MÁQUINAS TÉRMICAS PNF (IX-MEC-1M)
Bachilleres:
Profesor : Fedor Reyes
Giorman Moreno CI: 20.264.243 Eduardo Salazar CI: 21.263.139
Ciudad Bolívar junio 2013
REFRIGERANTES Un refrigerante es un producto químico líquido o gaseoso, fácilmente licuable, que es utilizado como medio transmisor de calor entre otros dos en una máquina térmica. Los principales usos son los refrigeradores y los acondicionadores de aire. El principio de funcionamiento de algunos sistemas de refrigeración se basa en un ciclo de refrigeración por compresión, que tiene algunas similitudes con el ciclo de Carnot y utiliza refrigerantes como fluido de trabajo.
GAS REFRIGERANTE Su misión es la de absorber calor en la fuente fría a baja presión y temperatura. Para cederlo a la fuente caliente a alta presión y temperatura. Todo ello con cambio de estado de líquido a vapor y viceversa.
PROPIEDADES DEL GAS REFRIGERANTE Para tener uso apropiado como refrigerante se busca que los fluidos cumplan la mayoría de las siguientes características:
Baja temperatura de ebullición: un punto de ebullición por debajo de la temperatura de temperatura ambiente a presión atmosférica (evaporador).
Fácilmente manejable en estado líquido: el punto de ebullición debe estar controlable con facilidad de modo que su capacidad debe absorber calor sea controlable también.
Alto calor latente de vaporización: cuando mayor sea el calor latente de vaporización, mayor será el calor absorbido por kilogramos de refrigerante en circulación.
No inflamable, no toxico: químicamente estable a fin de tolerar años de repetidos cambios de estados.
No corrosivo: para asegurar en la construcción del sistema puedan usarse materiales comunes y larga vida de todos los componentes.
Moderadas presiones de trabajo: las elevadas presiones de condensación
(mayor
a
25-28kg/cm3)
requieren
un
equipo
extrapesado, la operación en vacío es a 0kg.
Fácil detección y localización de pérdidas: las pérdidas producen la disminución del refrigerante y la contaminación del sistema.
Los aceites lubricantes: la acción del refrigerante en los aceites lubricantes no debe alterar la acción de lubricación.
Bajo punto de congelación: la temperatura de congelación tiene que estar muy por debajo de cualquier temperatura a la cual pueda operar el evaporador.
Alta temperatura critica: un vapor que no se condense a temperatura mayor que su valor crítico, sin importar cual elevada sea la presión. La mayoría de los refrigerantes poseen críticas superiores a los 93 C. O
Moderado volumen especifico de vapor: para reducir el mínimo tamaño del compresor.
Bajo costo: a fin de mantener el precio del equipo dentro de lo razonable y asegurar el servicio adecuado cuando sea necesario.
TIPOS DE COMPOSICION QUIMICA DE LOS REFRIGERANTES
Refrigerantes CFC: Cloro Flúor Carbono
Prohibida la venta y
manipulación de estos gases, R12 Es un gas muy contaminante, utilizado en refrigeración doméstica y aire acondicionado de automóviles. R502 Refrigerante utilizado en la industria frigorífica general.
Refrigerantes HCFC: Hidro Cloro Flúor Carbono Prohibidos para la
fabricación de nuevos equipos y solamente autorizados en operaciones de mantenimiento donde sólo se podrán utilizar HCFC procedente de reciclado o de regeneración. Su total prohibición será en
2015, R22
Utilizado principalmente en los sistemas de
climatización domésticos comerciales e industriales.
Refrigerantes HFC: Hidro Flúor Carbono Estos gases no contiene
Cloro por ello no dañan la capa de ozono, pero utilizan en su composición otros gases que producen Efecto Invernadero, y es por eso que está prohibido soltarlos a la atmosfera siendo obligada la recuperación para su destrucción o reciclaje. En la actualidad son los únicos permitidos.
TIPOS DE GASES REFRIGERANTES
R134a Gas Freón Se caracteriza por su alta eficiencia de trabajo, ahorro de energía y protección al medio ambiente, y es ampliamente utilizado en sistemas de aire acondicionado para automóviles, aires acondicionados de casas.
R22 Gas Freón El refrigerante R134a no contiene átomos de cloro, por lo tanto, no produce ningún daño a la capa de ozono. En comparación con R12, R134a tiene una mejor conductividad de calor. Esto reduce considerablemente el consumo de refrigerante. Además, ambos tienen una conductividad térmica similar.
