Trabajo Sobre Refrigerantes

ESCUELA, INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

DOCENTE:

ING. JORGE OLORTEGUI YUME

CURSO:

REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

TEMA:

REFRIGERANTES

ALUMNO:

PARRAGUEZ DE LA CRUZ LUIGHI

FACULTAD DE INGENIERÍA,

REFRIGERANTES

I.-GASES REFRIGERANTES:

Son fluidos capaces de transportar el calor de un lado a otro en cantidades suficiente para desarrollar una trasferencia de calor, que actúan en un ciclo, accionados por un compresor que conduce la energía calorífica desde un nivel de baja temperatura (evaporador) a un nivel de alta temperatura (condensador), generando cambios de temperatura en un medio determinado. SEAM/PNUD/PNUMA, 2012, Ortiz, 2010.

Un refrigerante funciona de acuerdo con los siguientes principios. Después de que el refrigerante es licuado bajo presión, adiabáticamente es expandido y el líquido se evapora tomando calor externo del sistema. Este calor de vaporización se traduce en ''aire acondicionado externo''. La temperatura del aire acondicionado es 0°C para uso doméstico, sobre -25°C para refrigeradores domésticos y sobre -35°C para almacenes de productos congelados para su uso comercial. El compuesto seleccionado como refrigerante debe tener un punto de ebullición por debajo de estas temperaturas después de la expansión bajo presión. Sekiya, 2006.

Los refrigerantes son entonces los fluidos de trabajo en los sistemas de refrigeración, aire acondicionado y bombas de calor. Estos productos absorben el calor de un área como el espacio acondicionado de una sala y es expulsado en otra área exterior generalmente por conducto del evaporador y del condensador respectivamente. SEAM/PNUD/PNUMA, 2012. Los refrigerantes tienen su denominación acorde a la norma ANSI (American National Estandar Institute) / ASHRAE (Sociedad Americana de Ingenieros de la Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado), entre los que se encuentran los refrigerantes halogenados como los clorofluorocarbonados (CFC), los hidroclorofluorocarbonados (HCFC) y los hidrofluorocarbonados (HFC). Ortiz, 2010.

La designación de los refrigerantes basados en hidrocarburos halogenados se hace con la letra "R" seguida de tres números: El primero, corresponde al número de átomos de carbono menos 1; el segundo, al número de átomos de hidrógeno más 1; el tercero al número de átomos de fluor y cuando se tiene letra minúscula, ésta denota un isómero de la fórmula molecular (Puebla, 2005). Para facilitar la comprensión de lo descrito se presenta la figura.

Los compuestos orgánicos o halogenados se caracterizan por contener en su estructura molecular átomos de cloro, flúor o ambos, y fueron los que sustituyeron buena parte de los refrigerantes empleados inicialmente como éter etílico, éter metílico, éter dimetílico, dióxido de carbono (CO2), amoníaco (NH3), anhídrido sulfúrico, cloruro de metilo (ClCH3), dióxido de azufre (SO2) y dicloroetano [C2H4Cl2]. Puebla, 2005, Aprea, 1997. Con el reemplazo de los refrigerantes empleados inicialmente por los Clorofluorocarbonados (CFC) y los hidroclorofluorocarbonados (HCFC) se dió solución también a todos los problemas de seguridad ya que los nuevos refrigerantes no son tóxicos ni inflamables. Aprea, 1997. Kim (2011) sostiene de igual modo que los cambios de los refrigerantes CFC por HCFC y HFC presentan propiedades físico-químicas similares a los CFC como baja toxicidad, baja (cero) inflamabilidad, baja conductividad térmica en fase gaseosa, buena estabilidad química, baja corrosividad durante el uso y costo razonable, entre otros.

Estos refrigerantes halogenados son químicamente estables, de baja toxicidad y con características térmicas muy buenas, pero destruyen la capa de Ozono mediante el proceso de degradación del Ozono estratosférico que protege al planeta contra la radiación UV. Puebla, 2005.

II.-TIPOS DE REFRIGERANTES:

Refrigerantes sintéticos

Los refrigeradores empleados entre el año 1980 hasta 1929 empleaban gases altamente tóxicos (amoníaco, cloruro de metilo y dióxido de sulfuro) como refrigerantes. Varios accidentes fatales ocurrieron en la década de 1920 debido a la fuga de cloruro de metilo de los refrigeradores. Se inició en conjunto de tres corporaciones americanas la búsqueda de métodos menos peligrosos.

