Manual Buenas Practicas Manejo Refrigerantes Inflamables

Buenas prácticas

EN EL MANEJO DE REFRIGERANTES INFLAMABLES

BUENAS PRÁCTICAS EN EL MANEJO DE REFRIGERANTES INFLAMABLES

Buenas prácticas

EN EL MANEJO DE REFRIGERANTES INFLAMABLES

“La presente publicación fue realizada por el Programa Ozono del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible de la República Argentina en el marco del Plan Nacional para la Eliminación del Consumo de los HCFCs, implementado en forma conjunta con la Organización de Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial (ONUDI). Al respecto, queremos destacar la colaboración de quien fuera la experta en refrigeración del Programa Ozono hasta noviembre de 2019, nuestra querida compañera Marta Comte, a quien recordaremos siempre con mucho cariño.”

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ÍNDICE PROGRAMA DE CAPACITACIÓN MÓDULO 1 1. INTRODUCCIÓN

11

1.1- ¿Qué es la capa de ozono? 1.2- Destrucción del ozono estratosférico - agujero de ozono

13

1.3- Potencial de agotamiento del ozono (PAO)

15

1.4- La protección de la capa de ozono: Convenio de Viena y Protocolo de Montreal, Enmienda de Kigali.

16

1.5- Efecto invernadero y calentamiento global

18

1.6- Acuerdos internacionales sobre cambio climático

20

1.7- Relación entre el agotamiento del ozono y el cambio climático

21

MÓDULO 2 2. NORMATIVA NACIONAL 2.1- Marco normativo relacionado con el Protocolo de Montreal

25

2.2- Marco normativo relacionado con el Manejo de Inflamables

26

MÓDULO 3 3. REFRIGERACIÓN, CONCEPTOS BÁSICOS 3.1- Introducción

29

3.2- Definiciones básicas 3.3- Calor y frío, formas de trasmisión del calor

32

3.4- Cantidad de calor

33

3.5- Calor latente y calor sensible

34

3.6- Temperatura 3.7- Presión

35

3.8- Ciclo de refrigeración mecánica por compresión gaseosa

39

3.8.1- Compresión

40

3.8.2- Condensación

42 Oficina Programa Ozono 2020

3

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3.8.3- Válvula de expansión

43

3.8.4- Evaporación

44

3.9- Coeficiente de performance

47

3.10- Diagrama de Mollier

45

3.11- Representación del ciclo de refrigeración en el diagrama de Mollier

50

MÓDULO 4 4. REFRIGERANTES 4.1- Evolución histórica

57

4.2- Características y selección de los refrigerantes

58

4.3- Clasificación de los refrigerantes

61

4.3.1- Clasificación por composición 4.3.2- Clasificación por características de peligrosidad

62

4.3.2.1- Inflamabilidad 4.3.2.2- Toxicidad 4.3.3- Otros parámetros

63 64

4.4- Productos de descomposición 4.5- Nomenclatura para designar refrigerantes

65

4.5.1- Refrigerantes halogenados saturados 4.5.2- Refrigerantes inorgánicos

66

4.5.3- Mezclas

4

4.6- Aceites

69

4.7- Refrigerantes inflamables:

73

4.7.1- Rango de inflamabilidad

74

4.7.2- Compatibilidad con aceites

75

4.7.3- Compatibilidad con materiales

76

4.7.4- Compatibilidad con componentes del sistema

77

4.8- Refrigerantes inflamables más usados 4.8.1- HFC: R-32 4.8.2- HFOs: R-1234ze y R-1234yf 4.8.3- Hidrocarburos: propano, isobutano, propileno

78

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79 80

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MÓDULO 5 5. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO 5.1- Introducción

85

5.2- Refrigeracion doméstica 5.3- Refrigeración comercial

86

5.4- Refrigeración industrial

87

5.5- Transporte refrigerado 5.6- Aire acondicionado doméstico

88

MÓDULO 6 6. NOCIONES BