Propiedades Físicas y Químicas
Las propiedades físicas y químicas de los refrigerantes, no determinan directamente el calor que un refrigerante puede remover o absorber.
7. No Debe ser Tóxico ni Venenoso
Puesto que los refrigerantes son manejados por muchas personas, desde el fabricante, al distribuidor hasta el usuario, no deben representar ningún peligro. La mayoría de los refrigerantes sintéticos (hechos por el hombre, no encontrados en la naturaleza) no son tóxicos, y el riesgo es muy leve o prácticamente inexistente. Sin embargo, hay algunos refrigerantes que son realmente dañinos al hombre, aún en pequeñas concentraciones. En altas concentraciones en el aire, cualquier refrigerante puede causar asfixia, debido a que desplazan el aire y crean insuficiencia de oxígeno. La magnitud del daño depende de la concen- tración de refrigerante, su naturaleza y del tiempo que se esté expuesto a él.
Hasta esta fecha, en nuestro país no se ha definido claramente una reglamentación o clasificación para refrigerantes, de acuerdo a su seguridad relativa.
En muchos países, los refrigerantes están bien clasificados de acuerdo a su grado de toxicidad, y también a su grado de inflamabilidad.
Organizaciones como Underwriter's Laboratories, Inc. (UL) y National Board of Fire Underwriter's (NBFU) en Estados Unidos, han clasificado los refrigerantes de acuerdo a su toxicidad en 6 grupos. Los refrigerantes del grupo 1 son los más tóxicos, y los del grupo 6 son los menos tóxicos. En la tabla 12.15, se muestran estos grupos.
Por ejemplo, como se puede apreciar en la tabla, el R-12 no es tóxico y una persona puede vivir en una atmósfera con un alto porcentaje de este refrigerante durante períodos prolongados. En cambio, otros refrigerantes como el amoníaco (R-717), son tan tóxicos, que una exposición de 30 minutos en aire, con una concentración de 0.5% en volumen, se considera peligrosa y hasta letal. El bióxido de azufre, que ya no se usa como refrigerante desde hace muchos años, es el más tóxico, ya que la misma concentración, pero con menos tiempo de exposi- ción, puede ser letal.
Un punto interesante es, que estos dos refrigerantes aunque son los más tóxicos, tienen la ventaja de que su olor es muy ofensivo, y ponen alerta a la persona desde el momento que aparece el primer rastro de refrigerante.
Sin embargo, otros refrigerantes inoloros, como el R-30 (cloruro de metileno) o el R-40 (cloruro de metilo), son muy tóxicos, pero a causa de su cualidad inolora, pueden ser considerados aún más peligrosos, ya que no "avisan" como el amoníaco.
Otro factor que debe ser considerado en el tema de toxicidad de los refrigerantes, es la reacción a la flama. Los refrigerantes halogenados como el R-11, R-12, R-22, R-502, etc., se descomponen cuando se someten a altas temperaturas como las de una flama, formando vapores altamente tóxicos, aunque estos refrigerantes en sí son inofensivos. Cuando se utiliza una flama en presencia de estos refrigerantes, debe estar el área bien ventilada.
8. No Debe ser Explosivo ni Inflamable
Los refrigerantes varían extremadamente en cuanto a su facultad para arder o soportar la combustión.
En E.U. la organización National Refrigeration Safety Code (NRSC), cataloga a los refrigerantes en tres grupos de acuerdo a su grado de inflamabilidad o explosividad:
Grupo Uno - Los refrigerantes más seguros.
Grupo Dos - Refrigerantes moderadamente inflamables.
Grupo Tres - Refrigerantes inflamables.
Grupo Uno. Los refrigerantes en este grupo pueden utilizarse en cantidades mayores en cualquier instalación. Las cantidades permisibles son especificadas por la American Standard Safety Code for Mechanical Refrigeration. Estas cantidades son:
a. Hasta 9 Kg (20 lb) en cocinas de hospitales.
b. Hasta 23 Kg (50 lb) en concurrencias públicas.
c. Hasta 23 Kg (50 lb) en uso residencial (si se toman precauciones).
d. Hasta 9 Kg (20 lb) en sistemas de aire acondicionado residencial.
Algunos refrigerantes del Grupo Uno son:
R-11* Tricloromonofluorometano.
R-12* Diclorodifluorometano.
R-22 Monoclorodifluorometano.
R-500 Mezcla azeotrópica de R-12 (73.8 % ) y R-152a (26.2 %).
R-502 Mezcla azeotrópica de R-22 (48.8 %) y R-115 (51.2 %).
R-503 Mezcla azeotrópica de R-23 (40.1 %) y R-13 (59.9%).
R-744 Bióxido de carbono.
* El R-11 y el R-12, junto con otros clorofluorocarbonos (CFC's), están en proceso de defasamiento, ya que existe evidencia de que dañan la capa de ozono estratosférica (ver capítulo 9). Hasta esta fecha, los refrigerantes van a substituirlos (R-123 y R-134a), aunque tienen propiedades similares y se sabe que no son tóxicos ni inflamables, se les ha clasificado provisionalmente en el Grupo Uno, hasta que se concluyan sus pruebas toxicológicas. Grupo Dos. Los refrigerantes de este grupo pueden ser ligeramente inflamables, independientemente de que sean o no tóxicos.