En el año 1928, se inventaron los refrigerantes CFC y HCFC como sustitutos para los refrigerantes altamente tóxicos y flamables. Los refrigerantes CFC y HCFC son un grupo de mezclas orgánicas conteniendo como elementos el carbono y el flúor, y, en muchos casos, otros halógenos (especialmente el cloro) e hidrógeno. La mayoría de los CFC y HCFC tienden a ser incoloros, sin olor, no flamables y no corrosivos. Debido a que los CFC y HCFC tienen poca toxicidad, su uso elimina el peligro de muerte por una fuga en un refrigerador.

En solo pocos años, los compresores de refrigeradores que usaban CFC se volvió el estandard para casi todas las cocinas hogareñas. En años siguientes, se introdujeron en una serie de productos los refrigerantes R11, R13, R114 y R22, que ayudaron a la expansión de la industria de la refrigeración y el aire acondicionado. Con el advenimiento del Protocolo de Montreal, los refrigerantes HFC se desarrollaron durante el año 1980 y 1990 como alternativa a los CFC y HCFC.

Clorofluorocarbonos

Los refrigerantes CFC consisten de cloro, flúor y carbono. Los refrigerantes más comunes en este grupo son el R11, R12 y R115 (con la mezcla R502). Tal como se mencionó más arriba, estos refrigerantes vienen siendo usados ampliamente desde 1930, en muchas aplicaciones, incluyendo refrigeración doméstica, refigeración comercial, almacenamiento frío, transporte y aire acondicionado del auto. Debido a que no contienen hidrógeno, los CFC son muy estables químicamente, y tienden a tener buena compatibilidad con la mayoría de los materiales y lubricantes tradicionales como los del tipo mineral. A lo largo de toda la variedad de CFC, tienen una amplia variedad de características de presión - temperatura, y por lo tanto cubren un amplio margen de aplicaciones. Sus propiedades termodinámicas y de transporte son generalmente buenas, y por lo tanto ofrecen un potencial muy bueno de eficiencia. La buena estabilidad también resulta en un bajo nivel de toxicidad y no flamabilidad, obteniendo una clasificación de A1 en seguridad.

Sin embargo, debido a que contiene cloro, los refrigerantes CFC dañan la capa de ozono (ODP), y debido a su larga vida en la atmósfera, aumentan el calentamiento global (GWP). De manera similar, existen gases ambientalmente ecológicos, pero con un alto valor de GWP. Sin embargo, estos no son controlados por el Protocolo de Kyoto debido a que son controlados y están siendo eliminados por el Protocolo de Montreal. Tradicionalmente, los refrigerantes CFC fueron muy baratos y ampliamente disponibles, hoy en día son mucho más caros y su disponibilidad disminuye.

Hidroclorofluorocarbonados

Los refrigerantes HCFC consisten de hidrógeno, cloro, flúor y carbón. Los refrigerantes más comunes en este grupo son el R22, R123 y R124 (dentro de

varias mezclas). Debido a que contienen hidrógeno, los HCFC son en teoría menos estables químicamente que los CFC, pero sin embargo tienden a tener buena compatibilidad con la mayoría de los materiales y lubricantes tradicionales.

Hidrofluorocarbonados

Los refrigerantes HFC consisten de hidrógeno, flúor y carbono. Los refrigerantes más comunes son el R134a, R32, R125 y R143a (la mayoría incluídos dentro de mezclas tales como R404A, R407C y R410A). Estos están siendo usados en gran escala desde 1990 en casi todas las aplicaciones correspondientes a los CFC y HCFC, incluyendo refrigeración doméstica, refrigeración comercial, almacenamiento frío y aire acondicioando automotor. Los HFC son generalmente estables químicamente, y tienen tendencia a ser compatibles con la mayoría de los materiales. Sin embargo, no son miscibles con con los lubricantes tradicionales, y por lo tanto se emplean otros lubricantes del tipo sintético. A lo largo del rango de refrigerantes HFC, existen distintas versiones a diferentes presiones y temperaturas. Sus propiedades termodinámicas y de transporte son desde casi a muy buenas, y por lo tanto ofrecen una excelente opción. Aunque algunos HFC son clasificados como A1 en términos de seguridad, algunos poseen clasificación A2 (baja toxicidad y baja flamabilidad). A diferencia de los CFC y HCFC, no contienen cloro, y por lo tanto no dañan la capa de ozono. Sin embargo, debido a su largo período de vida, son refrigerantes ecológicamente aceptables pero con un alto valor de GWP. Estos son controlados por el Protocolo de Kyoto. Actualmente, los refrigerantes HFC tiene un precio moderado, contra el precio de las mezclas que estám comenzando a aumentar de precio. Aunque numerosos países están desarrollando leyes para controlar el uso y emisión de gases HFC, muchos están disponibles, y lo continuarán siendo por un futuro mayor.

