Cap. II - Refrigerantes

“AÑO DE LA CONSOLIDACION ECONOMICA Y SOCIAL EN EL PERU”

CAP. II: REFRIGERANTES

REFRIGERACION APLICADA

ALUMNO :

TAVARA FARFAN, MIGUEL ANGEL.

ÁREA TEMÁTICA :

REFRIGERACIÓN APLICADA

PROFESOR :

ING. MANNOLIO HUACHILLO CALLE

FECHA DE ENTREGA :

25 DE AGOSTO DEL 2010

PIURA - PERÚ

2010

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURAFACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECATRÓNICA

INTRODUCCIÓN

En los años 1980 comenzaron las preocupaciones por la capa de ozono, los refrigerantes más usados eran los clorofluorocarbonos R-12 y R22. El primero era empleado principalmente para aire acondicionado de vehículos y para pequeños refrigeradores; el segundo para aire acondicionado, refrigeradores, y congeladores comerciales, residenciales y ligeros. Algunos de los primeros sistemas emplearon el R-11 por su bajo punto de ebullición, lo que permitía construir sistemas de baja presión.

La producción de R-12 cesó en Estados Unidos en 1995, y se planea que el R-22 sea eliminado en el 2010. Se está empleando el R-134a y ciertas mezclas (que no atentan contra la capa de ozono) en remplazo de los compuestos clorados. El R410a (comúnmente llamada por su nombre comercial Puron®) es una popular mezcla 50/50 de R-32 y R-125 que comienza a sustituir al R-22.

2 REFRIGERACION APLICADA |



DEFINICIONES

Existen varias definiciones para describir lo que es un refrigerante, pero todas van referidas al mismo punto “Enfriar”:

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

“Un refrigerante es un producto químico líquido o gas, fácilmente licuable, que se utiliza para servir de medio transmisor de calor entre otros dos en una máquina térmica, y concretamente en aparatos de refrigeración”.

“Se aplica a la sustancia o producto que sirve para enfriar o refrigerar”.

“Son cualquier sustancia que absorbe calor de un cuerpo o sustancia enfriándolo”.

CLASIFICACION DE LOS REFRIGERANTES

Existen varias formas de clasificar los refrigerantes según diferentes criterios. De acuerdo con el grado de seguridad, teniendo en cuenta su toxicidad, reactividad y límites de explosión; de acuerdo con su función, dependiendo si se usa directamente en el sistema, o si es solo un agente para transportar el frío que se produce con otro refrigerante; y con base en su composición química:

SEGÚN EL GRADO DE SEGURIDAD

Los fluidos refrigerantes pueden clasificarse en tres grupos dependiendo del grado de seguridad o peligrosidad de los mismos de la siguiente manera:

Grupo primero . Corresponden a este grupo los refrigerantes que no son combustibles, cuyos efectos sobre la salud son despreciables.

Grupo segundo . Corresponden a este grupo los refrigerantes que son tóxicos o corrosivos o que al combinarse con el aire, en una porción del 3,5% o más en volumen, pueden formar una mezcla combustible o explosiva.




Grupo tercero . Corresponden a este grupo los refrigerantes que al combinarse con el aire en proporción inferior al 3,5 % en volumen pueden constituir una mezcla combustible o explosivo.

SEGÚN SU COMPOSICIÓN QUÍMICA

Según su composición química los refrigerantes se clasifican en distintos grupos: Los inorgánicos, como el agua o el NH3: Amoníaco y los de origen orgánico(hidrocarburos y derivados): Los CFC's (Clorofluorocarbonos), perjudiciales para la capa de ozono, Los HCFC's (Hidrocloroflurocarbonados), Los HFC's (Hidrofluorocarburos), Los HC (Hidrocarburos) como alcanos y alquenos, y Las mezclas, azeotrópicas o no azeotrópicas.




SEGÚN SU FUNCIÓN

Según su función los refrigerantes se pueden clasificar en primarios y secundarios:

Primarios . Son aquellos que absorben calor al evaporarse a baja temperatura y lo ceden al condensarse a alta temperatura y presión

Secundarios . Son aquellos que son enfriados por otro refrigerante y circulan como fluidos que transportan el calor.