R404a Gas Freón Como un producto respetuoso del medio ambiente, el refrigerante R404a es inofensivo para la capa de ozono, siendo su ODP cero. Por otra parte, su humedad es inferior al 0,001%, lo que hace que nuestro refrigerante R404A esté libre de corrosión. Debido a un rendimiento fiable, el refrigerante R404A Es ampliamente utilizado en a las neveras de supermercados, frigoríficos.
R406c Gas Freón refrigerante R406a se puede utilizar para sustituir al R502 o R22 en los sistemas de refrigeración comerciales. Es no tóxico, libre de contaminación y corrosivos, y cuenta con una buena solubilidad, pequeño peso de llenado, alta eficiencia de trabajo, ahorro de energía y protección al medio ambiente.
R407c Gas Freón refrigerante R407c. Es un refrigerante ecológico mezclado de refrigerantes R32, R125 y R134a. Está libre de la corrosión, ya que su humedad es menor al 0.001%.
R410a Gas Freón Cabe destacar que el refrigerante R410a presenta un bajo cambio de temperatura, del orden de 0.2 ℃, durante la operación de los sistemas de refrigeración. Tiene un desempeño
confiable y no cambiará sus propiedades físicas ni siquiera en el caso de fuga, es más el refrigerante R410a restante no requiere ser expulsado a la hora de remplazar nuevamente el aceite.
GASES REFRIGERANTES MÁS USADOS El R22, R134a, R407C, R417A
y el R410A. El R22 es el gas
refrigerante más utilizado en el sector del aire acondicionado tanto para aplicaciones industriales como domésticas; el R134a se utiliza normalmente en grandes equipos de enfriamiento de aire; el R407C se utiliza en enfriadoras de agua de mediana y pequeña potencia además de splits; el R417A, es un sustituto directo del R22 que sustituye a éste en todas sus aplicaciones; el R410A se utiliza actualmente en equipos splits.
R22 Monoclorodifluorometano, es gas incoloro comúnmente utilizado para los equipos de refrigeración, en principio por su bajo punto de fusión, (157 °C). Densidad 3 veces la del aire, en estado líquido 1,2 veces la del agua. A 20 °C tiene una presión de saturación de 9,1 bares (dato importante para el trabajo en las instalaciones de refrigeración, pues una medida esencial que es la presión del circuito, depende de la temperatura ambiente). El R22 era hasta hace poco el gas refrigerante más utilizado en el sector del aire acondicionado, tanto para instalaciones de tipo industrial como domésticas, aunque está prohibido su distribución por ser altamente perjudicial para la capa de ozono. Actualmente ha sido sustituido por elR407C o más modernamente por el R410A. Los sustitutos del R22 cumplen ciertas características:
No dañan la capa de ozono
Tienen bajo efecto invernadero
No son tóxicos ni inflamables
Son estables en condiciones normales de presión y temperatura
Son eficientes energéticamente
R134A Es un refrigerante libre de cloro (sin CFC ni HCFC) y por lo tanto no produce ningún daño a la capa de ozono y su uso no está sujeto a ningún proceso de retirada marcado por la legislación. Es ampliamente usado en otras industrias: aire acondicionado en automóviles, frigoríficos, propelente de aerosoles farmacéuticos. En aire acondicionado se utilizan desde unidades transportables o deshumidificadores, hasta unidades enfriadoras de agua con compresores de tornillo o centrífugos de gran capacidad. Por qué no se usa el R134a , La capacidad de refrigeración de R134a, es el
40% más baja que la del R22. Por este motivo el R134a no se considera útil para refrigeración.
R407C (Meforex M-95) es la denominación del gas refrigerante (en realidad mezcla de
tres
gases)
que
no azeotrópica compuesta
sustituye
al R22.
Es
una
de R32 (23%), R125(25%)
mezcla
ternaria
y R134a (52%).
Químicamente es estable, tiene buenas propiedades termodinámicas, bajo impacto ambiental y muy baja toxicidad. A pesar de que uno de sus componentes, el R32 es inflamable, la composición global de la mezcla ha sido formulada para que el producto no
sea inflamable en situaciones en que se puede producir fraccionamiento de la mezcla.
Características principales del r407c Es uno de los refrigerantes menos azeotrópicos que se utilizan en la actualidad; su deslizamiento de temperatura es de 7,4ºC. Tiene presiones muy parecidas al R22, aunque su rendimiento y eficiencias energéticas son inferiores especialmente a bajas temperaturas .
