicemos el ambiente actual y futuro de los equipos:

En la parte de la refrigeración doméstica, debido a sus pocas cantidades de masa el R-600ª estará por un buen tiempo dominando este mercado

En lo referido a climatización automotriz, aun hay un buen porcentaje que usa el refrigerante R-134 a, pero ya se ven posibles reemplazos como en el caso del R-1234yf y la mezcla R-513A

En relación con la climatización estacionaria domestico y comercial hay el predominio del R-410 A, pero debido a su alto potencial de calentamiento global, comienza a ser reemplazado por el R – 32, a pesar que sea ligeramente inflamable; hay otras opciones como el caso del R-290, limitado por su flamabilidad y se comienza a probar el uso del R-513ª.

En la parte de refrigeración comercial aun dominada por el R-134 a, pero ya se ven reemplazos interesantes como el caso del mismo R- 600ª, el R – 290, el mismo R-1234yf, el R-513 A y el R- 744 o CO2

En la parte de la refrigeración comercial de media a alta potencia hay existe el dominio del R-22, y del R – 507. Para el caso del reemplazo del R- 22 esta disponible la mezcla de R – 407 C y el mismo R – 290 pero ajustado al límite de masa de las normas. Se asoma en el horizonte el R-513ª y sistemas con R-744

1.15. FACTORES A TENER EN CUENTA PARA LA SELECCIÓN DE REFRIGERANTES PARA EQUIPOS RVC

Son varios los factores que hay que tener en cuenta para la selección de un refrigerante que va a operar en un equipo de refrigeración o de climatización que tengamos en diseño y/o construcción:

Ver video:

FACTORES A TENER EN CUENTA PARA LA SELECCIÓN DE REFRIGERANTES PARA EQUIPOS RC

1.16. ANALISIS DEL R-32 Y R- 290 COMO REEMPLAZO DEL R-410ª EN EQUIPOS DE AIRE ACONDICIONADO

En los actuales momentos ya los equipos con R-32 están reemplazando a los de R-410ª, y también hay equipos de aire acondicionado con R-290. A continuación, hacemos unas comparaciones de los mismos:

Podemos observar que los tres refrigerantes no degradan la capa de ozono ( PAO 0 )pero el R-410A posee un enorme efecto de calentamiento global ( PCP 2088 ). El R32 posee un mediano efecto de calentamiento global ( PCP 675 ). Aquí el ganador es el R-290 por sus excelentes valores de PAO y PCP.

Desde el punto de vista de la seguridad, los tres son refrigerantes No Tóxicos, pero el R-32 es liegamente inflamable y el R-290 altamente inflamable, por eso se deben tener medidas extras de seguridad en su manipulación.

El R-410A y el R-32 pueden trabajar o son compatibles con los aceites de tipo sintético POE, mientras que el R-290 es compatible con aceite sintético mineral o alkilbencenico.

Al ser refrigerantes puros el R-32 y R-290, se pueden cargar al equipo ya sea en estado líquido o vapor.

El R-32 posee presiones de operación similares al de R-410A, mientras que el R-290, en estas condiciones posee menores presiones de descarga y succión.

Analicemos ahora un ciclo de refrigeración usando los tres refrigerantes para observar sus parámetros de operación y eficiencias.

En conclusión:

En conclusión, el R-32 posee ventajas comparado con el R-410A, pero el R-290 osee mejores parámetros de operación y eficiencia.

Ver video:

ANALISIS DE LOS REFRIGERANTES R-32 Y R-290 COMO REEMPLAZOS DEL R-410A EN EQUIPOS DE CLIMATIZACION

https://youtu.be/cgXZ6ITCeNM

1.17. ANALISIS DEL R-600a Y R- 134a COMO REEMPLAZO DEL R-12 EN EQUIPOS DE REFRIGERACION

En los actuales momentos ya los equipos con R-600a están reemplazando a los de R-12 que habían sido reemplazados por el refrigerante R-134a. A continuación, hacemos unas comparaciones de estos:

Podemos observar que el R-12 fue reemplazado porque es un refrigerante que degrada la capa de ozono ( PAO 1 ) y posee un enorme efecto de calentamiento global ( PCP 10900 ). El R134a, a pesar que no degrada la capa de ozono, posee un alto efecto de calentamiento global ( PCP 1430 ). Aquí el ganador es el R-600ª por sus excelentes valores de PAO y PCP.

