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Unidad III: Refrigerantes, lubricantes, tuberías y accesorios

Unidad III Refrigerantes, lubricantes, tubería y accesorios

“NO EX EXIS IST T U RF FIG IG A A T ID IDAL AL,, Y U U CA AO O S  E E TAS TAS  A AUN UN !"S# "S#A$ A$% &' &'()* ()* ID IDAL AL,, +(O RFIGAT NO D- C.)R #O#A/0ET /AS $E!IADES EXII EXI IAS AS OR EL 1+(.R2 3.1 Clasificación y selección de refrigera refrigerantes ntes

Los refrigerantes son los fluidos vitales en los sistemas de refrigeración mecánica. Absorben calor  del lugar donde no se desea y lo trasladan a otro. La evaporación del líuido refrigerante remueve calor, el cual es liberado por la condensación del vapor calentado. !ualuier sustancia ue sufre cambio de fase líuida a vapor y viceversa puede funcionar como refriger refrigerante ante en sistem sistemas as del tipo de compresi compresión ón de vapor. vapor. "in embargo, embargo, solamen solamente te auellas auellas substancias ue sufren estos cambios a temperaturas y presiones comercialmente #tiles, son de valor práctico. $uede decirse ue no %ay un refrigerante &universal'. (a ue la refrigeración mecánica se utili)a en un rango amplio de temperaturas, algunos refrigerantes son más apropiados para refrigeración a alta temperatura tal como confort* otros operan a rangos a más ba+a temperaturas, tales como en almacenamiento de productos, procesos de congelación y aplicaciones ue reuieren a#n más  ba+as temperaturas. uc%os refrigerantes diferentes %an sido usados desde los primeros días de la refrigeración. -perime -perimentac ntación, ión, investigac investigación ión y prueba, prueba, a#n se efect#an efect#an con varios varios productos uími uímicos cos o compuestos y me)clas uímicas. -n un tiempo u otro se %a usado aire, butano, cloroformo, /ter,  propano, agua y otros compuestos orgánicos e inorgánicos. inorgánicos. 3.1.1 Selección de un refrigerante refrigerante

La selección de un refrigerante para una aplicación en particular, frecuentemente depende de  propiedades no relacionadas relacionadas con su %abilid %abilidad ad de remover calor, por e+emplo, e+emplo, su toicidad y disponibilidad. Así, la selección de un refrigerante para un propósito particular puede ser un compromiso compromiso entre propiedades en confli c onflicto. cto. Características:

0. 2. 4.

1o tene tenerr pres presio iones nes de cond condens ensaci acione oness ece ecesi siva vas, s, de tal modo modo ue no sea sea necesa necesari rio o tener  tener  instalaciones etrafuertes. 3a+o 3a+o punt punto o de ebul ebulli lici ción ón a la la pres presió ión n atmos atmosf/r f/ric ica, a, de tal tal modo modo ue el sist sistem emaa no neces necesit itee operar en condiciones de vacío con la posibilidad de entrada de aire al sistema. Alta Alta temper temperatu atura ra críti crítica. ca. -s impo imposi sibl blee lic licua uarr un gas ue tie tiene ne una temp tempera eratur turaa mayor mayor ue la temperatura crítica, crítica, no importa ue tanto sea elevada elevada la presión.

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5. 6. 7. 8. 9. . 0;. 00. 00. 02. 04. 05. 06. 07.

