Refrigerantes

Refrigerante

Es cualquier cuerpo o sustancia que actúa como agente de enfriamiento absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia.

Con respecto al ciclo compresión-vapor, el refrigerante es el fluido de trabajo del ciclo el cuál alternativamente se vaporiza y se condensa absorbiendo y cediendo calor, respectivamente.

Para que un refrigerante sea apropiado y se le pueda usar en el ciclo antes mencionado, debe poseer ciertas propiedades físicas, químicas y termodinámicas que lo hagan seguro durante su uso.

No existe un refrigerante “ideal” ni que pueda ser universalmente adaptable a todas las

aplicaciones. Entonces, un refrigerante se aproximará al “ideal”, solo en tanto que sus

propiedades satisfagan las condiciones y necesidades de la aplicación para la que va a ser utilizado.

Los Refrigerantes y sus Propiedades

Refrigerante es una sustancia que actúa como agente de enfriamiento, con propiedades especiales de punto de evaporación y condensación. Mediante cambios de presión y temperatura absorben calor en un lugar y lo disipa en otro mediante un cambio de líquido a gas y viceversa.

Los refrigerantes según la norma americana NRSC (National Refrigeration Safety Code) se dividen en tres grupos:

REFRIGERANTES

Agua. Amoníaco Freones. Entre ellos los R12, R22, R502, así como los nuevos gases no perjudiciales para la capa de ozono.

Características de los refrigerantes

• El Punto de Congelación debe ser inferior a cualquier temperatura que existe en el sistema para evitar congelaciones en el evaporador.

• El calor latente de evaporación debe ser lo más alto posible para que una pequeña cantidad de líquido absorba una gran cantidad de calor.

• El volumen específico debe ser lo más bajo posible para evitar grandes tamaños en las líneas de aspiración y compresión.

• La densidad debe ser elevada para usar líneas de líquidos pequeñas.

• Las presiones de condensación deben elevarse, para evitar fugas y reducir la temperatura de condensación.

• No son líquidos inflamables, corrosivos, ni tóxicos. Además deben tener una baja conductividad eléctrica.

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

CFC: (Flúor, Carbono, Cloro), Clorofluorocarbono, no contiene hidrógeno en su molécula química y por lo tanto es estable, esta estabilidad hace que permanezca mucho 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). Está prohibida su fabricación desde 1995.

HCFC: (Hidrógeno, Carbono, Flúor, Cloro). Es similar al anterior pero con átomos de hidrógeno en su molécula. Posee un potencial reducido de destrucción de la capa de ozono (R-22). Su desaparición está prevista para el año 2015.

HFC: (Hidrógeno, Flúor, Carbono). Es un Fluorocarbono sin cloro con átomos de hidrógeno sin potencial destructor del ozono dado que no contiene cloro. (R-134a, 141b).

Un refrigerante ideal:

Posee características físicas y térmicas que permiten la máxima capacidad de refrigeración con la mínima demanda de potencia. La temperatura de descarga deberá ser la más baja posible para alargar la vida del compresor.

Relaciones refrigerante -aceite

Salvo unas pocas excepciones, el aceite necesario para la lubricación del compresor es el contenido del cárter del cigüeñal del compresor que es donde está sujeto al contacto con el refrigerante.

El dióxido de azufre y los halocarburos reaccionan en cierto grado con el aceite lubricante, generalmente la reacción es ligera bajo condiciones de operación normales.

Cuando hay contaminantes en el sistema tales como aire y humedad, en una cantidad apreciable, se desarrollan reacciones químicas involucrando a los contaminantes y tanto el refrigerante como el aceite refrigerante como el aceite lubricante pueden entrar en descomposición, formándose ácidos corrosivos y sedimentos en superficies de cobre y/o corrosión ligera en superficies metálicas pulidas. Las temperaturas altas en las descargas, por lo general aceleran estos procesos.

Por la naturaleza de temperatura alta en la descarga del refrigerante F22, el daño en el aceite lubricante produce el que se queme el motor, constituye esto un problema serio en las unidades motor - compresor que utilizan este refrigerante, sobre todo cuando se las utiliza en condensadores enfriados con aire y con tuberías de succión grandes.

En los sistemas que usan refrigerantes halocarburos, es muy común que varias partes del compresor se encuentren cobrizadas. La causa exacta del cobrizado no ha sido determinada en forma definitiva, pero se tienen grandes evidencias que los factores que contribuyen a eso son la humedad y la pobre calidad del aceite lubricante.

