Eleccion Del Refrigerante

ELECCION DEL REFRIGERANTE

ELECCION DEL REFRIGERANTE

1.INTRODUCCIN.-

Fig.1.1El ciclo de refrigeracin : El refrigerante absorbe el calor como fuente de energa para su evaporacin en el espacio cerrado (A). El gas se comprime (B) y se vuelve a condensar (C) evacuando el calor al exterior. El refrigerante

licuado est listo para un nuevo ciclo (D).

1.1.FUNDAMENTO TERICO.-La eleccin del fluido Refrigerante No existe el refrigerante perfecto. Los fluidos Refrigerantes son elegidos por su "eficiencia termodinmica" para transferir el calor y por la seguridad en su uso. El Amoniaco y algunos hidrocarburos, aunque son excelentes refrigerantes, son extremadamente txicos o inflamables por lo que requieren mxima atencin y estrictas precauciones de seguridad. Por ejemplo, en el caso de usar amonaco como

refrigerante en los congeladores de supermercados, los procedimientos de seguridad requieren el uso de un sistema de "doble circuito " en el que el amoniaco queda restringido al circuito que va por fuera del edificio. La transferencia de calor de un circuito a otro inevitablemente conlleva una prdida de la eficiencia de refrigeracin, lo que eleva el consumo energtico. Como resultado se incrementa el consumo de electricidad y los costes asociados. Los HFC no requieren las mismas precauciones de seguridad. Pueden usarse con un amplio rango de temperaturas de aplicacin y pueden seleccionarse mejor para optimizar la eficacia del sistema. Por ello los HFC son ms empleados generalmente.

a) Amonaco.El amonaco fue el primer refrigerante usado a gran escala. Es eficaz, pero tambin muy txico e inflamable. Por ello se han preferido a menudo sustitutos ms seguros. Actualmente el amonaco est restringido a usos con supervisin de personal experimentado (por ejemplo cmaras de fro, fabricacin de productos lcteos y cervezas) adems de requerir sistemas de seguridad para su utilizacin que suponen un aumento del coste entre un 30% o 40% frente al uso de fluidos menos peligrosos.

b) Hidroclorofluorcarbonos HCFC

Los HCFC fueron desarrollados en paralelo con los CFC (Clorofluorcarbonos) y, juntos, contribuyeron al espectacular desarrollo de sistemas de refrigeracin econmicos y seguros. Los HCFC sustituyeron a los CFC pero dado que los HCFC tienen un pequeo efecto sobre la capa de ozono, fueron etiquetados en 1990 como "substancias de transicin" y su produccin y uso ser interrumpido. En 1990, su contribucin a las emisiones de gases que producen el efecto invernadero fue slo de un 0.5% del total del ao.

c) Hidrocarburos Propano Isobutano

Los Hidrocarburos (GPL) son tambin fluidos refrigerantes eficaces. Sin embargo son muy inflamables, potencialmente explosivos, y por ello peligrosos. En algunos pases, su uso est restringido o prohibido en lugares pblicos y edificios altos. Los hidrocarburos contribuyen a la contaminacin urbana (ozono troposfrico). Su potencial global de calentamiento es bajo pero los requisitos de seguridad pueden incrementar el consumo de energa y por consiguiente las emisiones de CO2.

d) Hidrofluorcarbonos -HFC

Los HFC prcticamente no son txicos ni inflamables. Pueden usarse en un gran nmero de aplicaciones con el mnimo riesgo, an en el caso de fuga accidental.

Los HFC ofrecen tambin un alto rendimiento energtico. No obstante, aunque no tienen efecto sobre el ozono estratosfrico o troposfrico, son considerados como gases de efecto invernadero.

2.- PROPIEDADES DE SEGURIDAD

Los refrigerantes HFC han sido inventados recientemente como una alternativa a largo plazo para sustituir a los refrigerantes CFC y HCFC. Sus molculas contienen Hidrgeno, Flor y Carbono. Dado que no contienen cloro, no contribuyen a la reduccin del ozono.

