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Refrigerantes Alternos

Wed, 13 Sep 2023 10:55:58 -0600

¿Cuál es el Código de colores para los C.R.?

Wed, 13 Sep 2023 10:52:08 -0600

Código de Colores para los Cilindros de Refrigerantes

Los contenedores utilizados para el manejo de refrigerantes ya sea a granel, en tambores, latas o cilindros retornables o desechables, se codifican con algún color. Hace algunas décadas no había unificación de colores por parte de los fabricantes de refrigerantes. Posteriormente, se estandarizó un código de colores adoptado mundialmente por los fabricantes, aunque no era un método oficialmente reconocido para identificar el contenido del cilindro, como sucedía con otros gases industriales, tales como el nitrógeno, el acetileno, el oxígeno, etc.

En años recientes, con el surgimiento de una gran cantidad de nuevos refrigerantes para reemplazar a los CFC's y algunos HCFC's, la codificación de colores no se hace arbitrariamente. La mayoría de los fabricantes se apegan a los lineamientos establecidos por el ARI (Air Conditioning and Refrigeration Institute), para la asignación de colores a los contenedores de refrigerantes.

Esta codificación, permite a los técnicos y contratistas identificar rápida y fácilmente el refrigerante, por el color del contenedor, evitando mezclar accidentalmente diferentes refrigerantes en un sistema. Pero siempre se debe leer la etiqueta e identificar el contenido, antes de utilizarlo. A continuación, en la figura 12.27, se muestra una lista de los refrigerantes más populares que incluye algunos que ya están descontinuados, y también algunos de los nuevos.

¿Qué sucede cuando mezclas Refrigerantes?

Wed, 13 Sep 2023 10:48:00 -0600

Mezclas de Refrigerantes

Por muchos años ha habido interés por el uso de refrigerantes mezclados, tanto en estudios de calorímetros como en pruebas en el campo. Cuando se considera este tema, surgen una cantidad de preguntas. ¿Es seguro mezclar refrigerantes? ¿Cuáles son las ventajas y desventajas? ¿Cuándo pueden usarse las mezclas? ¿Cómo se afecta el funcionamiento del refrigerante? ¿Cómo cambiará la solubilidad del aceite? Estas y otras preguntas similares, en términos generales, no pueden ser totalmente contestadas. Cada mezcla propuesta debe ser examinada en detalle.

Obviamente, los refrigerantes que se mezclan deben ser compatibles entre sí; es decir, no deben tener efectos químicos uno sobre otro, ni inmediatamente ni por un largo período. Con los refrigerantes halogenados, los cuales por su naturaleza son todos similares, esto no es un problema. En sistemas herméticos, la mezcla no debe tener ningún efecto sobre el aislamiento eléctrico. Deberá tener suficiente estabilidad para dar años de operación libre de problemas. Como con cualquier otro refrigerante, una mezcla se desempeña mejor en el equipo que ha sido diseñado para ella.

Cuando se mezclan dos o más compuestos diferentes, los cuales se utilizan individualmente como refrigerantes, se pueden formar dos tipos de soluciones: una mezcla zeotrópica (o mezcla simple) o una mezcla azeotrópica. Ambos tipos de mezclas pueden operar en equipos de refrigeración, aunque las mezclas azeotrópicas tienen ciertas ventajas.

Un compuesto puro, tal como el R-134a, tiene una sola curva que define sus relaciones de presión y temperatura de saturación. Las mezclas azeotrópicas, tales como el R-502 y el R-507, también tienen una sola relación de presión-temperatura, igual que un solo compuesto puro. Las mezclas zeotrópicas se comportan un poco diferente, como se explicará a continuación.

Mezclas Zeotrópicas. Se llama así a las mezclas formadas por dos o más componentes (refrigerantes puros) de diferente volatilidad. Cuando estas mezclas se evaporan o se condensan en un sistema de refrigeración, su composición y su temperatura de saturación cambian. La palabra zeótropo se deriva de las palabras griegas zein = hervir, y tropos = cambiar.

Al hervir esta mezcla en un evaporador, la composición del líquido remanente cambia. Esto es, al empezar a hervir el líquido, se evapora un porcentaje más elevado del componente más volátil. Por lo tanto, conforme continúa hirviendo la mezcla, el líquido remanente tiene menor concentración del componente más volátil, y mayor concentración del menos volátil.

El cambio de composición del líquido, da como resultado un cambio en el punto de ebullición. La temperatura a la cual empieza a hervir el líquido (líquido saturado), se le conoce punto de burbuja. La temperatura a la cual se evapora la última gota de líquido (vapor saturado), se le llama punto de rocío. A una misma presión, la temperatura del punto de burbuja es más baja que la del punto de rocío para cualquier mezcla zeotrópica. A este fenómeno se le conoce como "deslizamiento de temperatura". En la figura 12.25 se muestra la composición del R-401A, durante su ebullición. Este es una mezcla zeotrópica formada por R-22 (53%), R-152a (13%) y R-124 (34%).

Este deslizamiento de temperatura también ocurre en el condensador, pero aquí, la temperatura de condensación disminuye en lugar de aumentar. El inicio de la condensación es en su punto de rocío, cuando todo el vapor se ha condensado, este es el punto de burbuja.