Desde el punto de vista de la seguridad, los tres son refrigerantes No Tóxicos, pero el R-600ª es inflamable, por eso se deben tener medidas extras de seguridad en su manipulación.

El R-12 y el R-600a pueden trabajar o son compatibles con los aceites de tipo mineral y alkilbencénicos, mientras que el R-134a es compatible con aceite sintético POE.

Al ser refrigerantes puros, se pueden cargar al equipo ya sea en estado líquido o vapor.

El R-134a posee presiones de operación similares al de R-12, mientras que el R-600a, en estas condiciones posee menores presiones de descarga y trabaja con presiones de succión menores a la presión atmosférica.

Analicemos ahora un ciclo de refrigeración usando los tres refrigerantes para observar sus parámetros de operación y eficiencias.

Veamos los resultados a continuación:

Podemos concluir las ventajas de usar el R-600ª como refrigerante entre las cuales sobresalen, menor cantidad de refrigerante en el sistema y un incremento ligero de la eficiencia del sistema.

Ver video:

ANALISIS DE LOS REFRIGERANTES R 600a Y R 134a COMO REEMPLAZOS DEL R 12

https://youtu.be/qs91_NBy-Ls

2. LUBRICANTES EN REFRIGERACION

Entre las funciones principales de los lubricantes están:

· Protección de las superficies de las piezas metálicas contra corrosión.

· Prevenir el recalentamiento de las mismas.

· Prevenir contra el desgaste de los materiales.

· Mejorar la estanqueidad o sellamiento de válvulas, pistones y otras piezas.

· Reducir el ruido generado por partes móviles dentro del compresor.

Para la lubricación de los compresores de refrigeración se utilizan aceites especiales. La marca de aceite proporcionado originalmente se especifica a menudo sobre una placa de datos del sistema, este debe ser apropiado para las condiciones de funcionamiento pertinentes. Si hay que añadir aceite, debe usarse la misma marca. Evítese mezclar diferentes marcas de aceite. Los aceites para motores no pueden utilizarse en un sistema con compresores a base de CFC 12 o HCFC 22 ni se puede utilizar aceite usado incluso, cuando es regenerado.

El aceite usado absorbe la humedad del aire y también provoca corrosión en el compresor, especialmente en los compresores de amoníaco. El aceite debe almacenarse en un lugar libre de humedad, en recipientes cerrados herméticamente, usándose únicamente envases secos para el llenado. Es aconsejable colocar un cartucho secador en la ventilación del aire del recipiente de almacenamiento para impedir la entrada de humedad.

Dentro de los sistemas herméticos, el lubricante está en contacto íntimo con el bobinado de los motores eléctricos, el aceite debe por lo tanto tener gran compatibilidad con los materiales y gran estabilidad térmica. Aunque la mayor parte del lubricante permanece en la bomba del compresor, una pequeña cantidad circulará en el resto del circuito de refrigeración. El lubricante debe poder soportar tanto las altas temperaturas en la descarga del compresor como las bajas temperaturas en el dispositivo de expansión.

Las propiedades y diseño del sistema deben asegurar el transporte indispensable para garantizar un mantenimiento mínimo del sistema y retorno del lubricante al compresor, evitando de esa manera la condición extrema de agotamiento del aceite del equipo. Las propiedades combinadas de viscosidad, características de humedecimiento de las superficies y solubilidad de refrigerante (para mantener la fluidez del aceite a baja temperatura) no solamente contribuyen a la circulación del lubricante, sino que afectan también a las características de la película sobre las superficies de transferencia de calor y, posteriormente, a la eficiencia energética. Un buen aceite lubricante tiene las siguientes características para ser usados en refrigeración o climatización:

· Bajo contenido parafínico. La separación de la parafina de la mezcla del aceite lubricante puede tapar lo orificios de control.

· Buena estabilidad térmica. No deben formarse depósitos duros de carbón en los puntos calientes del compresor (ej., las válvulas o puntos de descarga).