Algunos refrigerantes de este grupo son:
R-717 Amoníaco.
R-40 Cloruro de metilo.
R-764 Bióxido de azufre.
El amoníaco fue uno de los primeros refrigerantes utiliza- dos, y en la actualidad, se emplea solamente en grandes instalaciones industriales y en algunos refrigeradores de absorción.
El R-40 y el R-764 ya no se usan en la actualidad. En un tiempo, el bióxido de azufre era el refrigerante más utilizado en refrigeradores domésticos. Aún existen algunas unidades trabajando cargadas con R-764 y R-40.
Grupo Tres. Los refrigerantes de este grupo forman mezclas combustibles, cuando se combinan con el aire. Los más comunes son:
R-170 Etano.
R-290 Propano.
R-600 Butano.
Estos compuestos en la actualidad ya no se utilizan como refrigerantes; por el contrario, debido a su alta inflamabilidad, algunos de estos refrigerantes, como el R-170, arden tan bien y tan rápidamente, que se usan como combustibles.
La diferencia entre un refrigerante muy inflamable (Grupo Tres) y uno moderadamente inflamable (Grupo Dos), depende de la proporción mezclada con el aire y el límite más bajo del rango. Un refrigerante del Grupo Dos, puede ser tan riesgoso como uno del Grupo Tres, si es que hay presente una cantidad suficiente. Por ejemplo, el rango inflamable del R-290 está entre 2% a 9% en el aire, mientras que el rango para el R-717 está entre 15% a 27%. El R-290 está catalogado de mayor riesgo, porque en pequeñas cantidades puede ser inflamable o hasta explosivo; sin embargo, el R-717 puede ser igual de riesgoso si está presente una cantidad suficiente para caer dentro del rango inflamable. La temperatura de flama cuando el amoníaco arde en el aire, es arriba de 1,650°C, y para el propano, es ligeramente más alta.
Los refrigerantes del Grupo Tres arden fácilmente en una amplia proporción de mezcla con el aire, y explotan violentamente si quedan encerrados en un lugar. Por supuesto que los refrigerantes inflamables pueden utilizarse con seguridad, y de hecho, así sucede, con vigilancia de parte del operario en lugares donde el riesgo de incendio es mínimo; pero es importante reconocer estos riesgos.
Clasificación Combinada. Una clasificación más actual de los refrigerantes, es la clasificación combinada en grupos de seguridad, hecha por las organizaciones American National Standards Institute (ANSI) y la American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, Inc. (ASHRAE), conocida como la norma ANSI/ASHRAE 34-1992. Esta clasificación combina la toxicidad con la inflamabilidad de los refrigerantes, y surgió de la revisión hecha a la norma 34-1989, la cual se hace cada cinco años; pero en esta ocasión se hizo a los tres años (1989-1992). La necesidad de esta revisión, surgió al desarrollarse nuevos refrigerantes y descontinuar otros que destruyen la capa de ozono. Se volvió aparente que el sistema de clasificación existente, el cual había evolucionado a través de muchos años, no sería adecuado para clasificar los refrigerantes nuevos. Se ingenió un sistema menos arbitrario, y se cambió la manera de identificación de como se venía haciendo anteriormente, de clasificar por separado la toxicidad de la inflamabilidad con un designador básico.
La nueva clasificación de grupos de seguridad, es de acuerdo a los siguientes criterios:
a. La clasificación deberá consistir de dos caracteres alfanuméricos. La letra mayúscula indica la toxicidad, y el número arábigo denota la inflamabilidad (por ejem- plo, B2 o A1).
b. En la clasificación de toxicidad, se asigna a los refrigerantes una de las dos clases - A o B - en base a la exposición permisible: la clase A, incluye refrigerantes a los cuales, no se ha identificado su toxicidad en concentraciones menores o iguales a 400 ppm (ligera- mente o nada ). La clase B, incluye refrigerantes para los cuales, existe evidencia de toxicidad en concentra- ciones por debajo de 400 ppm. (muy tóxicos).
c. En la clasificación de inflamabilidad, los refrigerantes se deberán asignar a una de tres clases - 1, 2 ó 3. La clase 1, incluye a refrigerantes que no muestran propagación de flama, al ser probados en aire a 101 kPa y a 18°C. La clase 2, incluye a refrigerantes que tienen un límite de inflamabilidad bajo (LFL)*, de más de 0.10 kg/m³ a 21°C y 101kPa, y un calor de combustión menor a 4,540 kcal/kg (19,000 kJ/kg). La clase 3, comprende los refrigerantes que son sumamente inflamables, tal como se define por medio del LFL*, menos o igual a 0.10 kg/m³ a 21°C y 101kPa, o por medio de un calor de combustión mayor o igual a 4,540 kcal/kg. En la tabla 12.16, se muestran estas clasificaciones.
* LFL, Lower Flammability Limit - Límite de Inflamabilidad Baja, es la concentración mínima de refrigerante que es capaz de propagar una llama, a través de una mezcla homogénea de refrigerante y aire, bajo ciertas condiciones de prueba.