Por ejemplo, las salmueras son refrigerantes secundarios, porque constituyen un sistema indirecto cerrado que transfiere el efecto frigorífico desde un sistema primario de refrigeración; Son seguras, de baja toxicidad, fáciles de transportar y de




poco mantenimiento, por lo cual, son ideales para el transporte de frío a distancia y la industria de alimentos. Hay salmueras de tipo salino, como las soluciones de cloruro sódico y de cloruro cálcico, salmueras a partir de glicol, formadas por soluciones de etilenglicol y propilenglicol, salmueras para bajas temperaturas, que son sustancias puras como el cloruro de metileno, el tricloroetileno, el R-11, la acetona, el alcohol metílico y el alcohol etílico, y salmueras para aplicaciones especiales, que son sustancias o soluciones particulares para ciertas aplicaciones, como las fracciones destiladas de petróleo, aceites sintéticos, etc.

CLASIFICACION DE LA ASHRAE

Esta clasificación se basa en la Norma ANSI/ASHRAE 34, publicada en 2001 y titulada "Designación and Safety Classification of Refrigerants” (Clasificación y Seguridad de los refrigerantes).

Esta clasificación hace que sea posible designar a todos los refrigerantes utilizados en una clara y reconocida internacionalmente forma de clasificarlos según su composición química.




1. Numeración de los Refrigerantes

Un número de identificación será asignado a cada refrigerante. Se compone de un prefijo compuesto de letras y un sufijo compuesto de dígitos.

1.1. Prefijos

El prefijo se compone de la letra "R" (para refrigerantes), como por ejemplo: R22, R134a, R600a, R717.

A veces, la letra C se utiliza el prefijo para indicar carbono, precedida de B, C o F (o una combinación de estas letras en el mismo orden) para indicar la presencia de bromo, cloro o flúor. Compuestos que contienen hidrógeno deben ser precedidos por la letra H. Ejemplos: HCFC22, HFC134a.

Estos prefijos sólo deben ser utilizados en publicaciones no-técnicas. Nota: El nombre de la marca o del fabricante también se usa, pero estos nombres no deben ser utilizados en documentos oficiales (etiquetas de identificación, etc.).

1.2. Sufijos

Hidrocarburos y derivados

El primer dígito de la derecha(unidades) es el número de flúor(F) átomos. El segundo dígito de la izquierda (decenas) es uno más que el número de

átomos de hidrógeno (H). El tercer dígito a la derecha (cientos) es uno menos que el número de

carbono (C) los átomos (cuando el es el dígito cero, se omiten el número). El tercer dígito de la derecha (en miles) es igual al número de bonos de

carbono insaturados carbono (cuando el dígito es cero, se omite el número).

Para los refrigerantes que contienen bromo (Br), la letra B se añade en el número de identificación, seguido por el número de átomos presentes. Estos refrigerantes ya no se fabrican en los países desarrollados desde la aplicación del Protocolo de Montreal sobre las sustancias que agotan la capa de ozono.




El número de átomos de cloro (Cl) se obtiene restando la suma de flúor, bromo, y los átomos de hidrógeno a partir del número total de átomos que se pueden conectar a los átomos de carbono: 4 de los derivados del metano (CH4), 6 de los derivados del etano (C2H6), Etc.

Ejemplo: R22 (Clorodifluorometano - CHClF2)

R 0 2 2

Número de átomos de carbono – 1 : 0Número de átomos de hidrógeno + 1 : 2Número de átomos de flúor : 2Número de átomos de cloro : 1 (Menos 1 átomo de hidrógeno es decir 4, y menos 2 átomos de flúor)

Los derivados de cíclica, la letra C se utiliza antes de número de identificación de refrigerante. Ejemplo: RC318 (octafluorocyclobutane - C44FF88))

En el caso de los isómeros de la serie etano, cada uno tiene el mismo número, con la más simétrica una indicado por el número solo. Como los isómeros se vuelven más y más asimétrico, las letras minúsculas (es decir, a, b ó c) se anexan de forma sucesiva. Ejemplo: R134 y R134a

Mezclas azeotrópica y zeotrópica

Las mezclas son designadas por sus respectivos números de refrigerante y las proporciones en masa..

En las mezclas zeotrópica se asignará un número de identificación de la serie 400. Este número designa los componentes que están en la mezcla pero no la cantidad de cada uno. Para diferenciar entre zeotrópica con los mismos componentes con diferentes cantidades, una letra mayúscula, se añade como un sufijo.