Presiones que tiene el r407c En comparación al R22 las presiones del R407C son ligeramente superiores, aproximadamente un 10% mayores.
R417A Es un refrigerante HFC, sencillo de utilizar, no perjudica para la capa de ozono, destinado a sistemas de aire acondicionado fijos de expansión directa y sistemas de refrigeración de media temperatura comerciales que sustituye al R-22. El R417A tiene propiedades similares al R407C, R410A y R22, sin embargo ha sido diseñado para permitir su uso con los aceites minerales tradicionales o lubricantes del tipo alkylbenceno. Esta propiedad, hace que el R417A sea ideal para el uso en equipos existentes pero también aconsejable para el empleo en equipos nuevos sin la necesidad de cambiar por aceites del tipo POE, cuyo costo es excesivo, y, además, es muy higroscópico (capacidad de absorber humedad).
Aplicaciones
Sistemas de aire acondicionado domésticos y profesionales.
Nota: se recomienda utilizar ISCEON® MO29 para enfriadores de agua.
La refrigeración de media temperatura profesional incluye:
Servicios de alimentación. Mostradores de supermercados. Almacenamiento y procesado de alimentos.
Ventajas
Sustitución sencilla, rápida y económica.
HFC no perjudicial para la capa de ozono
La renovación no requiere el cambio de lubricante en la mayoría de los casos
.
es compatible con lubricantes tradicionales y nuevos.
Permite mantener equipos existentes.
Puede rellenarse con el equipo en marcha sin extraer la carga completa de refrigerante.
Prestaciones
Temperatura y presión de descarga significativamente inferior a las del R-22 lo que prolonga la vida del compresor.
En la mayor parte de los casos, proporciona la capacidad de enfriado necesaria.
En algunos sistemas ha mostrado ahorros de energía.
R410A Es un refrigerante libre de cloro (sin CFC ni HCFC) y por lo tanto no produce ningún daño a la capa de ozono y su uso no está sujeto a ningún proceso de retirada marcado por la legislación. Tiene un elevado rendimiento energético, es una mezcla única y por lo tanto facilita ahorros en los mantenimientos futuros. No es tóxico ni inflamable y es reciclable y reutilizable.
Características
Es un refrigerante de alta seguridad, clasificado por ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) como A1/A1, es decir, no tóxico y no inflamable aún en caso de fugas.
Sus aplicaciones principales son en equipos nuevos para aire acondicionado de baja y media potencia ya que están por desarrollar otras, debido a la escasez de materiales frigoríficos adaptados a este refrigerante.
Los niveles de presión del R410A son mucho más elevados que los habituales en los refrigerantes actuales (8 Bar más que en el caso del gas R22 a 40 Cº). Por tanto, deben utilizarse mangueras, manómetros y material frigorífico adecuados a estas presiones de trabajo.
Efectos ambientales A diferencia de los refrigerantes haloalcanos que contienen cloro y bromo, el R-410A, que solo contiene fluor, no contribuye a la reducción de la capa de ozono y por ello se utiliza ampliamente, ya que refrigerantes como el R22 han sido eliminados. Sin embargo, este producto tiene un alto índice GWP (1725 veces el del dióxido de carbono), que es similar al del gas R22.
Ventajas
El ODP=0, no daña la capa de ozono. (ODP del R22=0,055)
El rendimiento con R410A es similar al de R22 en condiciones normales. Para altas capacidades y bajas temperaturas, el rendimiento del R410A es sensiblemente superior al del R22.
Desventajas Las presiones a las que se trabaja con R410A, son 1,6 veces mayores que las de R22.
Tipos de refrigerantes del R410A
El R410A es una mezcla al 50% de R32 y R125. Sus componentes el R410A? son inofensivos para la capa de ozono.
El ODP (Potencial de destrucción del ozono), del R410A es 0. El del R22 es 0,055.
El GWP (Efecto invernadero directo) es de 1740, prácticamente igual que el del R22 que es 1700.
El rendimiento en climatización con R410A es superior al que alcanzamos con R22.
Las presiones a las que trabajamos con R410A son entre un 50% y un 60% más altas que las de R22.