Refrigerantes naturales

Varios hidrocarbonos, el amoníaco y dióxido de carbono pertenecen al grupo denominado refrigerantes naturales. Todos los refrigerantes naturales existen en los ciclos de la naturaleza, inclusive sin intervención del ser humano. Tiene un valor de ODP igual a 0 y no son GWP. Las innovaciones y evolución en la tecnología han contribuído en la consideración de estos refrigerantes naturales. Debido a su mínimo impacto ambiental y por ser más apropiados y acordes desde el punto de vissta de la sustentabilidad tecnológica, los sistemas frigoríficos con refrigerantes naturales pueden jugar un rol importante en el futuro de muchas aplicaciones.

Amoníaco (NH3, R717)

El amoníaco contiene nitrógeno e hidrógeno, y es ampliamente utilizado en muchas industrias. Ha sido empleado como refrigerante desde los años 1800, y hoy en día es comunmente usado en refrigeración industrial, alcenaje frío, en procesos alimenticios y más recientemente está siendo usado en refrigeración comercial y chillers.

El R717 es químicamente estable, pero reacciona bajo ciertas condiciones, por ejemplo, cuando se pone en contacto con dióxido de carbono o agua o cobre. Por otro lado, es compatible con el acero y con el aceite correctamente seleccionado. Las características de presión y temperatura del R717 es similar al R22. Sin embargo, sus propiedades termodinámicas y de transporte son excelentes, aumentando potencialmente la eficiencia de los sistemas. Debido a su alto grado de toxicidad y baja inflamabilidad, posee una clasificación igual a B2. A diferencia de los gases fluorados, no tiene impacto en la capa de ozono y tiene un valor igual a cero de calentamiento global (GWP).

Hidrocarbonos (HC)

Estos refrigerantes contienen carbono e hidrógeno, y son ampliamente usados en dentro de muchas industrias. Los más comunmente usados para propósitos de la refrigeración son el isobutano (C4H12, R600a) y propano (C3H8, R290), propileno (C3H6, R1270) y se usan también en mezclas compuestas en parte por estos fluidos. Dentro de lo que es aplicaciones industriales, se usan una variedad de otors HC. En general, los refrigerantes HC han sido usados como refrigerante desde los años 1800 hasta 1930, y fueron re-aplicados desde la década de los 90. Aparte de su uso en refrigeración industrial, los refrigerantes HC se han usado en refrigeradores domésticos, refrigeración comercial, acondicionadores de aire y chillers. Lso refrigerantes HC son químicamente estables, y exhiben una compatibilidad similar a los CFC y HCFC. Los Hc también tienen excelentes propiedades termodinámicas y de transporte. Debido a su alta inflamabilidad, los HC tienen una clasificación de seguridad de A3. Al igual que el R717, los refrigerantes HC no tienen impacto en la capa de ozono y su efecto en el calentamiento global es insignificante. Tanto el R600a y R290 son muy baratos pero su disponibilidad depende del país.

Dióxido de carbono (CO2, R744)

Este refrigerante contiene carbono y oxígeno, y es ampliamente empleado en muchas industrias. Ha sido extensivamente usado durante mediados de los años 1800, pero se discontinuó su uso con al aparición de los CFC y HFCF. A finales de los años 1990, emergió nuevamente como refrigerante y su uso se ha venido incrementando en las industrias de la refrigeración, almacenaje frío, refrigeración comercial, y bombas de calor, entre otros. El R744 es químicamente estable y no reacciona en la mayoría de las condiciones, y es compatible con muchos materiales. Las características de presióny temperatura del R744 son diferentes a de la mayoría de los refrigerantes convencionales, y es por eso, por ejemplo, que opera a presiones siete veces mayores que el R22, con lo cual el sistema debe ser diseñado con cosideraciones especiales para soportar altas presiones. Además, tiene una baja temperatura crítica, de manera que cuando la temepratura ambiente supera los 25º C, se necesita el diseño de un sistema especial. Por otro lado, sus propiedades termodinámicas y de transporte son excelentes, haciendo que los sistemas sena potencialmente eficientes en climas fríos. Debido a su baja toxicidad y no inflamable, tiene una clasificación de seguridad de A1. A diferencia de los refrigerantes fluorados, no tiene impacto en la capa de ozono. Sin embargo posee un valor igual a 1 de potencial de calentamiento global (GWP). El R744 es muy barato y ampliamente disponible en el mercado.

IDENTIFICACIÓN DE LOS REFRIGERANTES POR COLOR DE ENVASE

III.-APLICACIÓN DE LOS REFRIGERANTES:

IV.-SELECCIÓN DE REFRIGERANTES:

Propiedades químicas y estabilidad

La estabilidad de un refrigerante está relacionada a la manera en que se comporta en presencia de otras sustancias, particularmente dentro del sistema frigorífico. Es importante que el refrigerante no reaccione con, o actúe como solvente con cualquiera de los materiales dentro del sistema. Esto incluye los metales usados para las tuberías y otros componentes, aceite del compresor y aditivos asociados, materiales plásticos del motor, elastómeros en válvulas y uniones, y desecantes alojados dentro del filtro secador. También debe considerarse con respecto a pequeñas cantidades de contaminantes tales como la humedad y el aire.

En general, los refrigerantes CFC, HCFC, hidrofluorocarbonados (HFC) y HC son compatibles con la mayoría de los materiales (dado que la mayoría de los componentes son diseñados para estos refrigerantes). Sin embargo, muchos componentes son diseñados empleando mezclas y aditivos, de manera que existe la posibilidad de incompatibilidad con ciertos materiales si se utiliza un refrigerante sin especificar. El dióxido de carbono tiene algunos problemas de compatibilidad con ciertos elastómeros, y debido a esto sólo se usan componentes dedicados para el refrigerante R744.

El amoníaco no es compatible con muchos materiales, como el cobre y muchos materiales aisladores de circuitos eléctricos. Por lo tanto, los elementos metálicos dentro de un sistema con amoníaco, generalmente se limitan al acero de carbono y acero inoxidable.

En todos los casos, deben consultarse las especificaciones del fabricante del componente para verificar si el material es compatible con el refrigerante.

Presiones de operación

Es importante considerar las presiones de operación tanto del lado de succión como de descarga de un sistema frigorífico. Preferentemente, se elije un refrigerante que tendrá una presión de evaporación por sobre la presión atmosférica bajo condiciones normales de operación, con el fin de evadir el ingreso de aire y humedad en el caso de una posible fuga de refrigerante. Es por esto, que el refrigerante debe seleccionarse con un punto de ebullición normal que sea menor a la temperatura de evaporación anticipada. El refrigerante seleccionado también deberá tener una presión de condensación que no exceda la presión límite de los componentes del sistema frigorífico, por cuestiones de seguridad.

Propiedades termodinámicas y de transporte

El criterio de performance más importante para un sistema frigorífico es la capacidad frigorífica y la eficiencia, o Coeficiente de Performance (COP). Estas características son influenciadas por un número de propiedades que incluyen:

Características de saturación de presión - temperatura

Temperatura crítica

Calor latente

Densidad

Viscocidad

Conductividad térmica

Calor específico

La capacidad frigorífica y el COP se dictan principalmente por el diseño y control del sistema por sí mismo (compresor, intercambiadores de calor, tuberías, etc.), aunque también las propiedades del refrigerante juegan un papel en esto. EL COP puede verse afectado por el radio de compresión (que es dictado por las características de presión - temperatura), perfomance del intercambiador de calor y pérdidas de presión alrededor del sistema., las cuales son todas influenciadas por el calor latente, densidad, viscosidad, conductividad térmica, calor específico. Para una presión de evaporación y condensación dadas, la capacidad frigorífica de un sistema es fuertemente influenciada por el calor latente y densidad del gas que ingresa al compresor.

Características de seguridad

Los refrigerantes se clasifican en términos de dos criterios generales de seguridad: toxicidad e inflamabilidad.

Toxicidad: se considera la toxicidad tanto a corto y largo plazo en el ser humano durante la manipulación de los refrigerantes y para los ocupantes de espacios acondicionados o refrigerados.

Inflamabilidad: la inflamabilidad del refrigerante puede afectar la seguridad de las personas y las propiedades adyacentes durante el servicio de unidades.

De acuerdo a varios tratados internacionales de estándares de seguridad, los refrigerantes pueden ser clasificados en seis tipos de acuerdo a su toxicidad e inflamabilidad. Esta clasificación consiste de dos caracteres alfa numéricos; la letra en mayúscula corresponde al nive de toxicidad y el dígito a la flamabilidad. La letra A representa el nivel de toxicidad más bajo, y la letra B el nivel más alto. No existen refrigerantes que no sean tóxicos. El nivel de ausencia de llama se representa por el valor "1", el nivel más bajo se representa por el número "2" y el nivel más alto de inflamabilidad por el número "3".

Parámetros medioambientales

Cuando se libera un gas hacia la atmósfera, esto tiene cierto impacto. Los impactos más importantes relacionados con los refrigerantes son el calentamiento global y deterioro de la capa de ozono.