El deslizamiento de temperatura puede variar, dependiendo de la mezcla, desde 1° ó 2 °C hasta varias decenas de grados centígrados. Cuando una mezcla tiene un deslizamiento menor, que no conduce a errores consecuentes en el cálculo para una aplicación en un sistema de refrigeración, se le llama "mezcla casi azeotrópica".

De 1990 a la fecha, los fabricantes de refrigerantes han desarrollado más mezclas zeotrópicas de las que existían, hasta antes de dicho año. Estas mezclas son transitorias y se desarrollaron para substituir a los refrigerantes HCFC's, tales como el R-12, el R-22 y el R-502. Estos últimos van a dejar de fabricarse y usarse alrededor del año 2030. Estas mezclas ya se encuentran disponibles comercialmente, y algunas se van a quedar permanentemente como reemplazos para el R-22 y el R-502.

A las mezclas zeotrópicas comerciales, se les debe asignar un número de identificación en la serie 400. Este número indica qué componentes se encuentran en la mezcla, pero no el porcentaje de cada uno de ellos. La cantidad se designa como se muestra en la figura 12.3.

Mezclas Azeotrópicas. Se llama así a las mezclas de dos o más componentes de diferente volatilidad, las cuales, al ser utilizadas en un sistema de refrigeración, NO cambian su composición ni su temperatura de saturación al hervir en el evaporador, o se condensan a una presión constante.

La composición del líquido es la misma que la del vapor. Las mezclas azeotrópicas pueden inclusive ser destiladas, sin que cambie su composición. El prefijo "a" antes de la palabra zeótropo, es de raíz latina, y significa una negación, por lo que la palabra azeótropo se puede interpretar como que "no cambia al hervir".

Al combinar los componentes, la mezcla resultante se comporta en muchas maneras, como si fuera un solo refrigerante puro, con una sola temperatura de saturación correspondiente a una presión dada.

Generalmente el punto de ebullición resultante de una mezcla azeotrópica, es menor o igual que el del componente con el más bajo punto de ebullición, como se puede ver en la tabla de la figura 12.26. En esta tabla, se muestran algunos ejemplos de mezclas azeotrópicas, la mayoría de las cuales no tienen importancia comercial, y en algunos casos, incluyen materiales tóxicos o inflamables. Las mezclas que contienen refrigerantes clorofluorocarbonos (CFC) como R-12, R-114, R-115, etc... van a desaparecer ya que estos refrigerantes CFC se dejaron de utilizar a fines del año 1995. Las mezclas que contienen refrigerantes hidroclorofluorocarbonos (HCFC) como el R-22, R-23, R-152a, R-143a, R-125, etc. van a permanecer un poco más tiempo en el mercado, puesto que estos refrigerantes están programados para desfasamiento para el año 2030 o antes.

Algunos fabricantes de refrigerantes se han adelantado al desfasamiento, y han desarrollado mezclas a base de hidrofluorocarbonos (HFC), los cuales no dañan la capa de ozono. Estas mezclas surgieron como alternativas para los HCFC's, tales como el R-22, el R-502 y el R-503 y algunos se van a quedar en forma permanente. Tal es el caso del R-507, el cual es una mezcla azeotrópica con 50% de R-125 y 50% de R-134a, y sustituye al R-22 o al R-502 en aplicaciones de media y baja temperatura.

A las mezclas azeotrópicas que se comercialicen, deberá asignárseles un número de identificación progresiva de la serie 500, como se muestra en la figura 12.26.

Ventajas de los Azeótropos como Refrigerantes. Ambas mezclas, las zeotrópicas y las azeotrópicas, pueden usarse como refrigerantes. En sistemas con evaporador tipo "seco" o de expansión directa, la mezcla completa se evapora antes de salir del evaporador. La composición permanece igual a través de todo el ciclo de refrigeración, y ambas mezclas pueden utilizarse bajo estas condiciones. En sistemas con evaporadores de tipo "inundado", una mezcla azeotrópica tendrá la ventaja de composición constante durante la evaporación. Con las mezclas zeotrópicas, es probable que el líquido en el evaporador sea mucho más rico en el componente de más alto punto de ebullición.

Otra ventaja es el bajo punto de ebullición del azeótropo, lo que significa temperaturas de evaporación más bajas y con frecuencia, mayor capacidad. Por ejemplo, el R-500 tiene un 20% más de capacidad que el R-12 cuando se utiliza en las mismas condiciones, con el mismo propósito y con el mismo tamaño de motor.

Los refrigerantes de mezclas azeotrópicas más empleadas comercialmente, son el R-500, el R-502, el R-503 y el R-507. Estos son refrigerantes patentados y el proceso de fabricación es bastante complejo, por lo que los técnicos de servicio no deben intentar nunca hacer sus propias mezclas.

Propiedades físicas y químicas de los refrigerantes

Wed, 13 Sep 2023 10:34:13 -0600

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 exposición, 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 desfasamiento, 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 ejemplo, 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 concentraciones 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 procedimiento común: aplicar presión al sistema con nitrógeno o bióxido de carbono.