Los números están en orden cronológico de los refrigerantes por la aprobación de la ASHRAE.




Varios compuestos orgánicos

Para varios compuestos orgánicos, se asignará un número de la serie 600, las cifras se expresan en orden numérico. Ejemplo: R600a, el isobutano.

Compuestos inorgánicos

A los compuestos inorgánicos se le asigna un número de la serie 700, los números de identificación están formadas añadiendo la masa molecular relativa de los componentes a los de la serie 700. Ejemplo: R717 corresponde a amoníaco, que tiene una masa molecular de 17.

2. Seguridad clasificaciones grupo

Esta clasificación constará de dos caracteres alfanuméricos (por ejemplo, A2), la letra del capital corresponde a la toxicidad y el dígito a la inflamabilidad.

2.1. Clasificación según Toxicidad

Los refrigerantes se dividen en dos grupos de acuerdo a la toxicidad:

Clase A. Representa refrigerantes para los que la toxicidad no ha sido identificado en concentraciones inferiores o iguales a 400 ppm.

Clase B. Representa refrigerantes para los cuales hay evidencia de toxicidad a concentraciones por debajo de 400 ppm.

2.2. Clasificación de inflamabilidad

Los refrigerantes se dividen en tres grupos de acuerdo a la inflamabilidad:

Clase 1. Indica refrigerantes que no muestran propagación de la llama cuando se probó en el aire a 21 °C y 101kPa.

Clase 2. Indica refrigerantes con un contenido límite de inflamabilidad inferior de más de 0,10 kg/m3 a 21 °C y 101 kPa y un calor de combustión de menos de 19 kJ/kg.




Clase 3. Indica refrigerantes que son altamente inflamables tal como se define por un límite inferior de inflamabilidad inferior o igual a 0,10 kg/m3 a 21 ° C y 101 kPa o un calor de combustión superior o igual a 19 kJ/kg.

2.3. Mezclas

Mezclas, zeotrópica o azeotrópica, con inflamabilidad y/o características de toxicidad que pueden cambiar a medida que cambia la composición durante el fraccionamiento, se le asignará una clasificación por grupos de seguridad basado en el peor de los casos de fraccionamiento. Ejemplo: R404A se clasifica A1

REFRIGERANTES MAS USADOS

NH3 (-33ºC). Freones (CFC): R12 (CCl2 F2,-29), R22 (CHClF2,-41), R114 (C2Cl2F4,+4), R134a (CF3CH 2F,-30).

Los freones completamente halogenados destruyen la capa del ozono (efecto invernadero, calentamiento global); los no halogenados completamente, tienen menor capacidad de destrucción (R-134a, libre de cloro).

Hidrocarburos: propano (-42ºC), etano, etileno. CO2 (T ¿= -78ºC). Aire. H2O (hielo, hielo con salmueras). Salmueras (problemas de corrosión → sustituidos por anticongelantes: etilen-

propilen-glicol, metanol, glicerina).




DETECCION DE FUGAS DE REFRIGERANTES

Bajo ninguna circunstancia deberán utilizarse fuentes posibles de ignición para buscar o detectar fugas de refrigerante. No deberá utilizarse una lámpara de halogenuro (o cualquier otro detector que utilice una llama abierta).

Los siguientes métodos para la detección de fugas pueden utilizarse en sistemas que contienen refrigerantes de HC:

Pueden utilizarse detectores de fugas electrónicos para revelar los refrigerantes de HC, pero es posible que su sensibilidad no sea apropiada o que se requiera su recalibración. (El equipo de detección debe calibrarse en un área libre de refrigerante). Asegúrese de que el detector no represente una fuente potencial de ignición y que sea adecuado para los refrigerantes de HC. El equipo de detección de fugas debe ajustarse a un porcentaje del límite inferior de inflamabilidad (LFL) del refrigerante y debe calibrarse de acuerdo con el refrigerante utilizado y el porcentaje de gas apropiado.

Los fluidos de detección de fugas son apropiados para su utilización con refrigerantes de HC. Sin embargo, debe evitarse el uso de detergentes que contengan cloro ya que éste puede corroer el sistema de tuberías de cobre.

Los aditivos a base de aceite, como aquellos utilizados en los sistemas de detección de fugas fluorescentes, funcionarán con todos los refrigerantes de HC.

Si existen sospechas de que se ha producido una fuga en un sistema con refrigerantes de HC, deberán eliminarse o extinguirse todas las fuentes posibles de ignición.