En la tabla 12.17, se resume una comparación del sistema actual de clasificación de refrigerantes con el sistema anterior, de acuerdo a la norma ANSI/ASHRAE 34.
9. No Debe Tener Efecto Sobre Otros Materiales
Los materiales empleados en la construcción de equipos de refrigeración, generalmente no son directamente de interés para el técnico de servicio, puesto que la elección de esos materiales la hacen los fabricantes de equipo. Sin embargo, a continuación se mencionarán los efectos de algunos refrigerantes sobre varios materiales representativos, tales como metales, plásticos y elastómeros.
Compatibilidad con Metales. Debe seleccionarse un refrigerante que no tenga ningún efecto sobre los metales. Algunos refrigerantes, afortunadamente muy pocos, bajo ciertas condiciones, tienen efectos corrosivos sobre algunos metales o producen reacciones químicas que forman productos indeseables o contaminantes. A continuación se mencionan algunos ejemplos.
Los refrigerantes halogenados, bajo condiciones normales de operación, pueden utilizarse satisfactoriamente con la mayoría de los metales que comúnmente se usan en los sistemas de refrigeración, tales como: acero, hierro fundido, bronce, cobre, estaño, plomo y aluminio. Sin embargo, en condiciones severas de operación, como alta temperatura y en presencia de humedad, se afectan sus propiedades y reaccionan con los metales. No se recomienda utilizar refrigerantes halogenados con aluminio que contenga más del 2% de magnesio o magnesio y zinc, aún cuando la presencia de humedad sea muy pequeña.
Otras excepciones de reacciones con metales son las siguientes:
El R-717 (amoníaco) no debe utilizarse con cobre o cualquier aleación de cobre como bronce, estaño y zinc, ya que el amoníaco se combina rápida y completamente con cualquier humedad presente, provocando la corrosión de esos metales.
El R-40 (cloruro de metilo) no debe utilizarse con aluminio en cualquier forma. Se forma un gas altamente inflamable, y es grande el riesgo de explosión.
El R-764 (bióxido de azufre) en presencia de agua forma ácido sulfuroso, el cual ataca rápidamente al acero, al fierro, y en menor grado, a otros metales.
Compatibilidad con Elastómeros. Existe una variación considerable, en cuanto a los efectos producidos por los refrigerantes en los elastómeros y hules utilizados, tales como anillos "O", juntas, sellos, empaques y demás. Esto se debe a que los elastómeros contienen, además del polímero base, plastificantes y otros productos.
En la tabla 12.18, se muestran los efectos producidos en algunos elastómeros. Para medir este efecto, se sumergen muestras del material en refrigerante a temperatura ambiente, hasta conseguir la deformación (hinchamiento lineal) de equilibrio o máxima. Otros efectos, tales como extracción e hinchamiento o encogimiento permanente, son también importantes para determinar la compatibilidad de los refrigerantes con los elastómeros o plásticos, pero el hinchamiento lineal, es una muy buena indicación. En algunas circunstancias, la presencia de aceite lubricante, tenderá a alterar el efecto de refrigerante puro.
Compatibilidad con Plásticos. La mayoría de los materiales plásticos, no son afectados por los refrigerantes halogenados, por lo que se pueden utilizar en forma satisfactoria en la mayoría de las aplicaciones. Una excepción es el poliestireno, ya que algunos refrigerantes como el R-11 y el R-22, lo disuelven; el R-12 también, pero en menor grado.
En la tabla 12.19, se muestra el efecto de algunos refrigerantes sobre los plásticos más comunes.
En general, el efecto sobre los plásticos disminuye, a medida que aumenta el contenido de flúor en la molécula de los refrigerantes. Antes de utilizar algún material plástico con los refrigerantes, es conveniente realizar un ensayo de compatibilidad para una aplicación específica.
La resistencia del plástico a los refrigerantes, se puede ver alterada por variaciones en la estructura del polímero, agentes aglutinantes, plastificantes, temperatura, proceso de moldeado, etc.
10. Fácil de Detectar Cuando se Fuga
Todos los refrigerantes tienen una tendencia a fugarse, y cuando esto sucede, el refrigerante seleccionado debe ser fácilmente detectable.
En la actualidad, esto ya no es una deficiencia en ningún refrigerante, ya que se han desarrollado varios métodos para detectar fugas de cualquier refrigerante. Existen varios factores que determinan la tendencia de los refrigerantes a fugarse. Presión, viscosidad y densidad, son algunos de ellos. Cuando estas características son las mismas para diferentes refrigerantes, el que tiene más tendencia a fugarse, es el de menor peso molecular.
El razonamiento de por qué sucede esto, es simple. El refrigerante con mayor peso molecular, tiene moléculas más grandes. Esto significa que por una grieta de cierto tamaño, se fugaría más fácilmente un refrigerante de bajo peso molecular, que uno de mayor peso molecular.