Detección de Fugas. La detección de fugas es un problema 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.

El método para probar fugas varía con el refrigerante utilizado. Sin embargo, todos los métodos tienen un procedimiento 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 regulador y válvula de seguridad.

Si se acumulara presión dentro de un sistema de refrigeración, éste explotaría. Muchos accidentes han sido causados 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, incluyendo 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 compuestos. 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 sumerge 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 proporción 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 censora 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 censora (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 refrigeración. 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 dilución del aceite en el cárter del compresor, disminución de la transferencia de calor en el evaporador, falta de lubricación 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 miscibles 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. Puesto que la presión tiende a igualarse entre el lado de alta y el de baja, cuando el sistema no está operando, el refrigerante 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 parcialmente 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 condiciones 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.

¿Qué propiedades tiene el vapor sobrecalentado?

Wed, 13 Sep 2023 09:16:33 -0600

Propiedades del Vapor Sobrecalentado

En un sistema de refrigeración, el vapor saturado en el evaporador, es sobrecalentado un poco en el momento que sale del evaporador (generalmente de 4° a 7°C), y luego se sobrecalienta un poco más en la línea de succión.

Al llegar al compresor, se le agrega un sobrecalentamiento adicional por el trabajo hecho por la compresión. En el condensador, algo del calor removido es latente, y otra parte es sensible al sobrecalentamiento.

Las tablas de propiedades del vapor sobrecalentado, proporcionan esta información adicional. Aunque los diagramas de Mollier son más fáciles de usar, no son tan precisos como las tablas.

En la tabla 12.14, se muestra una sección de las tablas de vapor sobrecalentado del R-22, a intervalos de presión.

En el primer renglón está la presión absoluta (kPa), en el siguiente renglón está la presión manométrica (psig), y en seguida, la temperatura de saturación correspondiente a esas presiones. Por ejemplo, a la presión absoluta de 1,200 kPa, la presión manométrica es 159.3 psig, y la temperatura de saturación a esa presión es 30.25°C.

Enseguida, hay tres columnas: "V" o volumen en litros por kilogramo; "H" o contenido de calor (entalpia) en kilocalorías por kilogramo arriba de líquido a -40°C, "S" o entropía en kilocalorías por kilogramo y por grado Kelvin (desde -40°C).

Los valores entre paréntesis, son las propiedades de saturación; es decir, 19.61 es el volumen del vapor saturado de R-22, a la presión de 1,200 kPa y a la temperatura de 30.25°C. Todas las demás cantidades en cada columna debajo de estas propiedades, son los valores del vapor sobrecalentado a diferentes temperaturas de sobrecalentamiento. Por ejemplo, la entalpia del vapor de R-22 a una presión de 159.3 psig, con un sobrecalentamiento de 12.75°C (43-30.25), es 64.59 kcal/kg.

Tablas de Propiedades Termodinámicas

Wed, 13 Sep 2023 09:13:12 -0600

Tablas de Propiedades Termodinámicas

Todas las propiedades termodinámicas vistas hasta aho- ra, tales como presión, temperatura, volumen específico y entalpia, se publican en forma de tabla para cada refrigerante. Estas tablas las elaboran los fabricantes de refrigerantes y algunas asociaciones relacionadas con refrigeración, y se pueden encontrar en libros de texto, manuales o boletines técnicos.

En la tabla 12.12, se muestra una parte de las propiedades termodinámicas del R-22, en condiciones de saturación, donde se pueden observar además de las propiedades ya vistas, otras como la densidad y entropía.

Las unidades de densidad en fase vapor están en g/l (1 g/l = 1kg/m³); es decir un litro de vapor de R-22 a 30°C, pesa 50.6 gramos, y un litro de vapor de amoníaco pesa 9 gramos.

Los valores del volumen específico de un refrigerante (y en general de cualquier fluido), como los que se muestran en la tabla 12.10, son el recíproco de los valores de la densidad. Por ejemplo, la densidad de R-22 líquido a -15°C es 1.334 kg/l. Si dividimos 1 entre este valor, obtenemos el valor del volumen específico del R-22 líquido a -15°C, o sea, 0.7496 l/kg. Lo mismo es cierto para los valores del vapor saturado a -15°C. La densidad del R-22 es 12.882 g/l; por lo que su volumen específico es 1/12.882 = 0.0776 l/g (77.6 l/kg).

Los valores de la densidad tienen algunas aplicaciones útiles para cálculos de ingeniería, mayormente la densidad en fase líquida. La densidad en fase vapor es útil en problemas que involucran al evaporador, la línea de succión y el condensador. La densidad en fase líquida se utiliza, entre otras cosas, para calcular la capacidad de cilindros o tanques recibidores.