Los ejemplos de refrigerantes CFC son el R-11, el R-12 y el R-502. El R-22 es un HCFC. Estos cuatro refrigerantes fueron, con mucho, los ms utilizados en el campo del aire acondicionado y de la refrigeracin hasta que se les atribuy de la reduccin del ozono. Hoy da, todos ellos estn siendo discontinuados.

La industria en general, est apoyando el desarrollo de productos que no contengan cloro y que cumplan con las funciones que los CFCs tenan.

Este proceso es largo e involucra muchos cambios en el equipo de refrigeracin y pruebas en laboratorio, antes de que puedan ser introducidos masivamente en el mercado.

Mientras tanto, Quimobsicos, S.A. de C.V., tratando de contribuir al mejoramiento ambiental, introduce el primer Programa de Recuperacin de CFCs en Mxico, como una manera efectiva de reducir la emisin de estas sustancias a la atmsfera.

3. PROPIEDADES TERMODINMICAS. La calidad del sistema.

El ajuste y optimizacin de los componentes de un sistema de refrigeracin o de aire acondicionado es una parte fundamental para la disminucin del consumo de energa.

Tambin es crucial asegurar la estanqueidad del sistema para evitar cualquier fuga de refrigerante.

La calidad del aislamiento

Un buen aislamiento mantiene los espacios fros refrigerados y proporciona un mejor ahorro de energa. En los aislamientos de espuma inyectada, el grado de aislamiento lo determina no el material de polmero sino el gas atrapado. 4. PROPIEDADES FSICAS.PropiedadesSuva 95Suva 407CSuva 410AFreon 22

Nmero de RefrigeranteR-508BR-407CR-410AR-22

ReemplazaR-13, R-503, R-23R-22R-22N/A

Frmula Qumica / ComposicinR23/R116

46/54 %pesoR23/R125/R134a

23/25/52 %pesoR32/R125

50/50 %pesoCHClF2

Peso Molecular95.3986.272.5886.47

Punto de ebullicin a 1atm, F (C)-126.5

(-88)-46.4

(-43.56)-60.76

(-51.53)-41.4

(-40.8)

Densidad del lquido a 25C (77F), lb/ft3 (kg/m3)N/A70.8

(1134)66.32

(1062)74.53

(1195)

Presin de vapor a 25C (77F), psia (kPa)N/A170.3

(1174)239.7

(1653)151.4

(1043)

Capacidad trmica del lquido a 25C (77F), Btu/lbF (kJ/kgK)0.533 32F est.

(2.2 0C) 0.367

(1.54)0.44

(1.84)0.296

(1.24)

Capacidad trmica del vapor a 1atm y 25C (77F), Btu/lbF (kJ/kgK)0.544 32F est.

(2.28 0C) 0.198

(0.829)0.199

(0.833)0.157

(0.657)

Conductividad trmica del lquido a 25C (77F), Btu/hr.ftF (W/mK)0.029 32F est.

(0.0501 0C) 0.0455

(0.0819)0.0511

(0.0886)0.0458

(0.0849)

Conductividad trmica del vapor a 1atm (101.3kPa), Btu/hr.ftF (W/mK)0.0023 b.p. est.

(0.00627 b.p.) 0.00758

(0.01314)0.00772

(0.01339)0.00621

(0.01074)

Temperatura Crtica, F (C)57.19

(14)188.13

(86.74)161.83

(72.13)205.24

(96.24)

Presin Crtica, psia (kPa)569.4

(3926)669.95

(4619)714.5

(4926.1)722.39

(4981)