En la tabla 12.20, se muestran los olores característicos, el peso molecular, y la raíz cuadrada del peso molecular de algunos refrigerantes. Matemáticamente, el tamaño de las moléculas de un compuesto, es proporcional a la raíz cuadrada del peso molecular. En la tabla se puede observar que el amoníaco, tiene una molécula de aproximadamente la mitad de tamaño de la del R-22. Esto significa que, en condiciones iguales de las propiedades mencionadas, se requeriría una grieta del doble de tamaño para que se fugue el R-22 que para el R-717. Esta es la razón por la que en las instalaciones de refrigeración de amoníaco, es muy común el olor, debido a la facilidad con que se fuga este refrigerante.
Un poco de olor en los refrigerantes puede ser una ventaja, ya que cualquier fuga, por muy pequeña, podría ser notada de inmediato y efectuarse la corrección de la misma, antes de perder todo el refrigerante o se haya ocasionado un daño mayor.
Aunque un olor fuerte y picante, como el de amoníaco, ayuda a indicar la presencia de una fuga, también podría ocasionar pánico en lugares públicos, o sacar a la gente de sus casas, y en general, crear problemas más importantes que la simple pérdida de refrigerante. Por lo tanto, aunque un ligero olor pudiera ser ventajoso, un refrigerante sin olor será normalmente mejor que un olor extremadamente ofensivo. La excepción a esto, son los refrigerantes que no tienen olor y son muy tóxicos, como el R-170. Algunas veces se añaden a estos compuestos algún olor irritante, como medida de precaución.
Detección de Fugas. La detección de fugas es un proble- ma continuo, principalmente con los refrigerantes que no tienen olor apreciable, como los halogenados, pero en la actualidad se han mejorado los métodos que facilitan su detección.
Por muchos años, el personal de servicio ha usado equipo detector de fugas, al hacerle servicio a sistemas de refrigeración. Los detectores de fugas existen no sólo para señalar fugas en puntos específicos, sino también para monitorear un cuarto de máquinas entero sobre una base continua. Existen varias razones para detectar fugas, como son: conservación de los refrigerantes, protección de equipo valioso, reducción de emisiones a la atmósfera y protección de los empleados.
El método para probar fugas varía con el refrigerante utilizado. Sin embargo, todos los métodos tienen un pro- cedimiento común: aplicar presión al sistema con nitrógeno o bióxido de carbono.
Un poco de olor en los refrigerantes puede ser una ventaja, ya que cualquier fuga, por muy pequeña, podría ser notada de inmediato y efectuarse la corrección de la misma, antes de perder todo el refrigerante o se haya ocasionado un daño mayor.
Aunque un olor fuerte y picante, como el de amoníaco, ayuda a indicar la presencia de una fuga, también podría ocasionar pánico en lugares públicos, o sacar a la gente de sus casas, y en general, crear problemas más importantes que la simple pérdida de refrigerante. Por lo tanto, aunque un ligero olor pudiera ser ventajoso, un refrigerante sin olor será normalmente mejor que un olor extremadamente ofensivo. La excepción a esto, son los refrigerantes que no tienen olor y son muy tóxicos, como el R-170. Algunas veces se añaden a estos compuestos algún olor irritante, como medida de precaución.
Detección de Fugas. La detección de fugas es un proble- ma continuo, principalmente con los refrigerantes que no tienen olor apreciable, como los halogenados, pero en la actualidad se han mejorado los métodos que facilitan su detección.
Por muchos años, el personal de servicio ha usado equipo detector de fugas, al hacerle servicio a sistemas de refrigeración. Los detectores de fugas existen no sólo para señalar fugas en puntos específicos, sino también para monitorear un cuarto de máquinas entero sobre una base continua. Existen varias razones para detectar fugas, como son: conservación de los refrigerantes, protección de equipo valioso, reducción de emisiones a la atmósfera y protección de los empleados.
El método para probar fugas varía con el refrigerante utilizado. Sin embargo, todos los métodos tienen un pro- cedimiento común: aplicar presión al sistema con nitrógeno o bióxido de carbono.
Precaución: Nunca utilice oxígeno o acetileno para desarrollar presión, al intentar detectar fugas. El oxígeno explota en la presencia de aceite. El acetileno se descompone y explota, si se presuriza arriba de 210 a 310 kPa (15 a 30 psig).
Con la precaución debida, se pueden utilizar el nitrógeno y el bióxido de carbono con seguridad, cuando se presurice un sistema para detectar fugas. La presión en el cilindro de nitrógeno, es aproximadamente 14 mega pascales MPa (2,000 psig), y en un cilindro de bióxido de carbono es de aproximadamente 6 MPa (800 psig). Cuando se pruebe de fugas con cualquiera de estos dos gases, siempre debe usarse un dispositivo reductor de presión que tenga regu- lador y válvula de seguridad.
Si se acumulara presión dentro de un sistema de refrige- ración, éste explotaría. Muchos accidentes han sido cau- sados por usar exceso de presión al probar de fugas.
La mayoría de los sistemas tienen una placa donde se recomienda la presión de prueba. Antes de presurizar el sistema con nitrógeno o bióxido de carbono, debe buscar- se esa placa. Si no se conoce esa presión, nunca sobre- pase los 1,300 kPa (170 psig) al probar parte o todo el sistema.