Por ejemplo, un tanque recibidor tiene un volumen interno de 0.04816 m³ (si no se conoce el volumen del tanque, se puede calcular con el diámetro interior y la altura). Si se fuera a utilizar con R-22, ¿cuál sería su capacidad de líquido segura? Existen dos métodos para determinarla.

a) Si la temperatura ambiente es de 25°C, el R-22 tiene una densidad de 1,194 kg/m³ (o bien, 1.194 kg/l); así que, el recibidor, tendría una capacidad de 1,194 x 0.04816 = 57.5 kg y estaría completamente lleno. Pero si la temperatura ambiente (y la del tanque) aumentara a 38°C, a este recibidor sólo le cabrían 54.9 kg (0.04816 x 1,140, la densidad a 38°C). Es decir, 2.6 kg menos que a 25°C, por lo que el tanque podría reventarse. A mayor temperatura, como 52°C, sería aún peor; (0.04816 x 1,075 = 51.77 kg), o sea 5.73 kg menos que a 25°C.

Se puede permitir arbitrariamente un 15% de factor de seguridad, y llenarlo a un 85% de su capacidad total de líquido. Entonces, 0.85 x 57.5 = 48.87 kg, que es la cantidad que se deberá poner en este tanque recibidor. Este método, es similar al método que se basa en el volumen de agua de cilindros para refrigerante.

b) Un método mejor y más fácil, es determinar la temperatura más alta a la que podría estar expuesto el tanque recibidor, y multiplicar la densidad del líquido a esa temperatura por el volumen interno del tanque. Nunca se debe considerar esta temperatura máxima menor a 55°C. En climas calientes donde un recibidor, cilindro u otro recipiente pueda estar expuesto a los rayos directos del sol, se debe usar una temperatura máxima de 60°C, o aún de 65°C, y seleccionar la densidad del líquido a esa temperatura.

En nuestro ejemplo, estableceríamos una capacidad máxima del recibidor, basándonos en una temperatura de 55°C de (0.04816 x 1,059) = 51.0 kg.

Para otros refrigerantes, el mismo tanque recibidor tendrá diferente capacidad. Por ejemplo, seleccionando una temperatura máxima de 55°C para el R-12, tendría una capacidad de (0.04816 x 1,188.80) = 57.25 kg.

La densidad del vapor de cada refrigerante también varía con la temperatura. Sin embargo, hay una diferencia importante: la densidad del vapor saturado aumenta al subir la temperatura, mientras que la densidad del líquido disminuye al aumentar la temperatura. Por ejemplo, a 4°C de saturación, la densidad del vapor del R-22 es 24.03 g/l, pero a -18°C es solamente 11.58 g/l. Nótese que son vapores saturados. Si se sobrecalienta un vapor saturado, como sucede en la línea de succión, se expande y su densidad se vuelve menor. Esta no es la misma condición que al calentar un líquido, ya que la densidad de un vapor saturado de un líquido más caliente es mayor que la de un líquido más frío.

Esta es la razón principal por la que un sistema de refrigeración tiene mayor capacidad con un evaporador a 4°C, que con un evaporador a -18°C. El vapor saturado a 4°C está más del doble denso que el vapor saturado a -18°C; por lo que en un cilindro de compresor el vapor a 4°C pesa más del doble que a -18°C. Consecuentemente, en el compresor circula más del doble de refrigerante, resultando más del doble de capacidad.

Curvas de Presión - Temperatura

Tue, 12 Sep 2023 13:56:13 -0600

Curvas de Presión - Temperatura

En la escala vertical se tiene la presión en kilo pascales (o en psig), y en la escala horizontal se tiene la temperatura en grados centígrados (o en grados Fahrenheit). Cualquier punto sobre la curva, representa el punto de ebullición del refrigerante. Cada punto también se puede llamar "punto de condensación". La razón es que, cualquier mezcla de líquido y vapor a la temperatura y presión de saturación, puede estar en cualquiera de las tres etapas: ebullición, condensación o equilibrio. Depende de la transferencia de calor que se esté llevando a cabo. Si se agrega calor, el líquido hierve; si se quita calor, el vapor se condensa y si no se agrega ni se quita calor, la mezcla permanece en equilibrio. Para encontrar la presión del refrigerante a una temperatura determinada, se lee verticalmente desde el valor de dicha temperatura, hasta tocar la curva; y luego, se mueve horizontalmente, hasta la escala de presión, donde se leerá la presión de saturación a esa temperatura.

Por ejemplo, la presión de vapor del R-507 a una temperatura de 10°C (50°F), es de 8.4 bar (107 psig). La temperatura es siempre la temperatura del refrigerante. La misma curva puede utilizarse para determinar presiones y temperaturas, tanto de evaporación como de condensación. Al utilizar estas gráficas, es necesario tener presente varias cosas:

1. La temperatura del refrigerante en el evaporador, es aproximadamente de 4 a 7°C más fría, que la del evaporador cuando está trabajando el compresor.

2. Cuando el compresor no está trabajando, la temperatura del refrigerante en el evaporador, es la misma que la del evaporador.

3. La temperatura del refrigerante en un condensador enfriado por aire, está entre 17 y 19°C más caliente que la temperatura ambiente.

4. La temperatura del refrigerante en un condensador enfriado por agua, es aproximadamente 10°C más caliente que el agua de la salida.

5. La temperatura del refrigerante en el condensador, será aproximadamente la misma que el medio de enfriamiento, después que la unidad haya sido apagada por 15 a 30 minutos.