AEL Lmite de Exposicin Aceptable (8- y 12-hr TWA), ppm1000100010001000

ODP Potencial de Agotamiento del Ozono, CFC-12=10000.5

GWP potencial de Calentamiento Global, CO2=110350152617251500

Clasificacin ASHRAE de SeguridadA1/A1A1/A1A1/A1A1

Tab.4.1PropiedadesSuva 134aSuva MP39Suva MP66Suva 409A

Nmero de RefrigeranteR-134aR-401AR-401BR-409A

ReemplazaR-12R-12R-12, R-500R-12

Frmula Qumica / ComposicinCH2FCF3R22/R152a/R124

53/13/34 %pesoR22/R152a/R124

61/11/28 %pesoR22/R142b/R124

60/15/25 %peso

Peso Molecular102.0394.492.897.45

Punto de ebullicin a 1atm, F (C)-15.7

(-26.5)-27.3

(-33.0)-30.4

(-34.7)-29.6

(-34.2)

Densidad del lquido a 25C (77F), lb/ft3 (kg/m3)75.02

(1210)74.5

(1194)74.4

(1193)76

(1217)

Presin de vapor a 25C (77F), psia (kPa)96

(661.9)112.1

(772.9)118.8

(819.2)116.3

(801.6)

Capacidad trmica del lquido a 25C (77F), Btu/lbF (kJ/kgK)0.339

(1.42)0.310

(1.3)0.310

(1.3)N/A

Capacidad trmica del vapor a 1atm y 25C (77F), Btu/lbF (kJ/kgK)0.204

(0.854)0.176

(0.737)0.173

(0.724)N/A

Conductividad trmica del lquido a 25C (77F), Btu/hr.ftF (W/mK)0.0478

(0.0824)0.0517

(0.09)0.0517

(0.09)N/A

(0.0697)

Conductividad trmica del vapor a 1atm (101.3kPa), Btu/hr.ftF (W/mK)0.00836

(0.0145)0.00688

(0.0119)0.00688

(0.0119)N/A

Temperatura Crtica, F (C)213.9

(101.1)226

(108)223

(106)224.6

(107)

Presin Crtica, psia (kPa)588.9

(4060)668

(4604)679

(4682)667.2

(4600)

AEL Lmite de Exposicin Aceptable (8- y 12-hr TWA), ppm1000100010001000

ODP Potencial de Agotamiento del Ozono, CFC-12=100.030.0350.05

GWP potencial de Calentamiento Global, CO2=1130097310621288

Clasificacin ASHRAE de SeguridadA1A1/A1A1/A1A1/A1

Tab.4.25) FACTOR ECONMICO.Precio

El amonaco se fabrica para muchos usos adems de refrigeracin, factor que puede contribuir a mantener su precio bajo. En cualquier caso, el precio del amonaco es muy inferior al coste de la mayora de los refrigerantes fluorados, y adems con cantidades significativamente inferiores se consiguen los mismos efectos. Si se compara con los nuevos refrigerantes (R134a, etc.) el amonaco es muy competitivo6. FACTOR ECOLGICOEl impacto ecologico de los sistemas de refrigeracin y de aire acondicionado en el calentamiento global se debe al uso de la energa y a las emisiones de refrigerante.Emisin de Gases efecto invernadero en el ao 2000

CO2 30,800,000,000 tonnes

Metano 350,000,000 tonnes

N2O 11,000,000 tonnes

ODS 600,000 tonnes

HFC 140,000 tonnes

PFC 20,000 tonnes

SF6 6,000 tonnes

Si se implementa el Protocolo de Kioto , las emisiones totales de gases con efecto invernadero, empezarn a disminuir.

El equipo de refrigeracin consume electricidad, producida por lo general por la combustin de ombustible fsil, con emisin de CO2 (Dixido de carbono) a la atmsfera. Este gas es el principal contribuyente de las emisiones de gases de efecto invernadero que podran llevar al calentamiento global y al cambio climtico. Por el simple hecho de consumir energa durante su ciclo de vida, cualquier equipo de efrigeracin o aire acondicionado contribuye al cambio climtico. Este "efecto indirecto" puede representar ms del 80% de su impacto.