CARACTERISTICAS DE LOS REFRIGERANTES

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.




Generalmente para tener uso apropiado como refrigerante, se busca que los fluidos cumplan con la mayoría de las siguientes características:

Baja temperatura de ebullición : Un punto de ebullición por debajo de la temperatura ambiente, a presión atmosférica. (evaporador)

Fácilmente manejable en estado líquido : El punto de ebullición debe ser controlable con facilidad de modo que su capacidad de absorber calor sea controlable también.

Alto calor latente de vaporización : Cuanto mayor sea el calor latente de vaporización, mayor será el calor absorbido por kilogramo de refrigerante en circulación.

No inflamable, no explosivo, no tóxico.

Químicamente estable : A fin de tolerar años de repetidos cambios de estado.

No corrosivo : Para asegurar que en la construcción del sistema puedan usarse materiales comunes y la larga vida de todos los componentes.

Moderadas presiones de trabajo : Las elevadas presiones de condensación (mayor a 25−28kg/cmª)requieren un equipo extrapesado. La operación en vacío(menor a 0kg/ cmª)introduce la posibilidad de penetración de aire en el sistema.

Fácil detección y localización de pérdidas : Las pérdidas producen la disminución del refrigerante y la contaminación del sistema.

Inocuo para los aceites lubricantes : La ación del refrigerante en los aceites lubricantes no debe alterar la acción de lubricación.

Bajo punto de congelación : La temperatura de congelación tiene que estar muy por debajo de cualquier temperatura a la cuál pueda operar el evaporador.

Alta temperatura crítica : Un vapor que no se condense a temperatura mayor que su valor crítico, sin importar cuál elevada sea la presión. La mayoría de los refrigerantes poseen críticas superiores a los 93°C.

Moderado volumen específico de vapor : Para reducir al mínimo el tamaño del compresor.




Bajo costo : A fin de mantener el precio del equipo dentro de lo razonable y asegurar el servicio adecuado cuando sea necesario.

SELECCIÓN DE REFRIGERANTES

Para la selección de un refrigerante se deben tener en cuenta varias propiedades y características, desde el punto de vista termodinámico se requiere no tener presiones de condensación excesivas, poseer un bajo punto de ebullición, una alta temperatura crítica, un alto calor latente de vaporización, un bajo calor específico del líquido, un bajo volumen específico del vapor, un volumen y potencia bajos por cada tonelada de refrigeración, tener un COP alto, y no causar corrosión en los metales usados; todas estas condiciones garantizan el no tener condiciones extremas en el proceso y lograr una alta eficiencia en el ciclo.

De otro lado, las propiedades químicas que benefician la elección del refrigerante, al garantizar la seguridad para los operadores del sistema y para el producto, son el no ser inflamable ni explosivo, tener baja toxicidad y efectos sobre el ambiente, reaccionar poco con los materiales de construcción y no producir daños a los productos refrigerados en caso de fugas.

Otras características deseables para el refrigerante son tener una baja tendencia a las fugas y posibilidad de detección, baja viscosidad, alta conductividad térmica, baja acción inhibitoria sobre el aceite y las válvulas, disponibilidad, preferencia personal y bajo costo.

Por ejemplo:




WEBGRAFIA

RefrigeraciónWIKIPEDIA: La Enciclopedia LibreSite: www.wikipedia.com

Tutorial para el uso Racional de la EnergíaMINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA – COLOMBIAUnidad de Planeación Minero Energética

Site: www.si3ea.gov.co/Eure/

Tipos de refrigerantesEL AIRE ACONDICIONADOSite: www.elaireacondicionado.cl

RefrigeranteEL DICCIONARIO LIBRESite: http://es.thefreedictionary.com

Refrigerantes: FluidosEL RINCON DEL VAGOSite: www.rincondelvago.com

RefrigeranteDEFINICION-ES: Buscador de definiciones y significadosSite: www.definicion-es.com

Clasificación de los refrigerantesINSTITUO INTERNACIONAL DE LA REFRIGERACION. PARIS, FRANCIA.Organización intergubernamental para el desarrollo de la refrigeración.

Site : www.iifiir.org




ANEXOS

Clasificación de los Refrigerantes según Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas de 1979




Clasificación de los Refrigerantes según ANSI / ASHRAE 34


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