En la tabla 12.9, se muestran las relaciones entre las presiones en kilo pascales (kPa) y libras por pulgada cuadrada manométrica (psig), y las temperaturas en °C para los diferentes refrigerantes seleccionados para comparación. Los valores de la presión en el área sombreada, indican pulgadas de mercurio abajo de la presión atmosférica normal.

Las tablas de presión temperatura como la 12.9, son muy valiosas en lo que se refiere a los puntos de saturación, pero tienen sus limitaciones. Un líquido apartado de su vapor puede enfriarse abajo de su temperatura de saturación; tal líquido se denomina "sub-enfriado". Un vapor apartado de su líquido puede calentarse arriba de su temperatura de saturación; tal vapor denomina "sobrecalentado". Así, el agua a la presión atmosférica está subenfriada, si se encuentra a menos de 100°C, y está saturada, si está a 100°C. El vapor estaría saturado si se encuentra a 100°C, pero si se separa del agua y se calienta, se elevará su temperatura para formar vapor sobrecalentado.

Un líquido no puede sobrecalentarse, pues herviría; y un vapor no puede sub-enfriarse, ya que se condensaría.

Estas correspondencias de presión-temperatura de saturación, sólo son válidas cuando el líquido y el vapor están en contacto uno con otro. Esta condición existe en el evaporador y en el condensador. También existe en tanques de refrigerante que no están totalmente llenos de líquido. El vapor está, entonces, sobre el líquido.

El refrigerante líquido en el tanque recibidor o en la línea de líquido, puede o no estar sub-enfriado. El vapor de succión que entra al compresor debe estar sobrecalentado; esto es, más caliente que en el evaporador. La temperatura del gas en la descarga del compresor, está sobrecalentada, es decir, más caliente que la temperatura de condensación.

3. Volumen

Cuando se comparan densidades de gases, es común expresarlas en volumen específico. El volumen específico de un refrigerante en fase vapor, no es otra cosa, que el volumen en metros cúbicos (m³) o en litros (l) que ocupará un kilogramo de refrigerante a condiciones normales; esto es, a una temperatura de 20°C y a la presión atmosférica de 101.3 kPa. (14.7 psia).

En la figura 12.10, se muestran los volúmenes específicos en las fases líquida y vapor, para los diferentes refrigerantes seleccionados, a una temperatura de -15°C (5°F). El R-718 (agua) está considerada a una temperatura de 4°C, ya que a la temperatura de -15°C estaría congelado.

En un sistema de refrigeración, al agregar calor al refrigerante, aumenta su temperatura y su volumen específico, pero su presión permanece constante; ya que, en el evaporador, en la línea de succión y en el condensador, la temperatura de saturación es lo que controla la presión del vapor sobrecalentado. Inversamente, si disminuye la temperatura del refrigerante, disminuye su volumen específico.

Como puede observarse en la figura 12.10, el volumen específico en fase líquida del R-718 (agua) es 1.0 l/kg, esto significa que un kilogramo de agua líquida ocupa un volumen de un litro. Por esta razón, el agua es el líquido que se usa como referencia para comparación con otros líquidos.

A excepción del R-170 y del R-717, los demás refrigerantes tienen un volumen específico en fase líquida menor a 1.0 l/kg; aunque este valor no tiene gran importancia. El valor que es de más utilidad en trabajos de refrigeración, es el volumen específico en fase vapor. Este valor, no es otra cosa, que el volumen en litros ( o en metros cúbicos ) que ocupa un kilogramo de refrigerante al pasar de líquido a vapor. Obviamente como es de esperarse, este valor debe ser lo más bajo posible, ya que de este valor dependerá el desplazamiento volumétrico del compresor.

Observando los valores de volumen específico en fase vapor de la figura 12.10, vemos que el R-30 y el R-123 tienen valores muy altos, por lo que estos refrigerantes no se recomienda usarlos con compresores reciprocantes, ya que se requerirá un compresor con gran desplazamiento volumétrico, debido a la gran cantidad de vapor que producen al evaporarse. Un kilogramo de R-30, cuando pasa de líquido a vapor a -15°C, de ocupar un volumen de aproximadamente 3/4 de litro, en fase líquida, su vapor tendría un volumen de 3,115 litros (3.115 m³). Por esta razón generalmente los refrigerantes con alto valor de volumen específico en fase vapor, se utilizan con compresores centrífugos, los cuales manejan grandes cantidades de vapor de refrigerante.

4. Entalpia

Es la propiedad que representa la cantidad total de energía térmica o contenido de calor, en un fluido. Sus unidades son kcal/kg. Para la mayoría de los refrigerantes, se considera que su entalpia es cero a una temperatura de saturación de -40°C. Entonces, el calor agregado o sustraído de un refrigerante, desde ese punto, se considera que es su entalpia total. En la mayoría de los trabajos de transferencia de calor, se manejan los cambios de entalpia que ocurren durante un proceso. Generalmente, no hay necesidad de conocer el contenido de energía absoluta.

En la tabla 12.11, se muestran los valores de entalpia de varios refrigerantes, a una temperatura de -15°C, excepto el R-718, que está a 5°C. Estas temperaturas se seleccionaron arbitrariamente, para efectos de comparación. Para cada refrigerante se muestran los valores de entalpia en la fase líquida (hf), el calor latente (hfg) y la entalpia en la fase vapor (hg).