· Buena estabilidad química. No debe tener ninguna reacción química con el refrigerante ni los materiales que habitualmente se usan en los sistemas, o ser muy escasa la posibilidad.

· Bajo punto de fluidez. Capacidad del aceite de mantenerse fluido a la más baja temperatura del sistema.

· Mantener buena fluidez y viscosidad a bajas temperaturas. Capacidad de mantener buenas propiedades de lubricación a temperaturas bajas y buena fluidez para proporcionar una buena película lubrificante todo el tiempo.

· Mantener su viscosidad a altas temperaturas. Capacidad de mantener buenas propiedades de lubricación y viscosidad a temperaturas elevadas y buena fluidez para proporcionar una buena película lubrificante todo el tiempo.

· Bajo costo de adquisición.

· No reactivo con metales y polímeros.

· Bajo punto de congelación.

· No dejar depósitos de carbón en presencia de superficies calientes.

· No dejar ceras a bajas temperaturas.

· Poca acidez.

· Baja o nula flamabilidad.

· No reaccionar en presencia del oxigeno.

· Color claro.

· Alta fuerza dieléctrica, para asegurar excelentes propiedades de aislamiento.

· Libre de contaminantes.

· No formar espumas.

· Libre de materiales en suspensión.

A fin de mejorar la eficacia del aceite muchos fabricantes añaden sustancias químicas que están destinadas a inhibir la formación de lodo o espuma. El aceite sucio de un sistema puede ser ácido y provocar quemaduras en las manos, se debe cambiar siempre los filtros cuando esto haya sucedido para mantener limpio el nuevo aceite.

Además de lubricar las partes móviles del compresor, el aceite realiza las siguientes funciones: reduce el rozamiento, el desgaste y las pérdidas de energía; forma un sello entre el rotor y las paredes internas de la cámara de compresión para retener el vapor de refrigerante mientras está siendo comprimido; permite alcanzar la vida útil prevista para cada punto de fricción; amortigua el ruido generado por las partes móviles dentro del compresor; protege contra la corrosión y reduce los gastos de mantenimiento.

2.2. PROPIEDADES DE LOS LUBRICANTES

2.2.1. VISCOCIDAD

Es la resistencia de un líquido a fluir. La viscosidad es una propiedad que depende de la y temperatura de la sustancia. A mayor temperatura experimentada por el lubricante, menor viscosidad y viceversa. Entre la sus unidades de media de viscosidad se tiene: Poise para la viscosidad absoluta, centistoke para la viscosidad cinemática y la viscosidad Saybolt.

2.2.2. INDICE DE VISCOCIDAD

Se define como la medida de la variación de la viscosidad de un aceite en función de la temperatura a la que está el líquido en prueba.

2.2.3. PUNTO DE FLUIDEZ

Es la temperatura más baja a la cual fluye un aceite. por lo general, esta temperatura esta 3 grados Celsius por encima de la temperatura de congelación del aceite.

2.2.4. PUNTO DE FLOCULACION

Se define como la temperatura a la que el aceite comienza a producir depósitos de cera.

2.2.5. PUNTO DE INFLAMACION

Es la temperatura más baja en la que el vapor de aceite existente se inflama al ser expuesto a una flama, pero se apaga al retirar la misma.

2.2.6. PUNTO DE IGNICION

Es la temperatura a la que el aceite arde y continua quemándose a pesar de haber retirado la flama.

2.2.7. RIGIDEZ DIELECTRICA

Es la medida de la resistencias que oponen los aceites al paso de la corriente eléctrica. Su valor son los kilovoltios necesarios para que salte una chispa a una distancia de 0.1 pulgada de ancho, entre dos polos sumergidos en aceite.

Para los aceites de refrigeración, este valor debe ser mayor de 25.000 voltios o 25 Kv.

2.3. TIPOS DE LUBRICANTES

2.3.1. DE ORIGEN ANIMAL O VEGETAL

En las aplicaciones de Refrigeración no se emplean aceites de origen animal o vegetal porque después de su procesamiento ellos pueden cambiar su composición fácilmente, es decir, son muy poco estables. Además ellos tienen una tendencia natural a formar ácidos y coágulos, lo cual es inaceptable en un sistema de refrigeración.