Al iniciar la prueba, es necesaria una presión positiva (mayor que la atmosférica) de 140 a 310 kPa (5 a 30 psig), a través de todo el circuito. Si no se encuentran fugas, entonces se prueba otra vez a la presión normal de condensación para el refrigerante utilizado, (p.e. 730 a 1,040 kPa [90 a 130 psig] para el R-12).
Es necesario revisar que no existan fugas, antes de hacer vacío a la unidad. La humedad puede entrar al sistema a través de una fuga, durante la evacuación. Si se detectan una o varias fugas, es muy importante revisar de nuevo toda la unidad completa, una vez hecha la reparación respectiva. Esto sirve para probar la reparación, y al mismo tiempo, detectar si hay fugas adicionales.
Tipos de Detectores. Las fugas en los sistemas de refrigeración, son usualmente muy pequeñas. Por lo tanto, los dispositivos detectores deben ser muy sensibles. Los detectores de fugas pueden ubicarse en dos amplias categorías: los que señalan fugas en puntos específicos y los monitores de área. Algunos de los dispositivos común- mente empleados son: soluciones de burbujas (jabón), lámpara de haluro, detectores electrónicos, tintes fluorescentes y tintes para refrigerantes. Cada método tiene su ventaja. Antes de comprar cualquiera de ellos, deberán considerarse varios criterios instrumentales, in- cluyendo la sensibilidad, los límites de detección y la selectividad.
Usando la selectividad como criterio, los detectores de fugas pueden ubicarse en una de tres categorías: no selectivos, selectivos de halógeno o específicos com- puestos. En general, mientras más específico es el detector, es más complejo y más caro.
Los detectores no selectivos, son aquellos que detectan cualquier tipo de fuga o vapor presente, sin importar su composición química. Típicamente, estos detectores son simples de usar, muy robustos, no son costosos y casi siempre portátiles. Sin embargo, su incapacidad para ser calibrados, su falta de selectividad y su falta de sensibilidad, limitan su uso a monitoreo de área.
Los detectores selectivos de halógeno utilizan un sensor especializado, que les permite detectar compuestos que contienen flúor, cloro, bromo y yodo, sin interferencia de otros compuestos. La mayor ventaja de estos detectores, es la reducción en el número de las molestas "falsas alarmas", causadas por la presencia de compuestos en el área, diferentes a los del objetivo.
Estos detectores típicamente son fáciles de usar, y tienen una mayor sensibilidad que los anteriores. Los límites de detección típicamente son: menos de 5 ppm cuando se usan como monitores de área, y menos de 1.4 g/año (0.05 oz/año) cuando se usan como detectores en puntos específicos. Son muy durables, y además, pueden ser calibrados fácilmente.
Los detectores específicos compuestos son los más complejos y también los más costosos. Estas unidades son típicamente capaces de detectar la presencia de un solo compuesto, sin interferencia de otros compuestos.
A continuación, se describen los métodos más comúnmente utilizados para detectar fugas, y algunas precauciones que se deben tener al utilizar los detectores.
Soluciones de Burbujas. El método de burbujas para detectar fugas, es probablemente tan antiguo como la necesidad de detectar las fugas, pero aún tiene su lugar. Consiste en usar una solución jabonosa, la cual se aplica con cepillo o esponja sobre el área donde se sospecha que hay fuga. El gas que pasa a través de la solución formará burbujas.
Existen soluciones especiales patentadas y diseñadas para detectar fugas, en vez de simple jabón. Estas forman una burbuja con una película más fuerte y más durable. La solución deberá limpiarse de la tubería o conexión después de la prueba.
En algunos casos, el ensamble completo se sumerje en agua, en kerosina o en alguna otra solución especial para detectar fugas. Agregar detergente en el líquido es útil, para evitar que las burbujas se adhieran al objeto donde no puedan ser vistas con facilidad.
Para los refrigerantes hidrocarburos (como el etano o el metano), el método de burbujas es el único método práctico, ya que estos refrigerantes no tienen olor, y no se pueden detectar con la lámpara de haluro o detector electrónico.
Algunas ventajas de utilizar el método de burbujas, son la facilidad de uso, bajo costo y fácil aplicación, comparado con la instrumentación. Una desventaja es que las fugas muy grandes, soplan a través de la solución y no aparecerán burbujas.
Tintes. Los tintes tanto de refrigerante como fluorescentes, son otra herramienta para ayudar a resolver problemas de fugas. El tinte de refrigerante dentro de un sistema, producirá un color rojo brillante en el punto de la fuga.
El refrigerante teñido de rojo (esta mezcla la prepara el fabricante de refrigerante) se introduce al sistema. Al escapar el refrigerante teñido por alguna grieta, el refrigerante se evapora y el tinte queda sobre la tubería en forma de mancha roja, muy persistente. Para asegurar una máxima detección de fugas, en la mayoría de los sistemas debe ser reemplazada la carga completa de refrigerante, por el refrigerante que contiene el tinte. La mayoría de las fugas se mostrarán en un tiempo muy corto. Sin embargo, en algunos casos será necesario esperar hasta 24 horas, debido a la proporción de circulación de aceite; ya que este método depende de la propor- ción con que circula el aceite.