Entalpia del Líquido Saturado (hf). Este valor es la cantidad de kilocalorías por cada kilogramo de refrigerante líquido saturado; esto es, el líquido que se encuentra a su temperatura de saturación, como las que se muestran en la figura 12.9.

Este contenido de calor del líquido, es calor sensible basado en la suposición de que el líquido saturado a - 40°C, no tiene calor sensible. Esto no es cierto, ya que aún a -75°C, el líquido contiene algo de calor.

Para que esto sea verdad, los valores de entalpia en fase líquida, tendrían que basarse en el cero absoluto de temperatura. Sin embargo, esto no es necesario, ya que sólo interesa el cambio de entalpia; esto es, la cantidad de calor que se requiere para calentar o enfriar un kilogramo de líquido, de una temperatura de saturación a otra. El hecho de que se haya seleccionado la temperatura de -40°C, como referencia para darle a la entalpia el valor de cero, fue por conveniencia.

En la tabla 12.12, se muestran las entalpias para el líquido a varias temperaturas de saturación para el R-22. Para las temperaturas menores de -40°C, los valores de la entalpia son negativos, y se indican con el signo "menos". Esto parecería significar que el líquido saturado de R-22 a -60°C, por ejemplo, tendría 4.93 kcal menos que nada, lo cual, por supuesto, es imposible. El signo "menos", signi- fica meramente que a -60°C el líquido saturado de R-22, tiene un contenido de calor de 4.93 kcal/kg menos, que el que tendría a -40°C.

Inversamente, para elevar la temperatura de saturación de un kg de R-22 líquido de -40°C a -15°C, se requieren 6.53 - 0 = 6.53 kcal de calor sensible.

Por ejemplo, en la figura 12.11, la entalpia del R-22 líquido a -15°C es 6.53 kcal/kg, y como ya se mencionó, a -40°C es cero; pero a -60°C,su entalpia es -4.93 kcal/kg. Esto significa que para enfriar un kg del líquido saturado de R-22 de -15°C hasta -60°C, se tienen que remover 6.53 - (-4.93) = 11.46 kcal/kg. Como se puede observar, lo que importa solamente es la diferencia de entalpia, ya que ésta será siempre la misma, independientemente de que su contenido esté basado en -40°C, -100°C, -200°C o el cero absoluto.

Entalpia de Evaporación (hfg). Esta es la cantidad de calor que requiere un kilogramo de líquido, para cambiar a un kilogramo de vapor a temperatura constante. Este valor también se le conoce como "calor latente de evapo- ración".

En los sistemas de refrigeración, este cambio de estado de líquido a vapor, ocurre en el evaporador. El cambio de contenido de calor o entalpia resultante, se puede consi- derar, simplemente, como el trabajo teórico que puede realizar el refrigerante.

En la tabla 12.11, se muestran los valores de calor latente para varios refrigerantes a la temperatura de -15°C. Como se puede observar, todos los refrigerantes tienen diferen- tes valores de calor latente. Para un mismo refrigerante, el valor de calor latente varía con la temperatura, como se puede observar en la tabla 12.12. El calor latente disminu- ye al aumentar la temperatura.

Como se mencionó anteriormente, un refrigerante debe de preferencia tener un valor alto de calor latente de evaporación, ya que esto es lo que hace posible la refrige- ración. Mientras mayor sea este valor, se requerirá circular menos cantidad de refrigerante. Por ejemplo, en la tabla 12.11, comprobamos que el calor latente de evaporación del R-717 (amoníaco) es muy alto, 313.89 kcal/kg, com- parado con el calor latente de evaporación del R-502, que solamente es de 37.4 kcal/kg. Esto significa que en equipos similares y a las mismas condiciones, para produ- cir una tonelada de refrigeración, se tendrían que circular 9.63 kg/h de amoníaco, mientras que el R-502 se tendría que circular 80.85 kg/h.

El calor latente de evaporación es una propiedad muy importante de un refrigerante, pero se vuelve más impor- tante aún, cuando se convierte en "efecto de refrigera- ción". Este es el trabajo real producido por un refrigerante dentro del sistema de refrigeración. Es el calor absorbido, que da como resultado un enfriamiento útil. Puede deter- minarse conociendo la entalpia del refrigerante líquido cuando entra al evaporador, y la entalpia del vapor de refrigerante que sale del evaporador. La diferencia entre estos dos valores, es el trabajo real producido o "efecto de refrigeración".

Entalpia del Vapor Saturado (hg). Un líquido antes de hervir, tiene calor sensible. Cuando está en ebullición, adquiere además, calor latente. Entonces, el calor total del vapor saturado, debe ser igual a la suma del calor sensible del líquido, más el calor latente de evaporación. Esto se expresa de la siguiente manera:

hg = hf + hfg

En la tabla 12.11, podemos observar que la entalpia del vapor saturado, equivale a la suma de la entalpia del líquido más el calor latente. La entalpia del vapor saturado, representa el contenido total de calor del vapor saturado del refrigerante en un evaporador, antes de ser sobreca- lentado; es decir, antes de ser calentado por arriba de la temperatura del evaporador. Si en un sistema de refrige- ración la temperatura de evaporación es menor de -40°C, entonces, los valores de entalpia del líquido deberán restarse del calor latente, para poder obtener el valor del calor del vapor, ya que los valores del líquido muestran un signo "menos" (-).