2.3.2. MINERALES ( MO )

Los aceites minerales son mezclas de hidrocarburos obtenidos por el proceso de destilación del petróleo crudo. En refrigeración, los aceites minerales utilizados se obtienen de la combinación de las siguientes bases:

· Parafínicos: Es el resultado directo del procesamiento de crudo. Puede usarse como lubricante de motores eléctricos, pero no se utiliza mucho en la industria de refrigeración por su alto contenido de cera y problemas de solubilidad.

· Nafténicos: También es el resultado del proceso de crudo. Se usa ampliamente en refrigeración por su bajo contenido de cera, bajo punto de ebullición y baja viscosidad. Por otro lado estos también:

· Conservan mejor su viscosidad que los aromáticos.

· Hay menos depósitos de cera a bajas temperaturas.

· Poseen excelente capacidad dieléctrica.

· Aromáticos: La mayoría de aceites sintéticos son derivados de aceites aromáticos. Estos aceites son los más interesantes en la industria.

Los aceites minerales se mezclan fácilmente con los refrigerantes CFC HCFC. Son menos poco higroscópicos que los aceite sintéticos. No son miscibles con los refrigerantes tipo HFC y sus mezclas. Por ser poco estables ante las variaciones de temperatura, presentan un bajo índice de viscosidad.

Cuadro . Algunos aceites minerales

2.3.3. SINTETICOS

De acuerdo al avance en alternativas de refrigerantes, se han venido desarrollando aceites específicos a las características de los mismos ya que los actuales pueden significar daños en el sistema dadas sus incompatibilidades con el nuevo refrigerante. A diferencia de los aceites minerales, que son una mezcla compleja de hidrocarburos tales como se presentan en la naturaleza, los fluidos bases sintéticos se preparan “a medida” para que tengan una estructura molecular controlada, con propiedades predecibles. Se pueden clasificar de la siguiente forma:

· PAO: También conocidos como hidrocarburos de síntesis, poseen buena fluidez a bajas temperaturas, poseen mayor índice de viscosidad que los MO y mejor resistencia a la oxidación. Son compatibles con los nuevos refrigerantes tipo HC como R-600a

· Esteres Orgánicos (poliol ésteres) o POE: Son, en su mayoría miscibles con aceites minerales, son menos higroscópicos que los PAG. De esta seria existen grados ISO 22, 32, 46, 68, 100, 150, 170 y 220. Estos tipos de lubricantes son compatibles con los nuevos refrigerantes HFC. Entre otras ventajas están:

Auto limpiantes.
Mantienen su viscosidad a altas temperaturas.
Son amigables con el medio ambiente.
Buena adherencia a metales.

· Fosfato ésteres

· Polialquilglicoles o PAG: No son miscibles o compatibles con los aceites de tipo mineral. Poseen elevada higroscopicidad y el agua que absorbe hace que pierda su capacidad lubricante. Se emplean, por lo general, en sistemas automotrices que trabajen con R-134ª y sus mezclas. Disponibles con grados ISO 100. Se usan mucho en compresores de sistemas automotrices.

La característica principal de estos aceites es la miscibilidad con los HFC y sus mezclas. Como se obtienen a partir de reacciones químicas específicas, su calidad no depende de la calidad del petróleo crudo. Las ventajas de los aceites sintéticos en el campo técnico de la lubricación son su alta estabilidad térmica y resistencia a la oxidación, la favorable relación viscosidad – temperatura, el alto punto de inflamación y el buen comportamiento en frío. Sin embargo, son mas higroscópicos que los aceites minerales

Cuadro . Algunos aceites sintéticos

OBSERVACION: Los aceites POE se fabrican de la mezcla de un ácido orgánico de éster y un alcohol, y como producto de esta reacción, se obtiene el aceite POE y agua, que posteriormente se elimina; el asunto es que esta reacción es reversible, por lo tanto, si este aceite se expone a la humedad, se realiza la reacción inversa, donde el aceite se descompone en alcohol y el ácido éster.