Las placas de cobre no se emplean en los sistemas de amoníaco.

Las desventajas antes nombradas se podrán reducir al mínimo o eliminarse mediante el uso de aceites lubricantes de alta calidad que tengan puntos muy bajos de “fluidez o congelación” y/o de “precipitación”, manteniendo al sistema relativamente libre de contaminaciones, tales como aire y humedad y diseñando al sistema de tal forma que las temperaturas en las descargas sean relativamente bajas.

Clasificación de los refrigerantes

Refrigerantes tradicionales de CFC

Refrigerante R12

El Difluordiclorometano es un representante del grupo CFC. Está caracterizado por presentar un PDO alto ( =1) y un elevado potencial de calentamiento global (PCG = 8500). Es un gas claro con un olor específico, 4,18 veces más pesado que el aire. Es uno de los más difundidos y seguros en la operación de los refrigerantes. En una atmósfera que contiene una fracción en volumen mayor a un 30% del R'12, la asfixia tiene lugar como resultado de la falta del oxígeno. La concentración de tolerancia (CT) en particular bajo la exposición de dos horas, corresponde a un contenido en el aire en términos de fracción en volumen de 38,5...30,4%. No es un explosivo, pero a una temperatura superior T > 330 oC se descompone con formación de cloruro de hidrógeno, fluoruro de hidrógeno anhidro y trazas del gas venenoso llamado fósgeno. Se mezcla en toda proporción en aceites, no conduce la corriente eléctrica y se diuelve muy poco en agua. La fracción en volumen de humedad en R-12 para refrigeradores domésticos no debe exceder 0,0004 %. R12 deshidratado es neutral a todos los metales. Se caracteriza por una alta fluidez que facilita su penetración a través de los pequeños poros del hierro comercial. Al mismo tiempo gracias a la alta fluidez del R-12 los aceites refrigerantes penetra a través de las partes gomosas y reduce su escape. Ya que el R-12 es un buen disolvente de muchas sustancias orgánicas, durante la manufactura de almohadillas se usan gomas especiales, sevanita o paronita. En los equipos de refrigeración, el R-12 fue ampliamente usado para obtener temperaturas medias.

Refrigerante R11

El Fluortriclorometano, es un gas pesado (4,74 veces tan pesado como el aire), relacionado al grupo de los CFCs. Se caracteriza por un alto PDO ( = 1). De acuerdo con el Protocolo de Montreal desde Enero de 1996 debió detenerse la producción del R -11. Para el organismo humano el R-11 es inofensivo, no es explosivo, se disuelve en toda proporción en aceites minerales. Es insoluble en agua, permitiendo una proporción de humedad en masa no mayor que 0,0025%. El refrigerante deshidratado es neutral a todos los metales, excepto a las aleaciones que contienen más de un 20 % de magnesio. La temperatura de ebullición normal es de 23,8 oC. El efecto refrigerante volumétrico de R11 es bajo, es usado en máquinas de refrigeración bajo temperatura de ebullición por encima de -20 oC. R11 fue ampliamente usado en aire acondicionados industriales, compresores de turbinas de potencia media y alta.

Refrigerante R502.

Una mezcla azeotrópica de los refrigerantes R22 y R115. La proporción en masa de R22 constituye el 48,8%, y de R115, el 51,2%. Está relacionado con el grupo de los CFCs. Tiene las siguientes características ecológicas: PDO = 0,33; PCG = 4300. No es explosivo, tiene baja toxicidad y es químicamente inerte a los metales. R502 se mezcla en aceites, los coeficientes de tranferencia de calor durante la ebullición y condensación son cercanos a los valores correspondientes al R-22. R502 es muy poco soluble en agua. La concentración de tolerancia de este refrigerante en el aire es de 3000 mg/m3. Su efecto de refrigeración volumétrico es más alto y la temperatura de descarga es aproximadamente 20 oC más baja que la del R-22, que se manifiesta positivamente sobre la temperatura de la bobina del motor eléctrico durante la operación del compresor de refrigeración hermético. R502 fue usado en dispositivos de refrigeración de compresión a temperatura baja.

Refrigerantes tradicionales de HCFC

Refrigerante R22.

El Difluorclorometano se relaciona con el grupo de los HCFCs. Tiene un bajo potencial de agotamiento de la capa de ozono (PDO = 0,05) y un potencial de calentamiento global no muy alto PCG = 1700, es decir las características ecológicas

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