PROPIEDADES DE LOS REFRIGERANTES

LOS CFCs

Los CFC son gases refrigerantes cuyas moléculas contienen átomos de cloro, flúor y carbono. Entre los CFC más utilizados podemos citar al R11, R12, R502, R500, R13B1, R13, R113.Los CFC son los que tienen mayor capacidad de destrucción de la capa de ozono. Los HFC no afectan a la capa de ozono (ODP cero). El desarrollo de la refrigeración se debe principalmente a los gases fluorados conocidos como Clorofluorcarbono. Los CFC, desarrollados hace más de 60 años, reemplazaron al amoniaco y a otros hidrocarburos gracias a sus propiedades tales como la baja toxicidad, no flameabilidad, su no corrosividad y su excelente compatibilidad con otros materiales. Además, los CFC ofrecían y ofrecen propiedades termodinámicas y físicas que los hacen ideales para muchos usos, como agentes espumantes en la manufactura de aislantes, empaques, agentes limpiadores de metales y componentes electrónicos, por nombrar algunas aplicaciones.

 

HCFC

HCFC son gases refrigerantes cuyas moléculas contienen átomos de hidrógeno, cloro, flúor y carbonoDebido a su bajo contenido en cloro y la presencia de átomos de hidrógeno, los HCFC poseen un potencial reducido de destrucción del ozono (O.D.P.). En este grupo se encuentra el R-22 y una serie de mezclas ternarias (incluidas en la ficha de cada gas) que con la base del R-22, servirán para la fabricación de alternativos de los CFC, a la par que manteniendo los equipos existentes. Los HCFC más utilizados son el R22, R141b, DI36, DI44, R403B, R408A, R401A, R401B, R402A, R402B y el R409A.

 

HFC

Los HFC constituyen los gases refrigerantes definitivos, sin cloro y con átomos de hidrógeno, sin potencial destructor del ozono (ODP) y muy bajo efecto invernadero (GWP).                                      Los HFC más utilizados y considerados como gases definitivos son el R134a, R413A,

R404A, R507, R407C, R417A y el R410. Estos gases son ya los futuros refrigerantes en aire acondicionado y refrigeración.

 HIDROCARBUROS DIRECTOS

Los hidrocarburos directos son un grupo de fluidos compuestos en varias proporciones de los dos elementos hidrógeno y carbono. Algunos son el Metano, etano, butano, etileno e isobutano. Todos son extremadamente inflamables y explosivos. Aunque ninguno de estos compuestos absorbe humedad en forma considerable, todos son extremadamente miscibles en aceite para todas las condiciones. Su uso ordinariamente está limitado a aplicaciones especiales donde se requieren los servicios de personal especializado.

TOXICIDAD

Debido a que todos los fluidos no son otra cosa que aire tóxico, en el sentido que pueden causar sofocación cuando se tienen en concentraciones suficientemente altas que evitan tener el oxígeno necesario para sustentar la vida, la toxicidad es un término relativo el cuál cobra mayor importancia  solo cuando se especifica el grado de concentración y tiempo de exposición requeridos para producir efectos nocivos.El grado de peligro en que se incurre con el uso de refrigerantes tóxicos depende de varios factores, tales como la cantidad de refrigerante usado con relación al tamaño del espacio dentro del cuál se pueden tener fugas de refrigerante, del tipo de ocupación, de sí el espacio donde se almacena es inflamable y de que personal experimentado tenga la obligación de atender al equipo.Los refrigerantes tóxicos (incluyendo productos de descomposición) despiden olores muy peculiares que tienden a dar aviso de su presencia. Son peligrosos para el caso de niños y personas que por razones de enfermedad o confinamiento son incapaces de escapar de los humos.De acuerdo a su toxicidad el american Standard Safety Code for Mechanichal Refrigeration (código Americano Estándar de Seguridad para la refrigeración Mecánica) y la norma ASHRAE 12-58 agrupan los refrigerantes en tres clases. Puesto que muchos de ellos no se utilizan, solo describiremos los de uso más corriente.

ESTUDIO DEL CICLO DE LOS REFRIGERANTES

R 22 (CHClF2)

Conocido con el nombre de Freón 22, se emplea en sistemas de aire acondicionado domésticos y en sistemas de refrigeración comerciales e industriales incluyendo: cámaras de conservación e instalaciones para el procesado de alimentos: refrigeración y aire acondicionado a bordo de diferentes transportes; bombas de calor para calentar aire y agua. Se pude utilizar en compresores de pistón, centrífugo y de tornillo.