2.3.4. ALQUILBENCENICOS ( AB )

Son hechos a base de bencenos y otras sustancias químicas. Adecuados para el empleo de mezclas de refrigerantes de tipo HCFC, intermedias por su excelente miscibilidad y estabilidad. Se consideran lubricantes de tipo sintéticos. Químicamente son aceites de origen en hidrocarburos con núcleos de benceno, aplicables a sistemas que trabajan con amoniaco. Disponibles con grados ISO 32, 46, 68 y 100. Entre estos tenemos:

Cuadro . Algunos aceites alquilbencénicos

2.4. MISCIBILIDAD ENTRE ACEITES Y LUBRICANTES

La miscibilidad es la capacidad que tienen dos sustancias de mezclarse, en este caso se trata de los aceites y las diferentes sustancias refrigerantes que utilizan los sistemas de refrigeración y aire acondicionado. El cuadro 4 orienta acerca de la miscibilidad entre los diferentes refrigerantes y los diferentes tipos de aceites para refrigeración ofrecidos en el mercado.

Cuadro . Tabla de compatibilidad entre lubricantes y refrigerantes:

TIPO REFRIGERANTE	ACEITE MINERAL	SEMISINTETICO	ALQUILBENCENICO	POLIOLESTER
R – 12	OK	OK	OK	OK
R – 134ª	NO	NO	NO	OK
DI – 36	OK	OK	OK	OK
R – 401 A	NO	OK	OK	OK
R – 401 B	NO	OK	OK	OK
R – 502	OK	OK	OK	OK
R – 404 A	NO	NO	NO	OK
DI – 44	NO	OK	OK	OK
R – 403 B	OK	OK	OK	OK
R – 402 A	NO	OK	OK	OK
R – 402 B	NO	OK	OK	OK
R - 22	OK	OK	OK	OK
R – 407 C	NO	NO	NO	OK
R – 11	OK	OK	OK	OK
R – 12	OK	OK	OK	OK
R – 123	OK	OK	OK	OK
R – 507	NO	NO	NO	OK
R – 416 A	OK	OK	OK	OK
R – 413 A	OK	OK	OK	OK
R – 409 A	OK	OK	OK	OK
R – 408 A	NO	OK	OK	OK
R – 410 A	NO	NO	NO	OK
R – 406 A	OK	OK	OK	OK
ISCEON 89	OK	OK	OK	OK
ISCEON 59	OK	OK	OK	OK
ISCEON 39	OK	OK	OK	OK
R – 407 A	NO	NO	NO	OK
R – 407 B	NO	NO	NO	OK

Para encontrar la compatibilidad del lubricante con el refrigerante, la podemos encontrar en los programas de fabricantes o en las fichas técnicas o MSDS de los refrigerantes como se observa a continuación:

2.5. VISCOSIDAD EN LOS ACEITES Y CLASIFICACIÓN ISO

La viscosidad se define como la resistencia de una sustancia a fluir y es una propiedad que depende de la presión y la temperatura. En los aceites, si la viscosidad es demasiado baja, la película lubricante no soporta las cargas entre las piezas y desaparece sin cumplir el objetivo de evitar el contacto metal –metal; si la viscosidad es demasiado alta el aceite no es capaz de llegar a todos los lugares donde es requerido, exigiendo mayor fuerza y generando mayor desgaste en el sistema de lubricación, además de no llegar a lubricar rápidamente en el arranque en frío.

Según el método que se utilice, existen varias unidades para expresar la viscosidad de los aceites:

2.5.1. VISCOCIDAD DINAMICA O ABSOLUTA

Se define como la resistencia de un aceite a fluir, matemáticamente se expresa como la relación entre el esfuerzo aplicado para mover una capa de aceite (tensión de corte) y el grado de desplazamiento conseguido. Su unidad de medida es el Poise (Po) en honor de Poiseville, quien en 1844 desarrolló la ecuación de viscosidad de los gases.

2.5.2. VISCOCINDAD CINEMATICA O COMERCIAL

Se define como la resistencia a fluir de un aceite bajo la acción de la gravedad. También se entiende como el tiempo requerido por un volumen dado de aceite para fluir a través de un tubo capilar por acción de la gravedad. Su unidad de medida es el Stoke (St) y submúltiplos como el centiStocke (cSt) equivalente a 1 mm²/s.