Índice de calidad del R410A
Componentes de un sistema de aire acondicionado típico Generalmente, los acondicionadores de aire funcionan según un ciclo frigorífico, los equipos de aire acondicionado poseen cuatro componentes básicos: Evaporador, Compresor, Condensador y Válvula de Expansión. A continuación se presenta un equipo de aire acondicionado típico con los componentes básicos integrados:
EJEMPLO
Volkswagen se ha fijado el objetivo de ser el grupo automovilístico más sostenible medioambientalmente del mundo para 2018, para ello su estrategia pasa por ser líderes en electrificación de sus vehículos a la vez que se aplican mejores soluciones para reducir el impacto medioambiental de otros sistemas del vehículo, como es el aire acondicionado.
Los gases refrigerantes para sistemas de aire acondicionado pueden llegar a ser extremadamente dañinos para el medio ambiente, como es el caso de los clorofluorocarburos (CFC) que degradan la capa de ozono. Por ello Volkswagen busca utilizar dióxido de carbono (CO2) como gas
refrigerante en sus sistemas de aire acondicionado.
Las consecuencias legales de los gases refrigerantes Ya se ha expuesto someramente la evolución de hechos que han afectado al desarrollo de la tecnología del frío en cuanto a los fluidos refrigerantes.
Así pues, la utilización de los HCFC, también denominado s “refrigerantes de transición”, viene siendo cada día más restrictiva, lo que culminará en enero
de 2015.
Fluidos disponibles más importantes La utilización de refrigerantes que no presenten ningún condicionante legal es, por tanto, absolutamente obligada. Como se muestra en la figura se ha reflejado la situación actual y para un próximo futuro de los fluidos disponibles más importantes.
Proceso esquemático de la destrucción de las moléculas de Ozono al contacto con clorofluorocarbonados
REFRIGERANTES ECOLÓGICOS MÁS USADOS Amoníaco(R-717) Es el más usado, pues no degrada la capa de ozono ni contribuye al efecto invernadero. Tiene alta performance como refrigerante: alta conductividad térmica, que facilita la transferencia de calor. Por su alto calor latente de evaporación (10 veces superior al R-22, por ejemplo), la cantidad de refrigerante necesario en una situación dada es menor, lo que favorece su uso en aplicaciones de gran escala.
R-410 A Este compuesto aparece entre las sustancias de mayor presencia en el mercado, sobre todo en el área de aire acondicionado en reemplazo del R22. Para sustituir este compuesto en una época se utilizó bastante el R-407, pero su inestabilidad generó problemas en la aplicación, así es que hoy se usa muy poco.
Ecofreeze 12 Este refrigerante se promueve como sustituto directo de los convencionales R-12 y R-134 A, con aplicaciones en refrigeración doméstica, comercial y aire acondicionado de automóviles.
R-600 A (isobutano) Este es otro producto que tiene ventajas ecológicas considerables y actualmente se usa en equipos de refrigeración doméstica producidos por firmas europeas.
Requisitos que deben reunir los refrigerantes ecológicos
No contribuir a la destrucción de la capa de ozono ni al efecto invernadero.
Tener una buena performance en el ciclo de refrigeración (lo que significa ahorro de energía), bajos costos de manufactura, cortos tiempos de vida atmosférica, y baja inflamabilidad y toxicidad)
Esquema de la nomenclatura para la designación de los tipos de refrigerantes
POR QUÉ NO SE UTILIZA EL AIRE AMBIENTE COMO UN GAS REFRIGERANTE
EN
UN
CIRCUITO
CERRADO
DE
UN
AIRE
ACONDICIONADO. No se utiliza por que el aire de ambiente no cumple con las características principales de un gas refrigerante, y un aire acondicionado ya sea domestico comercial o automotriz trabajando con aire ambiente lo hará a temperatura y presión baja como un soplador,
en cambio un gas refrigerante estará
constantemente trabajando a altas y bajas temperatura y presión.
GLOSARIO
ODP: es el coeficiente por el que se mide la capacidad destructiva de un fluido refrigerante frente a la capa de ozono. Se mide utilizando como medida patrón la unidad atribuida al R11 ya que es el más destructivo para la capa de ozono al poseer tres átomos de cloro en su molécula.
AZEÓTROPOs: es una mezcla líquida de dos o más Compuestos
químicos que hierven a temperatura constante y que se comportan como si estuviesen formadas por un solo componente .
GWP: El GWP o Global Warming Potencial mide la capacidad de una sustancia para producir efecto invernadero o de calentamiento global del
planeta.
Todos
los
calentamiento de la tierra
gases
refrigerantes
contribuyen
al