Las instalaciones deficientemente diseadas o mal mantenidas, o los equipos de refrigeracin abandonados al final de vida sin recuperar o reciclar el lquido refrigerante pueden conllevar a emisiones a la atmsfera. Estas emisiones son conocidas como el "efecto directo." El progreso sustancial conseguido con modernas unidades hermticas y el reciclaje de fluidos ha permitido una reduccin considerable de estas emisiones. El impacto directo de los fluidos refrigerantes en el cambio climtico, hoy es relativamente pequeo y en general, est disminuyendo.

El impacto al cambio climtico de las instalaciones de refrigeracin y aire acondicionado, ha sido debido en el pasado principalmente al consumo de energa y a las emisiones de CFC. Ahora, instalaciones ms eficaces y fluidos de nueva

generacin como los HFC ( *Hidro Fluoro Carbonos) contribuyen a la reduccin del

60% del impacto especfico de los sistemas de refrigeracin al calentamiento

global. La industria de la refrigeracin es uno de los sectores que ms progresos a hecho en ste rea.

los hfc en refrigeracion yen aire acondicionado minimizan el impacto climatico, extremanla seguridadLa sustitucin de los CFC por los HFC y el uso de sistemas reforzados de

estanqueidad y mayor rendimiento energtico, significan una reduccin neta y

significativa de su impacto sobre el cambio climtico. Este es el resultado de un acercamiento pragmtico y responsable para el uso sostenible de la refrigeracin que respete tanto la seguridad del usuario como el medioambiente.salud, seguridad y medioambiente: espantando las prioridades para un futuro mejorHoy no se puede aceptar el beneficiarse de una actividad, mientras ignora su impacto en el medio ambiente. Como ciudadanos, industriales o polticos, necesitamos comprender mejor

desafos medio ambientales, slo entonces podemos tomar decisiones responsables para asegurar un desarrollo socio econmico sostenible. Para evaluar objetivamente el impacto real de un sistema de refrigeracin climatizacin en el medioambiente se requiere una comprensin de sus efectos

travs del ciclo de su vida total. Esta es la nica manera de tener en cuenta, los efectos de una parte del sistema en el calentamiento global.

7. MECANISMO DE DESTRUCCIN DE CAPA DE OZONO POR LOS REFRIGERANTES7.1. CALENTAMIENTO GLOBAL Y LA INDUSTRIA DE REFIGERACIN (HVAC/R)Algunos refrigerantes o sistemas alternos han mostrado una tendencia hacia sistemas de enfriamiento ms intensivos en energa (ineficientes), que podran producir cantidades ms altas de bixido de carbono (CO2) descargado al entorno proveniente de la combustin de fuentes de energa de combustibles fsiles.

Cantidades ms grandes de bixido de carbono incrementan el grupo de gases que se conocen como gases de invernadero. Estos gases permiten que pase la radiacin solar a travs de la atmsfera de la Tierra, pero restringen la cantidad de energa que escapa, manteniendo as un rango de temperaturas compatibles con los seres vivientes. Gases en exceso pudieran dar como resultado un excesivo calentamiento global.

En comparacin con el problema de la degradacin de la capa de ozono, existe menos consenso mundial en relacin con las causas y el impacto del calentamiento global. Tanto el bixido de carbono como los refrigerantes CFC, sin embargo, han sido identificados como gases de invernadero. La eliminacin de los CFC tiene el potencial de reducir tanto los gases de invernadero como el calentamiento global.

La erradicacin de los CFC reductores de ozono tiene tendencia a eliminar el efecto de invernadero, bajando as el riesgo potencial de calentamiento global. Sin embargo, los refrigerantes de reemplazo pueden producir sistemas de enfriamiento con menor eficiencia, requiriendo por tanto el consumo de ms electricidad. El CO2 incrementado que resulte de la produccin elctrica adicional tendr tendencia a compensar el beneficio de eliminar los CFC. Los refrigerantes que en ltimo trmino se consideren aceptables debern tener a la vez un bajo riesgo potencial de reduccin de ozono (ODP) y un bajo riesgo potencial de calentamiento global (GWP).El siguiente cuadro muestra estas caractersticas para diversos refrigerantes.