La Organización Internacional para la Estandarización (ISO) estableció desde 1975 el sistema ISO para especificar la viscosidad de los aceites industriales, pero solo hasta 1979 fue puesta en práctica por la mayoría de los fabricantes. Sus principales aspectos son:

· Únicamente clasifica los aceites industriales con base en la viscosidad cinemática expresada en centiStokes (cSt) a una temperatura de referencia de 40°C.

· Orienta acerca de la viscosidad del aceite y no informa acerca de su calidad.

· El grado ISO aparece al final del nombre del aceite industrial, cualquiera que sea su marca.

Este sistema reduce las posibilidades de equivocación en la selección del aceite a utilizar o la mezcla de aceites de diferentes viscosidades.

La viscosidad de un aceite viene especificada en la ficha técnica o en su etiqueta, utilizando diferentes unidades de medida, según el país de origen. En el cuadro 5 se especifican los diferentes grados de viscosidad en el sistema ISO y su valor equivalente tanto en cSt (centiStokes) a 40°C como en una unidad de viscosidad que ha entrado en desuso, llamada SSU (Segundos Saybolt Universal) a 100°F.

Cuadro . Clasificación de aceites ISO y su rango de viscosidades.

Veamos el siguiente ejemplo para este lubricante:

Con relación al tipo de lubricante, grado ISO y cantidad que necesita el compresor, hay que remitirse a la información dada por el fabricante:

2.6. MATERIALES AFINES A LOS ACEITES (EMPAQUES, TUBERÍAS, ENTRE OTROS)

En diferentes partes de un sistema de refrigeración se utilizan empaques y orings fabricados con elastómeros permanentemente expuestos tanto al aceite como al refrigerante. La mezcla de refrigerante-aceite puede causar que estos elastómeros se encojan o se hinchen, debilitándolos; no permitiendo que sellen y aún hasta ocasionándoles una modificación de su posición original. Un elastómero es un caucho que puede ser estirado muchas veces, para luego recuperar su forma inicial. Los elastómeros, aunque se comercializan bajo ciertos nombres específicos, tales como VITON - A, BUNA - N, etcétera, pueden variar significativamente de un fabricante a otro; por lo que se deben correr pruebas comparativas en muestras del mismo lote. La prueba consiste en pesar o medir una muestra del elastómero y después sumergirla en una mezcla de aceite-refrigerante por un cierto tiempo, a una cierta temperatura, para luego registrar el porcentaje que cambia en peso o en dimensiones.

Las tuberías utilizadas en sistemas de refrigeración con refrigerantes orgánicos se fabrican principalmente en cobre. La afinidad de los aceites utilizados en refrigeración con este material esta determinada por la calidad del aceite. Un aceite nuevo, bien refinado , sin aditivos ni mezclas de lubricantes, no suele ser agresivo con las tuberías, pero en presencia de ciertos aditivos, de contaminantes que se originan en la degradación del aceite, de humedad y de temperaturas altas se pueden formar ácidos, causando corrosión en las tuberías, lodos y serios problemas mecánicos.

2.7. FACTORES QUE CAUSAN DEGRADACIÓN DE LOS ACEITES Y PRUEBA DE ACIDEZ.

Cuando existen contaminantes en el sistema de refrigeración tales como aire y humedad, en una cantidad apreciable, se desarrollan todo tipo de reacciones químicas, entonces el aceite lubricante pueden entrar en descomposición, perdiendo sus propiedades lubricantes y formando ácidos corrosivos y sedimentos en las superficies de cobre y/o corrosión ligera en superficies metálicas. Las temperaturas altas en la descarga del compresor, por lo general aceleran estos procesos. Los siguientes son los principales factores que degradan los aceites utilizados en refrigeración:

2.7.1. CALOR EXCESIVO.

Todos los aceites para refrigeración pueden ser descompuestos por el calor, cuando esto sucede, queda un residuo de carbón. Un buen aceite para refrigeración, no debe carbonizarse al entrar en contacto con superficies calientes en el sistema, durante su funcionamiento normal. Así mismo, dentro de un sistema de refrigeración, las reacciones entre el aceite y el refrigerante a altas temperaturas, pueden causar problemas tales como: formación de lodos, ácidos, gomas, lacas, barnices y cobrizado. Estos depósitos afectan las válvulas de descarga, aceleran el desgaste, tapan los conductos del aceite y en los compresores herméticos, interfieren con la operación del motor.