Ahora es fácil entender por qué los valores de entalpia son muy útiles, al hacer cálculos de transferencia de calor. Puede verse que la entalpia incluye la absorción de ambos calores, sensible y latente. Aún más, ahora sabemos qué líquidos diferentes tienen diferentes calores específicos, y diferentes calores latentes de evaporación. También dife- rentes puntos de ebullición, así que, el uso de estos valores, ahorrarán prolongados cálculos al trabajar con cargas de transferencia de calor, utilizando refrigerantes específicos.

¿Qué son las propiedades termodinámicas?

Tue, 12 Sep 2023 12:45:57 -0600

Propiedades Termodinámicas

Son aquellas que tienen relación con el movimiento del calor.

Estas propiedades se publican para cada refrigerante en forma de tablas. Estas tablas se dividen en dos secciones: Propiedades de Saturación de Líquido y Vapor, y Propiedades del Vapor Sobrecalentado. Las primeras se dan comúnmente a intervalos de temperatura, y las segundas, se dan tanto a intervalos de presión, como de temperatura.

Estas tablas son elaboradas por los fabricantes de refrigerantes y algunas asociaciones relacionadas con refrigeración, y se pueden encontrar en libros de texto, manuales o boletines técnicos. Las de mayor aplicación para resolver problemas de cálculos y diseño de equipos, son las tablas de propiedades termodinámicas de saturación.

Propiedades de Saturación. En la tabla 12.12, se muestra parcialmente las propiedades de saturación para el R-22. La primer columna es la temperatura en grados centígrados. Las siguientes dos columnas, son presiones absoluta y manométrica en kPa (o en psig). Las dos columnas siguientes son los valores del volumen, uno es la cantidad de litros que ocupa un kilogramo de refrigerante líquido, el otro, es la cantidad de m³ de vapor saturado de refrigerante que se necesita para hacer un kilogramo.

Enseguida del volumen están las columnas de los valores de la densidad, estas son los kilogramos de refrigerante líquido en un litro y los kilogramos de vapor de refrigerante saturado en un m³. Estos valores son los recíprocos de los valores del volumen.

Después, hay tres columnas del contenido de calor; la primera es el calor del líquido arriba de -40°C, la segunda es el calor latente, y la tercera es el calor total.

Las últimas dos columnas son de la entropía en fase líquida y en fase vapor del refrigerante.

A continuación, se describirán cada una de estas propiedades, aunque no necesariamente en ese mismo orden.

1. Presión

Las presiones que actúan en un sistema de refrigeración, son extremadamente importantes. En primer término, se debe operar con presiones positivas; es decir, las presiones tanto en el condensador como en el evaporador, deben ser superiores a la presión atmosférica. Si la presión en el evaporador es negativa, es decir, que se esté trabajando en vacío, hay riesgo de que por una fuga entre aire al sistema. Por esto, el refrigerante debe tener una presión de evaporación lo más baja posible, pero ligeramente superior a la presión atmosférica.

Por otra parte, la presión de condensación debe ser lo suficientemente baja, ya que esto determina la robustez del compresor y del condensador. Mientras más alta sea la presión, se requiere un equipo más robusto, y por lo tanto, más caro.

La tabla 12.4, nos muestra las presiones de operación para los refrigerantes seleccionados, a las condiciones fijadas de temperaturas.

Un ejemplo claro de alta presión de condensación es el R-170, para el cual se requiere un equipo extremadamente robusto para soportar presiones arriba de 4660 kPa (660 psig). Los refrigerante R-30 y R-123, trabajarían en vacío en el evaporador a esta temperatura.

El R-134a trabaja a presiones más próximas a lo ideal, ya que su presión de evaporación es muy baja, sin llegar al vacío, y su presión de condensación no es tan alta, por lo que no requiere un equipo muy robusto.

2. Temperatura

Hay tres temperaturas que son importantes para un refrigerante y que deben ser consideradas al hacer la selección. Estas son: la de ebullición, la crítica y la de congelación.

La temperatura de ebullición de un refrigerante, siempre es referida a la presión atmosférica normal de 101.3 kPa (0 psig). Se puede decir, que el punto de ebullición de cualquier líquido, es la temperatura a la cual su presión de vapor es igual a la atmosférica.

El punto de ebullición de un refrigerante debe ser bajo, para que aún operando a presiones positivas, se pueda tener una temperatura baja en el evaporador.

En la tabla 12.5, se muestran las temperaturas de ebullición de los refrigerantes escogidos para efectos de comparación. Obsérvese que el R-170 (etano), tiene la temperatura de ebullición más baja, -88.6°C y el R-718 (agua) tiene la más alta (100°C).