Riesgo potencial de reduccin de ozono y de calentamiento global.

Producto QumicoFrmula QumicaRiesgo Potencial de reduccin de ozonoRiesgo potencial de calentamiento global1

Clorofluorocarbonos

CFC-11CCl3F1.01.0

CFC-12CCl3F21.02.8

CFC-114CClF2- CClF21.03.7

Hidroclorofluorocarbonos

HCFC-22CHClF20.050.34

HCFC-123CHCl2-CF30.020.02

HCFC-124CHClF-CF30.020.09

Hidrofluorocarbonos

HFC-125CHF2-CF30.00.6

HFC-134aCHF2-CF30.00.3

Mezclas refrigerantes

R-50251.1% CFC-1150.34.1

48.8% HCFC-22

Mezcla ternaria:36% HCFC-220.030.16

24% HFCl5a

40% CFC 124

Otros refrigerantes

AguaH2O0.00.0

AmonacoNH30.00.0

Prod. De la combustin

Bixido de carbonoCO20.01.0

Tab.7.1Calculado; en comparacin con CFC-12=2.8

7.2. EFECTO DE VARIOS REFRIGERANTES SOBRE LA CAPA DE OZONO ESTRATOSFRICO

Desde hace muchos aos se ha sostenido la teora de que los gases emanados de la tierra provocan un deterioro en la capa de ozono que la protege de los rayos ultravioleta.

Esta hiptesis, presentada por primera vez en 1974 por los cientficos M.R. Molina y F.S. Rowland, fue confirmada por estudios posteriores de la NASA mediante el uso de satlites y detectores de ozono en la Antrtica, donde el efecto parece ser ms serio.

Despus de algunos estudios se concluy que algunos compuestos halogenados, entre ellos los Clorofluorocarbonos CFCs-, eran los principales causantes de este fenmeno.

El cloro, importante componente de estos productos, es el que mediante una accin acelerada por la luz del sol, ocasiona una destruccin del ozono.

fig.7.2.1

CFC + O3 ( Cl0 + O2 (1)

C10 ( Cl + O (2)

Cl + O3 ( Cl0 + O2 (3)

El cloro que se encuentra en la molcula del CFC se desprende mediante la accin de la radiacin solar, reaccionando con una molcula de ozono para formar una molcula de monxido de cloro y oxgeno (1).

El monxido de cloro, por ser una molcula muy inestable, se separa fcilmente dejando el radical de cloro libre de nuevo (2), para comenzar el proceso otra vez (3).

La cantidad de molculas de ozono que un CFC puede destruir es variable, dependiendo del nmero de cloros y estabilidad que observe.

Los refrigerantes 11 y 12 son de los CFCs con ms estabilidad y cloros en su molcula, pero se pueden destruir hasta 100,000 molculas de ozono con una sola molcula de estos compuestos.

No todos los refrigerantes son igualmente dainos a la capa de ozono estratosfrico. Se pueden agrupar los distintos refrigerantes segn los tipos de tomos que se encuentran en sus molculas.

Los refrigerantes CFC contienen tomos de Cloro, Flor y Carbono. Los refrigerantes CFC son los que ms daan la capa de ozono. Hacen que las molculas de ozono se disgreguen, y se vuelvan a formar como molculas de oxgeno.