El refrigerante 22 (CHCIF ) tiene un punto de ebullición a la presión atmosférica de 40,8 °C. Las temperaturas en el evaporador son tan bajas como 87 °C. Resulta una gran ventaja el calor relativamente pequeño del desplazamiento del compresor. Acepta poco recalentamiento ya que de lo contrario aumentaría demasiado la temperatura de descarga. La temperatura en la descarga es alta, la temperatura sobrecalentada en la succión debe conservarse en su valor mínimo, sobre todo cuando se usan unidades herméticas motor-compresor.

En aplicaciones de temperatura baja, donde las relaciones de compresión altas, se recomienda tener en enfriamiento con agua al cabezal y a los cilindros del compresor. Los condensadores enfriados por aire empleados con el R 22, deben ser de tamaño generoso.

Aunque el R 22 es miscible con aceite en la sección de condensación a menudo suele separársele del aceite en el evaporador.

No se han tenido dificultades en el retorno de aceite después del evaporador cuando se tiene el diseño adecuado del serpentín del evaporador y de la tubería de succión.Siendo un fluorcarburo, el refrigerante 22 es un refrigerante seguro.Absorbe 8 veces más humedad que el R-12.Se comercializa en cilindros retornables, cilindros desechables, cajas de y latas.Actualmente se prohíbe su empleo en equipos e instalaciones nuevas excepto para equipos de aire acondicionado inferior a 100kw (ver calendario).

El R22 se podrá utilizar como refrigerante puro en la recarga de instalaciones existentes hasta el año 2010.

Debido a sus excelentes propiedades termodinámicas el R22 se utiliza como componente en mezclas de refrigerantes como el R403B, el DI36, DI44, etc., para aplicaciones de media y baja temperatura.

Gráfico presión-temperatura

 

ESTUDIO DEL CICLO DE LOS REFRIGERANTES

 

R 134 a (CH2F/CF3)

El refrigerante marca  R 134a, ha sido introducido, como reemplazo de los clorofluorocarbonos (CFC) en muchas aplicaciones. La producción de CFC es reemplazada por el hidrofluorucarbono.Este refrigerante no contiene cloro y puede ser usado en muchas aplicaciones que actualmente usan CFC-12. Sin embargo en algunas ocasiones se requieren cambios en el diseño del equipo para optimizar el desempeño del R134a en estas aplicaciones.Las propiedades termodinámicas y físicas y su baja toxicidad lo convierten en un reemplazo seguro y muy eficiente del R12 en muchos segmentos de la refrigeración industrial mas notablemente en el aire acondicionado automotriz, equipos domésticos, equipo estacionario pequeño, equipo de supermercado de media temperatura y chillers, industriales y comerciales. El Suva134a ha mostrado que es combustible a presiones tan bajas como 5,5 psig a 177 °C cuando se mezclan con aire a concentraciones generalmente mayores al 60% en volumen de aire. A bajas temperaturas se requieren mayores presiones para la combustibilidad. No deben ser mezclados con el aire para pruebas de fuga. En general no se debe permitir que estén presentes con altas concentraciones de aire arriba de la presión atmosférica. Se comercializan en cilindros retornables, cilindros desechables, cajas y latas. No es miscible con los aceites tradicionales del R12 (mineral ni aquilbencénico); en cambio su miscibilidad con los aceites poliésteres (POE) es buena, por lo tanto debe de utilizarse siempre con este tipo de aceites. Evapora a –26ºC a presión atmosférica.Los HFC son muy higroscópicos y absorben gran cantidad de humedad.  De los HFC el 134a es el único definitivo los demás se emplean para mezclas (R-125, R-143a, R-152a).Se detectan las fugas mediante buscafugas electrónicos o con otros medios como colorantes o el jabón de "toda la vida".Actualmente se comenta que los gases que pertenecen al grupo de los HFC agravan más el efecto invernadero y al recalentamiento del planeta que las emisiones de CO².El R134a es una sustancia con muy poca toxicidad. El índice por inhalación LCL0 de 4 horas en ratas es inferior a 500.000 ppm y el NOEL en relación a problemas cardíacos es aproximadamente 75.000 ppm. En exposiciones durante 104 semanas a una concentración de 10.000 ppm no se ha observado efecto alguno. Los envases de R134a deben ser almacenados en lugares frescos y ventilados lejos de focos de calor. Los

vapores del R134a son más pesados que el aire y suelen acumularse cerca del suelo.

 

Gráfico presión-temperatura 

ESTUDIO DE LOS CICLOS DE REFRIGERANTE

R404A

El R404A es una mezcla ternaria compuesta por R125, R143a y R134a. Sus características termodinámicas lo constituyen como el sustituto ideal del R502 para el sector de la refrigeración en nuevas instalaciones para bajas y medias temperaturas.