Costo y disponibilidad

El costo de los refrigerantes varía ampliamente, con los HCFC tendientes a ser más baratos, y las mezclas HFC más caras. De manera similar, los refrigerantes HCFC más usados (por ejemplo el R-22) y los más ocmunes HFC (por ejemplo R-134a) tienden a ser los más disponibles. Los refrigerantes hidrocarbonados tienden a tener menor disponibilidad, y el amoníaco es normalmente distribuido por vendedores especializados.

En términos de selección de refrigerantes para el servicio de unidades, la selección depende mucho de si el refrigerante está disponible o no en el mercado actual. Si el refrigerante no cuenta con alguna restricción, entonces debe usarse el mismo refrigerante que recomienda el fabricante. Si el refrigerante se encuentra restringido (debido a regulaciones), entonces tendrán que aplicarse varias consideraciones.

V.-CUIDADOS Y PRECAUCIONES PARA EL USO DE GASES REFRIGERANTES:

Riesgos de salud: Debido a que la toxicidad de los refrigerantes fluorocarbonados es baja, las posibilidades de un accidente menor o muerte son de baja probabilidad. Sin embargo, no se debe de trabajar en áreas cerradas, ya que si se tiene un derrame o una fuga grande de gas, inhibirá la presencia de oxígeno.

Inhalación: Inhalar gran cantidad de vapores es peligroso y puede ser mortal. Exponerse a niveles elevados de fluorocarbonados por arriba de los permitidos puede ocasionar síntomas de asfixia también es posible que se presente pérdida de coordinación psicomotriz, aumento del pulso cardiaco, sensibilización cardiaca, respiración más profunda o inconsciencia. Si algunos de estos síntomas se presentan se debe salir al aire fresco.

Piel: El contacto del refrigerante líquido sobre la piel puede causar quemaduras por congelación, la cual se manifiesta con palidez o enrojecimiento, pérdida de sensibilidad o hinchazón. Se debe lavar la parte afectada con agua abundante durante 15 minutos.

En el caso de los ojos, se presentan los mismos efectos y medidas preventivas que para la piel.

Otros riesgos: La mayoría de los compuestos halogenados se descomponen a altas temperaturas. Los químicos que se presentan bajo estas condiciones son ácidos halogenados y posiblemente halogenuros de carbonilo, igualmente se libera ácido fluorhídrico. Si el compuesto contiene cloro se liberará ácido clorhídrico.

Los ácidos halogenados ocasionan picazón en la nariz, detectándose en bajas concentraciones cuando todavía no han alcanzado un nivel donde puedan ser tóxicos. Estos ácidos sirven como aviso de que una descomposición del gas ha ocurrido. Si se detectan, el área debe evacuarse y ventilarse hasta que se eliminen los productos de la descomposición (acidez en el sistema, quemadura de un compresor hermético o semihermético).

V.- RESUMEN DEL VIDEO:

En el video visto explica inicialmente de manera clara el funcionamiento de un sistema frigorífico básico, mencionando sus componentes y el estado del fluido de trabajo (refrigerante) en los diferentes puntos de importancia en el sistema, además en este video se considera al fluido refrigerante como una molécula para un estudio más sencillo. Se puede apreciar algunas características que presenta el fluido refrigerante como la sensación térmica que produce mediante un experimento muy sencillo, entre los componentes descritos está el compresor el cuál consta de un conjunto de pistón, un cilindro, una válvula de aspiración y una de compresión, un conjunto de culata, el pistón es accionado por un cigüeñal impulsado por un motor eléctrico, luego tenemos una valvula de estrangulamiento, dos arrollamientos de tubo, uno para ambiente a refrigerar (evaporador) y otro donde el fluido libera el calor extraído (condensador), en distintos puntos tienen instalados manómetros para conocer las presiones de trabajo. También se puede ver en el video algunas acciones técnicas que se deben realizar para tanto la carga o descarga del gas refrigerantes como para determinar algunos tipos de fallas que se pueden producir en un sistema de refrigeración. Los gases refrigerantes mencionados para este video son el R22, R12, R502, y otros. Para las conexiones se utilizan técnicas como la soldadura autógena y otro más práctico es el ensamble por uniones roscadas.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

http://frionline.net/articulos-tecnicos/205-tipos-de-gases-refrigerantes-en-refrigeracion-y-aire-acondicioando.html

http://repository.upb.edu.co:8080/jspui/bitstream/123456789/26/1/TESIS%20REFRIGERANTES.pdf

http://www.kimikal.es/index.php?option=com_content&view=article&id=48&Itemid=56

http://www.0grados.com/refrigerantes-manejo-y-seguridad/