Alto Alto calo calorr lat latente ente de evap evapor orac ació ión. n. ien ientr tras as más alto alto sea sea el valo valorr del del cal calor late latent ntee se necesita circular menor cantidad de refrigerante. 3a+o 3a+o calor calor especi especifi fico co de líui líuido. do. -sta -sta es una caracte caracterí ríst stica ica deseab deseable le ya ue se estrangula el líuido en la la válvula de epansión. 3a+o 3a+o volum volumen en espec específ ífic ico o del vapor vapor.. -sto es esenci esencial al en en maui mauina nari riaa recipr reciprocan ocante, te, pero pero no es tan importante con máuinas centrifugas. Ause Ausenc ncia ia de acci acción ón cor corros rosiv ivaa en los los met metal ales es usado usados. s. -stabilidad uímica. -l refr refrig igera erante nte no debe debe ser flam flamab able le ni eplo eplosi sivo. vo. -l refr refriger igerante ante no debe debe ser ser tóico tóico a los pulm pulmones ones,, o+os y en general general a la la salud salud.. !ompuestos inorgánicos inorgánicos c> !omp !ompue uest stos os A)eotr A)eotróp ópic icos os.. A) Co!uestos "alocarburos e "idrocarburos "idrocarburos

?acia fines de la d/cada de 02;, un grupo de ingenieros y científicos, desarrollaron una nueva famil familia ia de refriger refrigerantes antes,, cuya caracterís característic ticaa más sobresalie sobresaliente nte fue su ba+a ba+a toicidad toicidad.. @tras compaías iniciaron la producción de este grupo de refrigerantes ba+o una serie de nombres: -l segundo dígito da el n#mero de átomos de fl#or ue aparecen en la mol/cula. mol/cula.  

Refrigerante

1

2

(Diclorodifluorometano) 2 ol/culas de -l primer primer t/rmino indica indica ue el etano es el %idrocarburo básico. básico.  b> -l segundo t/rmino indica indica el n#mero de átomos de %idrógeno: el 0 signifi significa ca ue no %ay ning#n ning#n átomo de ?, el 2 ue %ay un solo átomo de ?, etc. c> -l tercer tercer t/rmino indica indica el el n#mero n#mero de átomos de , debido a su ba+o volumen específico. Compuestos inorgánicos

Refrigerante 919 Aoniaco)

-s el refrigerante más usado particularmente en la industria y en refrigeración comercial. 0. 2. 4.

$resiones subDatmosf/ricas solo para temperaturas menores de D29 < y en el condensador  la presión no ecede de 2;; psias. !alor latente alto C6;; 3EUGLb>. -l agua me)clada con amoniaco no se congela en la válvula de epansión.

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5. 6. 7.

-l rendimiento termodinámico en un ciclo de refrigeración es alto. 1o corroe ni al %ierro ni al acero, pero si al cobre y a las aleaciones de )inc -s particularmente irritable a los o+os y a las membranas mucosas. "e pro%íbe usar  amoniaco en evaporadores de epansión directa por los cuales pasa el aire de los ductos de un sistema de aire acondicionado. "e uema con dificultad, pero puede formar me)clas eplosivas con me)clas de aire en relación de 07 a 27 F por volumen. 1o se forman productos dainos por su descomposición.

8. 9.

Refrigerante 900 ió;ido de carbono)

-l !@2 fue antiguamente usado en instalaciones de aire acondicionado* -n la actualidad %a sido sustituido por refrigerantes de ba+a presión. -l !@ 2 es inerte, no es corrosivo, es inoloro y no es irritante. "in embargo, en concentraciones altas de más de 7 F por volumen se eperimenta  p/rdida del conocimiento pudiendo incluso ocasionar la muerte de la persona epuesta si no se le %ace mover en aire fresco. -l !@2 es un refrigerante de presión alta. Refrigerante 916 Agua)

$uede usarse como refrigerante en aplicaciones de aire acondicionado. "e reuieren presiones  ba+as Cvacíos muy altos>, pero pueden obtenerse fácilmente con compresores centrífugos o de surtidores de vapor. 3.1.4 (o;icidad de refrigerantes