Otro método empleado desde hace varios años, es el tinte fluorescente. Estos tintes, invisibles bajo la luz ordinaria, pero visibles bajo luz ultravioleta (UV), se utilizan para señalar fugas en los sistemas. Estos tintes comúnmente se colocan en el aceite lubricante, al momento de darle servicio al sistema. Al igual que los otros tintes, en el lugar de la fuga quedará una mancha, la cual se detecta solamente mediante la luz ultravioleta.
Antes de agregar los tintes al sistema, es recomendable asegurarse que sean compatibles con el refrigerante y el aceite.
Lámpara de Haluro. También se le conoce como antorcha o soplete de haluro. Esta ha sido utilizada durante muchos años para detectar fugas de refrigerantes halogenados.
El principio sobre el que funciona este detector es el siguiente: la mayoría de los sopletes (alcohol, propano, acetileno, etc...) arden con una flama casi incolora. Si se coloca una tira de cobre en esta flama, seguirá siendo incolora. Sin embargo, si se pone en contacto con la tira caliente de cobre aún la más pequeña cantidad de refrigerante halogenado (R-12, R-22, R-500, R-502, etc.), la flama inmediatamente tomará un color verde claro. El color se debe a la reacción entre el refrigerante descompuesto y la placa de cobre caliente, montada en el centro del quemador de la antorcha. El aire para la combustión es atraído hacia el quemador, a través de una manguera flexible. El otro extremo de la manguera está libre, y es el que se mueve a diferentes partes del sistema. Si este extremo de la manguera se coloca cerca de una fuga, algo del vapor del refrigerante fugado será succionado a través de la manguera hacia el quemador. Inmediatamente, el color de la flama se volverá verde, indicando la fuga.
La lámpara de haluro puede utilizarse con todos los refrigerantes halogenados, excepto aquellos que contienen un alto porcentaje de flúor, tales como el R-13 y el R-14. Una vez adquirida la habilidad de uso, es fácil y rápida de usar, y puede detectar fugas muy pequeñas.
Puesto que la detección de fugas con la lámpara de haluro depende de la observación visual, su buen uso depende de qué tan bien pueda apreciar el operador los cambios de color . Hay indicios de que después de largos períodos de uso, el ojo se fatiga y es más difícil notar el cambio de color.
No se recomienda el uso de la lámpara de haluro para detectar fugas de refrigerantes altamente inflamables, como el R-170 (etano).
Detector Electrónico. El detector de fugas más sensible de todos, es el electrónico. Utiliza circuitos transistorizados y el abastecimiento de energía es por medio de pilas. Existen tres tipos:
1. Detector de fuentes de Iones.
2. Tipo termistor (basado en cambio de temperatura).
3. Tipo dieléctrico, mide el balance en el aire circundante,
y luego responde sólo a gas halógeno.
El detector de fugas electrónico se ha vuelto el más ampliamente utilizado, tanto en el campo de servicio, como en la fabricación y ensamble de equipos.
Para ponerlo en operación, el detector se enciende y se ajusta en una atmósfera normal. Al hacer esto, el detector sólo zumba; cuando "siente" algún refrigerante halogenado (R-12, R-22, R-502, R-500, etc.) el detector lo delatará. Entonces, la sonda detectora de fugas se pasa sobre las superficies sospechosas de fugas. Si hay una fuga, por pequeña que sea, el refrigerante halogenado es atraído hacia la sonda. El detector de fugas emitirá un sonido estridente o una luz intermitente, o ambos; porque el nuevo gas cambia la resistencia en el circuito.
El principio de operación de los detectores de fugas electrónicos, está basado en la diferente conductividad de diferentes gases. En el detector del tipo de fuente de iones, el refrigerante es descompuesto a alta temperatura por un alambre de platino, y se mide el cambio de corriente debido a la ionización del refrigerante. Algunos detectores se basan en la diferencia dieléctrica de los gases. Los gases fluyen entre las capas de un capacitor. Estos gases actúan como el dieléctrico (aislante) para cada capacitor. Las diferentes frecuencias de un oscilador indican la fuga.
Debido a la gran sensibilidad de estos detectores, se deben tener algunos cuidados, para asegurarse que no se obtengan falsas indicaciones.
1. Aunque están diseñados para usarse con refrigerantes halogenados, algunas sustancias pueden interferir en la prueba, tal es el caso del alcohol y el monóxido de carbono.
2. La sensibilidad depende de la naturaleza del refrigerante; por ejemplo, el R-12 y el R-22 pueden detectarse igualmente bien. El R-11 requerirá una fuga 1.25 veces la del R-12, para la misma sensibilidad. Para el R-13, la fuga necesitaría ser más de 30 veces la del R-12.
3. Deben reducirse al mínimo las corrientes, apagando ventiladores y otros dispositivos que causen movimiento de aire.
4. Siempre coloque la punta sensora debajo de donde se sospeche que hay fuga, ya que los refrigerantes halogenados son más pesados que el aire, tendiendo a ir hacia abajo.
Al localizar fugas con el detector electrónico, se debe de mover muy lentamente la punta sensora (aproximadamente 3 cm por segundo).