2.7.2. HUMEDAD.

El agua es uno de los contaminantes que más incide en la reducción de la vida de los lubricantes, y por lo tanto, de los elementos lubricados. La presencia de agua en el aceite es crítica en cualquiera de sus formas: libre, diluida o emulsionada, ya que afecta el espesor de la película lubricante, disminuyéndola. Esto causa que las superficies de los elementos mecánicos que se encuentran en movimiento relativo pierdan la protección y refrigeración que ofrecen los lubricantes. Además de dificultar y/o impedir la lubricación, acelera el proceso de degradación del aceite, mediante la oxidación del mismo.

Un aceite debe ser tan seco, como sea posible, es decir, la cantidad de humedad que contiene un aceite, expresada en partes por millón (ppm), no debe afectar al sistema de refrigeración. Cuando un aceite para refrigeración sale de la fábrica, normalmente, tiene como máximo 30 ppm de agua. Esta cantidad puede incrementarse durante el envasado, traslado y almacenamiento, por lo que se deben tomar todo tipo de precauciones para no dejar el aceite expuesto al medio ambiente ya que los aceites son higroscópicos, esto significa, que tienen la habilidad de absorber la humedad del aire. Un almacenamiento deficiente permitirá que el agua penetre por las tapas de los envases de aceite, o incluso por condensación dentro del propio envase, cuando este está medio vacío y sufre variaciones de temperatura.

La humedad dentro de los sistemas de refrigeración tienden a tener los siguientes efectos:

· Formación de hielos, que restringen el flujo del refrigerante.

· Formación de óxidos y corrosión en las partes metálicas.

· Formación de barros en el lubricante.

· Formación de ácidos en el aceite.

OBS: los aceites sintéticos a base de poliolester ( POE ), son mas higroscópicos que los minerales o alquilbencénicos ( aproximadamente 10 veces mas ). Si el lubricante POE se expone a la humedad, se producen alcoholes y ácidos. Por esta razón, se envasan en recipientes metálicos, latas. Si se envasa en materiales plásticos, la humedad con el tiempo atraviesa el mismo, afectando la calidad del lubricante POE.

2.7.3. OXIDACION ACELERADA.

La estabilidad a la oxidación es la capacidad de un aceite para refrigeración a permanecer estable en presencia de oxígeno. La combinación de aire, humedad y aceite, con las altas temperaturas del compresor, producirá ácidos y lodos. Si el aceite tiene un número alto de oxidación acelerada, es casi seguro que formará lentamente estos contaminantes y perderá progresivamente sus propiedades lubricantes. La oxidación es un fenómeno que reduce la vida el aceite porque provoca aumento de la viscosidad, pudiendo llegar a ser doble incluso triple que le del aceite nuevo; oscurecimiento del aceite, pasando del tono traslucido original a ser totalmente opaco; formación de depósitos carbonosos, aunque esto ocurre en fases avanzadas de la oxidación; aumento de la acidez del aceite, debido a los productos ácidos que se forman. Dada la naturaleza química de los productos de la oxidación, la mayor parte de estos no pueden ser eliminados mediante el filtrado simple del aceite. Sólo con métodos avanzados pueden eliminarse estas sustancias: los ácidos y otras sustancias polares insolubles (como el barniz) pueden eliminarse mediante separadores electrostáticos, resinas de intercambio de iones y alúmina activada; los absorbentes de alta densidad, tales como la celulosa comprimida, son efectivos para eliminar lodos y otras sustancias insolubles. Al ser algunas de estas sustancias catalizadores, su eliminación contribuye a prologar la vida del aceite.