El R404A se caracteriza por su notable estabilidad química y de un bajo deslizamiento de temperatura (Glide), de 0,5 ºC.

Su principal aplicación son las instalaciones nuevas para bajas y medias temperaturas. También existe la posibilidad de reconvertir una instalación de R502 a

R404A, eliminando el 95% del aceite mineral o alquibenceno original, por un aceite polioléster. Es necesario cambiar el filtro secador y la válvula de expansión por una de R404A, y sobredimensionar el condensador. El R404A es una mezcla de refrigerantes a base de HFC, los cuales no son compatibles con los lubricantes tradicionales como aceites minerales que trabajaban con R502. El único lubricante idóneo para utilizar con el R404A es el aceite polioléster.

El R404A es muy poco tóxico incluso con exposiciones prolongadas de tiempo. Los envases del R404A deben almacenarse en lugares frescos y ventilados lejos de fuentes de calor. Los vapores, en caso de fuga tienden a acumularse a nivel del suelo.

Gráfica presión-temperatura comparando R 404A con R 502

R407C

El R407C es una mezcla ternaria no azeotrópica compuesta de R32 (23%), R125 (25%) y R134a (52%). Es uno de los refrigerantes menos azeotrópicos que se utilizan en la actualidad; su deslizamiento de temperatura es de 7,4 ºC. Tiene presiones muy parecidas al R22, aunque su rendimiento y eficiencias energéticas son inferiores especialmente a bajas temperaturas.

Químicamente es estable, tiene unas buenas propiedades termodinámicas, un bajo impacto ambiental y muy baja toxicidad. A pesar de que uno de sus componentes, el R 32, es inflamable la composición global de la mezcla ha sido formulada para que el producto no sea inflamable en situaciones en que se puede producir fraccionamientos de la mezcla.

El R 407C tiene un deslizamiento de temperatura (efecto Glide) de 7,4 ºC. Es el sustituto definitivo del R 22, principalmente en el sector del aire acondicionado (temperaturas de evaporación superiores a -10 ºC). En estas situaciones su comportamiento es muy parecido al del R 22.

El R 407C es una mezcla no azeotrópica, para obtener su máximo rendimiento y evitar fraccionamientos del mismo, debe de cargarse siempre el producto por fase líquida. Debido a que no es miscible con aceites minerales, el R 407C debe de utilizarse con aceites poliolésteres.

La toxicidad del R 407C es muy pequeña, incluso después de estar sujeto a exposición. Los envases que contengan R 407C deben almacenarse es lugares frescos y ventilados, además de estar alejados de focos de calor.

Gráfica presión-temperatura comparando el R 407C con el R22

R 410A

El R410A es una mezcla no azeotrópica compuesta de HFC 32 y HFC 125 (50/50), siendo ambos hidrofluorcarbonos que no contienen cloro, por lo que su potencial de destrucción de la capa de ozono es nulo. Además, para ofrecer una alternativa al R-22 más segura medioambientalmente hablando, ofrece mayores eficiencias en unidades optimizadas para su uso.Es el sustituto definitivo para el R 22 en nuevas instalaciones, en el sector del aire acondicionado comercial y doméstico. Es un producto químicamente estable, con un bajo deslizamiento (efecto Glide), de menos de 0.3 ºC y además porque se comporta en forma similar a un refrigerante de un único componente. De esta forma el servicio y la recarga de las unidades no presenta ningún tipo de problemas. A pesar del carácter inflamable del R 32, la formulación global del

producto hace que este no sea inflamable, incluso en caso de fugas. Sus propiedades termodinámicas ofrecen unas eficiencias de energía superiores, experiencias en laboratorio han mostrado que el R 410A puede alcanzar incrementos del coeficiente de eficiencia energética de hasta 7% por encima del R 22 en equipos de aire acondicionado y, debido a que transfiere óptimamente el calor  mejor que el R22, reduce los costes energéticos. Permite diseños más compactos de unidades.Debido a que este producto no es azeótropo debe transvasarse y cargarse siempre en fase líquida.

El R 410A no es miscible con los aceites minerales; los aceites que se deben utilizar con este gas refrigerante son los poliolésteres.El R410A puede ofrecer una importante ventaja en el desarrollo de unidades eficientes, rentables y compactas que cumplan además con las regulaciones actuales y futuras sobre eficiencia medioambientalEl R410A tiene muy baja toxicidad incluso después de repetidas exposiciones. Los envases que contengan R410A deben almacenarse en áreas frías y ventiladas lejos de fuentes de calor. En el caso de fugas los vapores se concentrarán a nivel de suelo desplazando al oxígeno del aire ambiente; en tal caso hay que tomar precauciones a la hora de evacuar el área afectada.