Los refrigerantes HCFC contienen Hidrgeno, Cloro, Flor y Carbono. Aunque estos refrigerantes tambin atacan la capa de ozono, su efecto es aproximadamente la mitad de daino que una cantidad igual de refrigerante CFC.Resumen de las Medidas del Protocolo de Montreal

Substancias dainas para el ozonoPases DesarrolladosPases en Desarrollo

Clorofluorocarbonos (CFCs)Descontinuacin total a final de 1995Descontinuacin total en el 2010

HalonesDescontinuacin total a final de 1993Descontinuacin total en el 2010

Tetracloruro de carbonoDescontinuacin total a final de 1995Descontinuacin total en el 2010

Cloroformo metiloDescontinuacin total a final de 1995Descontinuacin total en el 2015

HidroclorofluorocarbonosSuspendidos a principio de 1996

35% de reduccin para el 2004



Total descontinuacin en el 2020Suspendidos en el 2016 con base en el nivel del 2015.

Descontinuacin total en el 2040

HidrobromofluorocarbonosDescontinuacin total a final de 1995Descontinuacin total a final de 1995

Bromuro metiloSuspendidos en 1995 en el nivel base de 1991


50% de reduccin para el 2005Descontinuacin total en el 2010

Suspensin en un promedio del nivel base de 1995-1998.

Tab.7.2.1 Figura 4. Programacin para descontinuar los CFC: produccin permitida y consumo para los pases desarrollados.

1987

Protocolo de Montreal Original1990

Protocolo de Montreal en Londres1992

Protocolo de Montreal en Copenhague1990

Enmiendas Al Acta del Aire Limpio1994

Programacin de la Comunidad Europea

1990100%

1991100%100%85%

1992100%100%80%

199380%80%75%50%

199480%80%25%25%15%

199580%50%25%25%0%

199680%50%0%0%

199780%15%

199880%15%

199950%15%

200050%0%

Tab.7.2.28. CONCLUSIONES :

El inters tecnolgico y econmico del NH3 es grande en su utilizacin como refrigerante y est ampliamente confirmado en la prctica cotidiana mediante millones de usuarios de grandes y medianas instalaciones.

Como contra es imposible de reemplazar por NH3 el fluido de un circuito cargado con R22 en razn de los materiales utilizados en la construccin de estos equipos (cobre y sus aleaciones).

En caso de utilizarse NH3 para instalaciones de aire acondicionado, por razones de seguridad, deber usarse un fluido caloportador intermediario.

El desarrollo industrial de nuevos compresores aptos para asegurar pequeas y medianas potencias frigorficas con buenos rendimientos energticos y bajos costos, as como la puesta a punto de equipamientos competitivos y econmicos concebidos para ciertas aplicaciones que hasta el presente estuvieron reservados a los equipamiento con fluidos halogenados demandaron de algunas mesas a varios aos segn la naturaleza y las condiciones del servicio a asegurar.

Es as que el Instituto Internacional del fro recomienda vivamente que las autoridades de los Pases inciten a los laboratorios pblicos y a las sociedades industriales a desarrollar nuevas mquinas aptas para funcionar con amonaco de manera de ampliar el campo de utilizacin del amonaco en condiciones de seguridad y rendimientos ptimos.

Ampliando las consideraciones vertidas, podemos acotar que firmas lderes mundiales tales como Dupont cambian el sistema a NH3.

Por su parte Nestle Suiza ha creado una Divisin ecolgica la cual determin reemplazar los freones por NH3 en todo el mundo.

En EEUU el 81% de los almacenes frigorgenos utilizan amonaco. En Alemania alrededor del 65% de todos los equipos que se produjeron en el ao 1987 contenan amonaco, aumentndose paulatinamente sta cifra en los ltimos aos. BIBLIOGRAFA

ARI. Manual de Refrigeracin y Aire Acondicionado. Tomo I. Tercera Edicin. Prentice Hall, Mxico, 1999. Pgs. 368.

TURNKIST, Carl. MODERN REFRIGERATION. 11a. Edicin. The Good Herat-Willcox Co., 1998.

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Textos y fotografas extradas de la enciclopedia Microsoft Encarta 98.

Informacin y dibujos ilustrativos obtenidos a travs de la red de redes: Internet.

Pgina web oficial de Green Peace en Espaa.

Pgina web de Un planeta limpio.

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