El detector electrónico, al igual que la lámpara de haluro, es difícil de usar alrededor de tuberías o componentes aislados con uretano o poliestireno; ya que estos materiales se "espuman" con algunos refrigerantes halogenados (R-11 o R-12), al quedar estos atrapados en las pequeñas celdas. Al reventarse, estas celdas liberan pequeñas cantidades de refrigerante; por lo que estos dispositivos darán indicación de fuga todo el tiempo. En estos casos, es mejor usar la prueba de burbujas.
Para localizar fugas en sistemas que usan amoníaco como refrigerante, existen dos métodos: la mecha (o vela) de azufre y el papel tornasol. El más común es el primero, y no es otra cosa que una mecha impregnada de azufre, la cual prende y se mueve por donde se sospecha que hay fuga. Al arder el azufre se forma bióxido de azufre, el cual en presencia del amoníaco, produce un humo blanco muy denso, indicando la fuga. Mientras mayor sea la fuga, más blanco y más denso es el humo.
El método del papel tornasol consiste en acercar una tira húmeda de este papel, a las partes donde se sospecha que haya fuga. Como el amoníaco es extremadamente alcalino, al contacto con la tira de papel tornasol, ésta cambiará de color.
En la tabla 12.21, se muestran las pruebas de fugas aplicables a cada refrigerante.
11. Debe ser Miscible con el Aceite
La miscibilidad del aceite y el refrigerante, juega un papel muy importante en el diseño de los sistemas de refrigera- ción. La miscibilidad del aceite con el refrigerante, se puede definir como la capacidad que tienen estos para mezclarse. En el capítulo 4, "Separadores de Aceite", se explica ampliamente la miscibilidad de los refrigerantes con los aceites, tanto minerales como sintéticos.
Aunque la función del aceite es lubricar las partes móviles del compresor, no se puede evitar que algo de aceite se vaya hacia el sistema junto con el refrigerante, aun cuando se cuente con un separador de aceite. Por lo tanto, hay dos partes del sistema donde esta relación es de interés: el cárter del compresor y el evaporador.
Esta miscibilidad tiene sus ventajas y desventajas. Las principales ventajas son: la facilidad relativa para retornar el aceite al compresor, y la lubricación de diferentes partes del sistema, como válvulas. Las desventajas son: la dilu- ción del aceite en el cárter del compresor, disminución de la transferencia de calor en el evaporador, falta de lubrica- ción y problemas de control.
En la tabla 12.22, se muestran las relaciones de solubilidad entre un aceite mineral y los refrigerantes. Como se puede observar, algunos refrigerantes son completamente mis- cibles con el aceite, algunos son parcialmente solubles, y otros prácticamente son insolubles. Los ejemplos de esta tabla son soluciones que contienen un 10% en peso de aceite mineral.
A continuación, se analizarán brevemente las relaciones entre refrigerantes y aceites, en los dos puntos de interés mencionados. En el capítulo 4, "Separadores de Aceite", se mencionan con más detalle estas relaciones en todos los componentes del sistema.
Solubilidad en el Cárter. Los refrigerantes que son completamente miscibles con el aceite, como el R-12, el mayor problema es la dilución del aceite en el cárter del compresor cuando el sistema no está en operación. Pues- to que la presión tiende a igualarse entre el lado de alta y el de baja, cuando el sistema no está operando, el refrige- rante tiende a acumularse en el cárter. Debido a la miscibilidad, el refrigerante se disuelve en el aceite y cuando esto sucede, los cojinetes pueden no tener la lubricación suficiente por un breve período al arranque del compresor. Eventualmente, esta condición puede causar desgaste excesivo y falla de los cojinetes.
Este problema se previene reduciendo la cantidad de refrigerante en el aceite, por medio de dos métodos:
a) Calentadores de cárter.
b) Mediante el uso de una válvula solenoide conectada al control de baja o al termostato (pump down).
Si el refrigerante no es soluble en el aceite o es parcialmen- te soluble, como es el caso del R-717 y el R-22, se pueden formar dos capas en el cárter cuando el sistema no está operando. Con los refrigerantes pesados como el R-22, la capa de aceite estará arriba, mientras que con los ligeros como el amoníaco, la capa de aceite estará abajo. Puesto que la capa de aceite no contiene mucho refrigerante, sus propiedades lubricantes no cambian significativamente. Aunque en el fondo esté la capa de refrigerante líquido rodeando los cojinetes, generalmente a éstos les queda suficiente aceite para darles una lubricación adecuada durante el arranque, hasta que se obtengan las condicio- nes normales de operación.
Las temperaturas a las que se forman dos capas líquidas son diferentes para cada refrigerante, como se muestra en la tabla 12.22. La temperatura de separación, depende también de la clase y cantidad de aceite. Por ejemplo, con una mezcla de 90% refrigerante 22 y 10% de aceite mineral, están presentes dos capas líquidas a temperaturas menores a -9°C. Cuando el aceite aumenta a 18%, la temperatura de separación es de 1°C. A concentraciones más altas de aceite, la temperatura disminuye de tal manera, que la separación se lleva a cabo a -40°C o menos, cuando está presente un 70% de aceite. Por esta razón, es muy poco probable que se presenten dos capas líquidas en el cárter cuando se usa R-22.