Gráfica presión-temperatura comparando R410A con R 22

 

Amoniaco   R 717 (NH3)

Es el fluido refrigerante mas antiguo. En Europa alrededor del 60% de instalaciones de frío industrial funciona con amoniaco.

 Es un gas tóxico, es incoloro e irrespirable. Una concentración del 0.2% de volumen en el aire provoca riesgos mortales si lo respiramos más de ½ h

Si la concentración en el aire está entre el 15% y el 27% se forma una mezcla inflamable. Se autoinflama a los 650º.

Es muy disolvente en agua.

El amoniaco corroe al cobre y sus aleaciones.

Se descompone a partir de 150º, por lo que obliga a los compresores a estar sobredimensionados, con la finalidad de rebajar la relación de compresión.

Las fugas se localizan  mediante el olfato o utilizando papel impregnado de fenolftaleina, este se torna rojo al contacto con el amoniaco. 

No tiene incidencia sobre la capa de ozono y no contribuye al efecto invernadero.

El amoniaco es utilizado en las instalaciones de frío industrial tanto para la refrigeración, como para la congelación como para la conservación a baja temperatura. Es utilizado también en los sistemas de absorción.

  

EFECTOS Amoniaco en aire  (ppm)Olor perceptible 5 ppmOlor fácilmente detectable 20-50 ppmEfectos tolerables ante grandes exposiciones

50-100 ppm

Malestar general, lagrimeo 150-200 ppmIrritación seria en ojos, oídos, nariz, garganta

400-700 ppm

Espasmos bronquiales 1700 ppmExposición < a 1/1 h (puede ser letal)

2000-3000 ppm

Edema grave, asfixia (muerte a corto plazo)

5000-10000 ppm

Muerte instantánea >10000 ppm

 

R 507

Se trata de una mezcla azeótropa. Es decir que su T permanece constante durante el cambio de estado.

Está compuesto de R 125 (50%) y de R 143a (50%)

Es un compuesto definitivo (HFC), por lo que utilizaremos aceite  del tipo POE 

La carga la podremos efectuar por la fase gaseosa o por la líquida.

En caso de fuga no será necesario vaciar la instalación.

En presencia de la llama se descompone produciendo gases tóxicos irritantes.

TABLAS DE CARACTERÍSTICAS        tabla 1

Gases Alternativos (HCFC)                                                                 

Características         R22        R406 A        DI36  

Sustituye a   R12 R12

Tipo de gas P Z ZComposición 22 22+142b+600a22+600a+124Proporción (% en masa)   55+41+4 50+3+47Peso molecular (kg/kmol) 86.5 89.86  T de evaporación a 1 b -40.8º -30º -33.8ºT de condensación      T de descarga(evap.-7º,-9º )      T crítica 132º 123º  P crítica 49.8 b 45.81 b  T de deslizamiento a 1 b 0º 7.3º  Efecto refrigerante(evap.-7º,-9º)      Ce líquido a 25º (kj/kgxºc) 1.26    Ce vapor a 1 b, 25º(kj/kgxºc) 0.662 0.77  Densidad líquido a 25º (kg/dm3) 1.19 1.30  Densidad vapor a 1b (kg/m3) 4.7    CLV a 1 b (kj/kg)   197.13  

Cambio de CFC a HCFC   2 1Cambio de lubricante   NO NOFuga de HCFC 1 2 2Tipo de lubricante M-AB-

POEM-AB-POE M-AB-POE

Carga de HCFC I L LToxicidad/inflamabilidad /A1 /A1  Aplicación A/A, MT,

BTAT, MT AT, MT

ODP 0.045 0.05  GWP 1700 0.33  TEWI      

NotasTipo de gas: P= puro, A= azeótropo, CA= casi azeótropo, Z= zeótropoCambio de CFC a HCFC: 1= se aprovecha el CFC, 2= se recoge el CFC y secarga de HCFC, 3= se recoge el CFC, se carga de HCFC  y cambio de compresorCambio de lubricante:  NO, SI %( mineral = M, alquilbencénico = AB, poliolester = POE)Fuga de gas HCFC: 1= se aprovecha el HCFC,  2 = recoger HCFC y cargar el nuevo gasCarga  de HCFC: L = Líquido, G = Gas,  I = Gas o líquidoAplicación: AT = alta T, MT = media T, BT = baja T, MBT = muy baja T, A/A = aire condicionado