Eodas las substancias gaseosas Cecepto el aire>, tiene cierto grado de toicidad. ?ay varios grados o niveles de toicidad, ya ue algunas substancias producen efectos tóicos y %acen  peligrar la vida pues reducen la cantidad de oígeno, mientras ue otras son verdaderamente venenosas. La toicidad se relaciona con:  

la naturalea del aterial, el auento relati -tano C08;> Refrigerante 00 Refrigerante 02 Refrigerante 22 Refrigerante 6;; !@2 CR D855> "@2 CR D 875>

'laable o e;!losi están provocando la etinción de la capa o)ónica en el área terrestre. -ste fenómeno antinatural tiene alarmantes efectos no solo sobre los seres vivos sino tambi/n sobre el estado meteorológico. $or e+emplo, en pocos aos aumentará la temperatura de la tierra de 2 a 3 !, lo ue provocará inundaciones y la desa!arición de !orciones de tierra, como islas playas, etc., merced al derretimiento de grandes cantidades de %ielo, lo ue afectará directamente a los cultivos. $ero lo más dramático será la acción sobre los microorganismos, especialmente el fitoplancton, primer eslabón de nuestra cadena alimenticia. #e gas tó;ico a sal está formado por tres átomos de @ígeno, en ve) de dos C@2> como la mol/cula normal. -n el aire ue respiramos se encuentra una  proporción etremadamente ba+a, ue epresada en t/rminos uímicos estaría en el orden de &tra)as'. "e puede sentir su olor característico en tiempos de tormentas el/ctricas o cerca de los aparatos de alta tensión. -n altas concentraciones se vuelve tóico para la vegetación, ya ue mata el folla+e e in%ibe la fotosíntesis. -n combinación con otros contaminantes del aire, es capa) de causar estragos importantes en los cultivos. Eambi/n puede, en el caso del %ombre, provocar daos fisiológicos,  principalmente en las mucosas y los alv/olos pulmonares, así como favorecer el riesgo de contraer  el cáncer en la piel. "in embargo, es en la estratosfera ue toma su real importancia y su utilidad. -s en las altas capas de la atmósfera ue se forma, cuando los rayos ultravioletas del sol, disocian algunas mol/culas de @ígeno, liberando átomos de ese elemento ue se recombinan con otras mol/culas para formar el @)ono: @4. -stas mol/culas son renovadas constantemente y pueden ser tambi/n fácilmente destruidas por diversas acciones uímicas, naturales o no. =urante la larga %istoria de la tierra, el ciclo de producción y destrucción de @)ono siempre %a estado en euilibrio y es el %ombre uien %a perturbado este euilibrio* y uno de los principales enemigos del euilibrio o)ónico son los C'CBs. A partir de 1@26  se inicio el uso de un gas &inerte' en los refrigeradores, descubierto por el uímico de la Beneral motors * y en 1@09 comen)ó la industriali)ación de otros productos de la misma familia, llamados colectivamente clorofluorocarbones, usados tambi/n como propulsores en los aerosoles, los ue permiten rociar el contenido de una lata a presión. -stos %an llegado a usarse %oy en día por millares de toneladas. Los clorofluorocarbones, compuestos uímicos a base de cloro, fl#or, carbono y a veces %idrógenos, son conocidos vulgarmente como !. y los de poliol /ster C D$>. !on la desaparición de algunos !.  Kiscosidad "aybolt DDDDDDDDDDDDDDDDDD "egundos "aybolt Universales C"U">. 2.8 unto de escurriiento

-s la temperatura más ba+a a la cual fluirá un aceite. $or definición, el punto de escurrimiento es 4 ! mayor ue la temperatura a la cual el aceite de+ará totalmente de fluir* es decir, el punto de escurrimiento es 4 ! arriba del punto de congelación del aceite. -ste punto, depende del contenido de cera y de la viscosidad. -l punto de escurrimiento de un aceite es muy importante, cuando se usa con refrigerantes ue no son miscibles o ue son parcialmente miscibles* tal es el caso cuando se usa RD02 o amoniaco en sistemas con evaporador de tipo inundado. "i el punto de escurrimiento del aceite empleado es alto, se formará una capa viscosa de aceite sobre la superficie del evaporador. -sto trae como consecuencia, una serie p/rdida de eficiencia del intercambiador y problemas de lubricación debido a ue el aceite no retorna adecuadamente al compresor. 3.8 unto de floculación