2.7.4. PRUEBA DE ACIDEZ.

La prueba de acidez es un procedimiento que se puede realizar tanto en la instalación como en el taller de servicio para determinar si el contenido de ácido del aceite se encuentra dentro de los límites de operación segura para un sistema de refrigeración en particular. La prueba se basa en la reacción química de soluciones con una muestra de aceite tomada del sistema de refrigeración.

En el mercado existen diferentes presentaciones de esta prueba, con rangos y aplicaciones específicas que responden a las recomendaciones de su respectivo fabricante. En general, si se sospecha de la presencia de acidez y, antes que ocurra un daño extensivo y/o una quema de motor, se debe probar el sistema de refrigeración para determinar si el contenido de ácido del aceite está dentro de los límites aceptables que propone el fabricante del equipo.

Cuadro . Nivel de acidez según el tipo de aceite.

2.8. PROCESO DE SELECCIÓN DE UN ACEITE LUBRICANTE

Siempre que se vaya a seleccionar un aceite lubricante para refrigeración, tenga presente que se debe emplear un aceite de especificación ISO. Tenga en cuenta los siguientes pasos:

· Consultar en el catálogo del equipo, las recomendaciones del aceite a utilizar.

· Selección del grado ISO del aceite requerido a la temperatura de operación del equipo.

El fabricante del equipo especifica en sus catálogos de mantenimiento, especifica las características técnicas del lubricante a emplear, entre esas especificaciones se tienen:

· Especificar la marca y nombre del aceite y sus equivalencias en otras marcas.

· Dar el grado ISO del aceite y las demás propiedades físico-químicas del mismo, como índice de viscosidad, punto de inflamación, punto de fluidez, etc.

· Dar la viscosidad del aceite en otro sistema de clasificación tales como SAE o AGMA.

· Dar la viscosidad y otras propiedades del aceite en el sistema internacional o ingles.

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LUBRICANTES EN REFRIGERACION

FIN

PARAMETRO	VALOR
GRADO DE PUREZA	SUPERIOR AL 99.5%
CONTENIDO DE AGUA	MAXIMO 10 PPM
CONTENIDO DE OTROS HC	MAXIMO 5000 PPM
IMPUREZAS CLORADAS Y FLUORADAS	0 PPM

REFRIGERANTE	PUNTO DE EBULLICION A PRESION ATMOSFERICA	APLICACION
ISOBUTANO ( R-600 a )	- 12 ºC	NUEVO EQUIPO DOMESTICO
MEZCLA 50/50 DE PROPANO E ISOBUTANO	- 31.5 ºC	REEMPLAZO DEL R-12 EN EQUIPOS USADOS Y NUEVOS
PROPANO ( R-290 )	- 42 ºC	EQUIPOS NUEVOS DE ALTA, MEDIA Y BAJA TEMPERATURA

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martes, 29 de agosto de 2023

MODULO REFRIGERANTES Y LUBRICANTES

REFRIGERANTES Y LUBRICANTES EN REFRIGERACION ING ANTONIO FAVIO OSPINO MARTINEZ FOXMANCOL@HOTMAIL.COM CANAL YOUTUBE: ANTONIO OSPINO

TABLA DE CONTENIDO

NOMBRE FORMULA PAO GWP R – 1234 yf CF3 CF = CH2 0 1 R – 1234 ze CF3 CF = CHF 0 1 R – 1233 zd 0 1

1.5.1. MEZCLAS AZEOTROPICAS

1.10.1. EN LA SALUD HUMANA

1.11.1.1. ALTERACION EN CLIMA Y CICLO HIDRICO

1.11.1.2. EFECTOS EN LOS ECOSISTEMAS

1.11.1.3. EFECTOS EN LA SALUD HUMANA

2. LUBRICANTES EN REFRIGERACION

2.3.4. ALQUILBENCENICOS ( AB )

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REFRIGERANTES Y LUBRICANTES EN REFRIGERACION

ING ANTONIO FAVIO OSPINO MARTINEZ

FOXMANCOL@HOTMAIL.COM

CANAL YOUTUBE: ANTONIO OSPINO

NOMBRE

FORMULA

PAO

GWP

R – 1234 yf

CF₃CF = CH₂

0

1

R – 1234 ze

CF₃CF = CHF

0

1

R – 1233 zd

0

1