Solubilidad en el Evaporador. En el evaporador las temperaturas son, por supuesto, más bajas que en el cárter; y la concentración de aceite es, relativamente más baja. Bajo estas condiciones, el factor importante es la viscosidad del aceite. Esto es importante porque un aceite demasiado viscoso, es difícil de remover del evaporador; mientras que un aceite demasiado ligero es fácilmente "arrastrado" por el refrigerante, fuera del evaporador. Cuando el refrigerante se disuelve en el aceite, se reduce la viscosidad. Por lo tanto, como regla general, cuando la solubilidad del refrigerante en el aceite es alta, el aceite tiende a ser removido más fácilmente del evaporador. El diseño del evaporador y las dimensiones de la tubería, son también factores importantes para ayudar al aceite a salir del evaporador.
12. No Debe Reaccionar con la Humedad
Todos los refrigerantes absorben humedad en cantidades variables. En un sistema de refrigeración, esta cantidad debe mantenerse por debajo del límite máximo permisible, para que pueda operar satisfactoriamente. Por lo tanto, es imperativo que se elimine la humedad de los componentes del sistema durante su manufactura, y que se tomen precauciones para evitar que entre al sistema, durante las operaciones de instalación o de servicio. Los refrigerantes y los aceites son abastecidos por los fabricantes, con límites muy bajos de humedad. Se debe hacer un gran esfuerzo por mantener la humedad fuera de los sistemas de refrigeración, por dos principales razones:
1. El exceso de humedad, como el "agua libre", puede congelarse a bajas temperaturas y restringir o detener el paso de refrigerante, a través de la válvula de termo expansión o del tubo capilar.
2. El exceso de agua puede reaccionar con el refrigerante formando ácidos corrosivos, los cuales causarán atascamientos, corrosión, quemaduras del motocompresor, y en general, deterioro del sistema de refrigeración.
En el capítulo 1, "Filtros Deshidratadores", viene más información sobre la solubilidad del agua en los refrigerantes, y los problemas que causa en los sistemas de refrigeración.
La tabla 12.23, muestra la solubilidad del agua en fase líquida para algunos refrigerantes. El R-170 (etano) no está indicado porque por ser un hidrocarburo, para efectos prácticos, no absorbe agua; es decir, el agua no es soluble en este refrigerante, por lo que el agua está normalmente "suelta", congelándose en los puntos de baja temperatura. El R-717 (amoníaco) es miscible con el agua en todas las proporciones y a todas las temperaturas, por lo que no es problema la formación de hielo.
En la mayoría de los demás refrigerantes, la solubilidad con el agua es baja, especialmente a bajas temperaturas. Si en un refrigerante hay más agua de la que puede tener en solución a temperaturas por abajo de 0°C, se formará hielo y éste puede depositarse en las válvulas de expansión o tubos capilares. Se puede ver que este problema es más serio para el R-12 y menos serio para el R-22 y el R-134a, ya que, por ejemplo, a -10°C, el R-134a puede contener disueltas 476 ppm y el R-12 sólo puede tener 14 ppm.
El agua por sí sola, puede causar corrosión de las partes metálicas de un sistema de refrigeración, especialmente si algo de aire está presente. Se puede formar moho e incrustaciones, y emigrar a partes del sistema donde su presencia causará problemas. Cuando hay exceso de agua en un sistema de amoníaco, se forma una base fuerte, la cual puede afectar el aislamiento, las juntas, empaques y otras partes no metálicas del sistema.
Con los refrigerantes halogenados, el agua puede formar ácidos mediante una reacción llamada hidrólisis, principalmente ácido clorhídrico. Estos ácidos pueden corroer los metales y atacar el aislamiento del devanado del motocompresor. Normalmente, esta hidrólisis es muy lenta y se vuelve más seria si hay presente agua suelta. También, las altas temperaturas de operación aceleran la reacción.
Desde cualquier punto de vista, la presencia de agua en un sistema de refrigeración es indeseable.
En sistemas normales que estén razonablemente limpios y secos, la estabilidad del refrigerante no es un problema. La mayoría de los refrigerantes tienen una estabilidad adecuada para las aplicaciones donde se utilizan. Las temperaturas máximas recomendadas de exposición para diferentes refrigerantes, aparecen en la tabla 12.24. Se supone que el cobre, el acero y el aceite lubricante siempre están presentes en el sistema. Estas temperaturas límite se basan en la prueba de tubo sellado (ver capítulo 10 "Aceites"). De cualquier manera, son una buena guía para la operación de los equipos de refrigeración. Si no se exceden estos límites, el sistema debe operar satisfactoriamente por muchos años, en lo que al refrigerante concierne. Bajo condiciones anormales, habiendo presente excesivas cantidades de humedad, aire y quizá otros materiales extraños, las temperaturas de la tabla 12.24 pueden ser muy altas. Cuando esto ocurre, pueden resultar problemas operacionales, aún a temperaturas más bajas.
El amoníaco es un refrigerante estable bajo condiciones normales de operación, aun cuando las temperaturas de descarga del compresor, sean generalmente, más altas que las de los refrigerantes halogenados.
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