Como ya se sabe, existe una relación directa entre la temperatura de ebullición y la presión; es decir, el punto de ebullición se modifica al cambiar la presión. Si se selecciona una presión conocida, se llega a una temperatura deseada. Qué presión seleccionar, es lo que provoca que surjan muchos argumentos entre los diseñadores de evaporadores y compresores. Para que opere eficientemente un compresor (pero no necesariamente el sistema completo), es deseable tener en el evaporador la presión más alta posible. Para los diseñadores de evaporadores, lo más deseable es que operen a la presión más baja posible, para aprovechar al máximo la unidad con un mínimo de tamaño y costo. Así que, para ambos, la presión adecuada para la ebullición del refrigerante, es un punto en el cual es necesario transigir. Si el evaporador es muy grande, la temperatura estará arriba de la normal; si el evaporador es muy pequeño, la temperatura estará abajo de la normal.

Requerimientos de los Refrigerantes

Tue, 12 Sep 2023 12:24:46 -0600

Requerimientos de los Refrigerantes

Para que un líquido pueda ser utilizado como refrigerante, debe reunir ciertas propiedades, tanto termodinámicas como físicas. El refrigerante ideal, sería aquél que fuera capaz de descargar en el condensador todo el calor que absorba del evaporador, la línea de succión y el compresor. Desafortunadamente, todos los refrigerantes regresan al evaporador arrastrando una cierta porción de calor, reduciendo la capacidad del refrigerante para absorber calor en el lado de baja.

Cuando se piensa cuidadosamente en este proceso, vienen a nuestra mente muchas preguntas: ¿Por qué los refrigerantes hierven a baja temperatura? ¿Cuánto calor se absorbe al hervir el refrigerante? ¿Qué hace realmente el compresor al refrigerante al aumentarle su presión y temperatura? ¿En cuánto se aumentan? ¿Qué causa realmente que el vapor se condense a una temperatura más alta? ¿Cómo es rechazado el calor? ¿Cuánto calor es rechazado?, y así sucesivamente.

Estas son la clase de preguntas a que se enfrenta uno en los trabajos de refrigeración. Si su trabajo es diseño de componentes y equipos, o mantener un sistema trabajando sin problemas, lo primero que debe saber es acerca del refrigerante dentro del sistema. Por ejemplo, un sistema típico tiene muchos indicadores que le dicen la condición exacta del refrigerante en varios puntos del sistema, y muchos controles que le permiten hacer ajustes cuando surja la necesidad. Estos dispositivos son necesarios, para mantener las condiciones deseadas del refrigerante al demandar cambios la carga de enfriamiento. Pero si usted no sabe cómo responde el refrigerante a los cambios de temperatura y presión, los indicadores y los controles no le serán de mucha utilidad.

Para comprender los refrigerantes, es básica la relación entre presión y temperatura. Cómo absorbe, transporta y rechaza calor un refrigerante, al cambiar de líquido a vapor y volver a líquido, es igualmente importante entenderlo. Estas son las propiedades en que los refrigerantes difieren de uno a otro.

Un refrigerante ideal deberá reunir todas las propiedades

siguientes.

Propiedades Termodinámicas

1. Presión - Debe operar con presiones positivas.

2. Temperatura - Debe tener una temperatura crítica por arriba de la temperatura de condensación. Debe tener una temperatura de congelación por debajo de la temperatura del evaporador. Debe tener una temperatura de ebullición baja.

3. Volumen - Debe tener un valor bajo de volumen específico en fase vapor, y un valor alto de volumen en fase líquida.

4. Entalpia - Debe tener un valor alto de calor latente de vaporización.

5. Densidad

6. Entropía

Propiedades Físicas y Químicas

7. No debe ser tóxico ni venenoso.

8. No debe ser explosivo ni inflamable.

9. No debe tener efecto sobre otros materiales.

10. Fácil de detectar cuando se fuga.

11. Debe ser miscible con el aceite.

12. No debe reaccionar con la humedad.

13. Debe ser un compuesto estable.

Fácilmente se comprende que ninguno de los refrigerantes conocidos reúne todas estas cualidades; es decir, no existe un refrigerante ideal, por lo que, en base a un balance de ventajas, deberá seleccionarse el que reúna el mayor número de estas características de acuerdo al diseño requerido.

A continuación, se estudiarán detenidamente cada una de estas propiedades, comparando los diferentes refrigerantes y, para fines de simplificación, de la tabla 12.3 se van a seleccionar los refrigerantes más conocidos. Para efectos de comparación, se han establecido las condiciones de temperaturas de operación

¿Cómo se identifcan los Refrigerantes?

Tue, 12 Sep 2023 12:11:21 -0600

Identificación de Refrigerantes

Los refrigerantes se identifican por números después de la letra R, que significa "refrigerante". El sistema de identificación ha sido estandarizado por la ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers). Es necesario estar familiarizado con los números, así como con los nombres de los refrigerantes. En la tabla 12.3, aparecen los refrigerantes más comunes. Cabe mencionar que las mezclas azeotrópicas, son refrigerantes transitorios que se desarrollaron para substituir al R-22 y al R-502, aunque algunas de estas, van a permanecer como sustitutos de estos refrigerantes.