-s la temperatura a la cual un aceite empie)a a formar depósitos de cera. Un buen aceite para refrigeración, no debe flocular al ser epuesto a las más ba+as temperaturas ue normalmente se encuentran en los sistemas de refrigeración. Eodos los aceites para refrigeración contienen algo de cera parafínica. La solubilidad de esta cera disminuye con la temperatura. !uando a una me)cla de aceite y refrigerante se le disminuye su temperatura, la solubilidad de la cera en el aceite disminuye, %asta ue a cierta temperatura no  puede mantener disuelta toda la cera, y parte de la misma se separa y se precipita. La cera libre ue se forma al enfriarse un aceite para refrigeración, se depositará en las partes más frías del sistema. -n el evaporador causará p/rdida de transferencia de calor, y en la válvula de epansión puede causar restricciones %asta una obstrucción completa. 0.8 unto de inflaación y unto de ignición

Eienen poco significado en los refrigerantes ecepto con el 1?4, !@2 y cloruro de metilo. "i un aceite tiene puntos de inflamación y de ignición altos, es la me+or indicación de ue no contiene elementos volátiles.

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-s posible me)clar una peuea cantidad de aceite de gran viscosidad con una cantidad mayor de aceite de ba+a viscosidad y obtener una viscosidad aceptable. !uando el aceite de ba+a viscosidad es inferior, se incendiará ba+o su uso normal a temperaturas ba+as.  El #unto de inflamacin  de un aceite es la temperatura más ba+a a la cual el vapor de aceite eistente sobre la superficie se inflama al ser epuesto a una flama, pero se apaga inmediatamente. -ste temperatura no es lo suficientemente alta para mantener al aceite ardiendo.  El #unto de ignicin es la temperatura a la cual un aceite arde y contin#a uemándose cuando menos durante 6 segundos al ser epuesto a una flama. 4.8 Rigide dielHctrica

-s la medida de la resistencia de un aceite al paso de la corriente el/ctrica. "e epresa en Oilovoltios de electricidad reueridos para saltar una distancia de una d/cima C0G0;> de pulgada de anc%o, entre dos polos sumergidos en el aceite. -n la celda se coloca el aceite y en lo polos se aplica volta+e, el cual se va incrementando gradualmente, %asta ue se llega a un volta+e ue vence la resistencia diel/ctrica del aceite Ca 26 !>, salta una c%ispa de un polo a otro. Un buen aceite para refrigeración debe tener una rigide) diel/ctrica de 26 OK o mayor para todas las viscosidades. -ste valor es importante, ya ue es una medida de impure)as en el aceite, tales como %umedad, metales disueltos o suciedad. "i el aceite está libre de materias etraas, tendrá un valor de rigide) alto. "i un aceite contiene impure)as, su resistencia al paso de la corriente el/ctrica será ba+a. -n compresores %erm/ticos y semiD%erm/ticos es una necesidad ue el aceite tenga un alto valor  de rigide) para evitar cortos en los devanados. 7.8 %uero de neutraliación

-s una medida del ácido mineral contenido en el aceite. !asi todos los aceites lubricantes contienen minerales de composición uímica incierta y diversa ue reaccionan con substancias alcalinas. A estas substancias se les denomina como &ácido orgánicos' ue normalmente son inofensivos y no deberán confundirse con los &ácidos minerales', los cuales son muy corrosivos. La presencia de estos ácidos en los aceites se debe a una mala refinación. -stos ácidos son  per+udiciales para la estabilidad del aceite. "u presencia en los sistemas de refrigeración es nociva, ya ue corroe las partes interiores, y provocan una rápida descomposición del aceite. "i en un aceite para refrigeración %ay ácidos presentes, ya sean orgánicos o minerales, estos se detectan con la prueba de n#meros de neutrali)ación. Un n#mero de neutrali)ación ba+a significa ue el aceite %a sido refinado adecuadamente Cel contenido de ácidos minerales es muy ba+o> y ue es altamente estable. -l valor de n#mero de neutrali)ación recomendado para los aceites de refrigeración nuevos, debe ser menor de ;.;6 miligramos de %idróido de potasio por gramo de aceite Cmg S@? G gr>, para todas las viscosidades. 9.8 Carboniación

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Eodos los aceites para refrigeración pueden ser descompuestos por el calor. !uando esto sucede, ueda un residuo de carbón. -sta propiedad se determina con un aparato llamado &aparato de carbón !onradson'. La muestra de aceite se calienta a una temperatura tan alta, ue se descompone, y los vapores arden %asta ue solo uedan residuos de carbón en el recipiente. La relación del peso del residuo de carbón, con el peso de la muestra original del aceite, es el valor de carbón !onradson. Aparentemente este valor solo servirá para identificar el tipo de crudo del cual se obtuvo el aceite* ya ue los aceites de base parafínica forman residuos de carbón duro y pega+oso. Los aceites de  base naft/nica formarán un carbón ligero y espon+oso, ue no es tan per+udicial como el otro, por  lo ue ninguno de los dos tipos de residuos de carbón son deseables. -sta comprobado ue %ay una relación definida entre el residuo de carbón y la tendencia del aceite a reaccionar con el refrigerante, formando lodos y cobri)ado. Un buen aceite para refrigeración, no deberá carboni)arse al entrar en contacto con superficies calientes en el sistema, durante su funcionamiento normal. =ebe tener un valor ba+o de carbón !onradson menor de 0.;4 F. 6.8 eso es!ecífico

-l peso específico, principalmente sirve para fines de obtener el peso de un litro de aceite, sin necesidad de pesarlo. Eambi/n ser una indicación del tipo de crudo del cual fue refinado. -l peso específico se determina con un %idrómetro, el cual se introduce en el aceite ue previamente se tiene en una probeta grande. -n la escala del %idrómetro se lee directamente el valor del peso específico a la temperatura de la muestra. -l valor real se obtiene de las tablas, convirti/ndolo a la temperatura de 06 !. Los aceites ue %an sido derivados de diferentes tipos de crudos poseen diferentes pesos específicos, pero no necesariamente tienen relación con la calidad del aceite. @.8 (endencia a la corrosión

-s una medida sobre la presencia indeseable de compuestos de a)ufre, los cuales causan corrosión a las superficies metálicas internas. -ste valor se determina mediante la prueba de corrosión de una lámina de cobre. Una tira de cobre pulida de aproimadamente 0.6  9 cms., es sumergida en la muestra de aceite contenida en un tubo de vidrio. "e tapa y se mete a un líuido caliente o a un %orno durante 4 %oras a 0;; !. "e saca la tira y se eamina para ver su decoloración, si se manc%ó, está picada o  presenta corrosión. 1/.8 +uedad

La %umedad es el principal enemigo de la refrigeración porue contribuye a formar ácidos, lodos y a congelarse dentro del sistema. La cantidad de %umedad ue contiene un aceite, se epresa en  partes por millón Cppm>. Un aceite para refrigeración cuando sale de la fábrica, normalmente tiene como máimo 4; ppm de agua. -sta cantidad puede incrementarse durante el envasado, traslado y

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almacenamiento, por lo ue se deben tomar todo tipo de precauciones para no de+ar el aceite epuesto al medio ambiente, ya ue los aceites son "igroscó!icos.

Dtras !ro!iedades

xidacin acelerada, color, #unto de anilina, esta&ilidad t"rmica, com#ati&ilidad con otros materiales

3.3 (uberías,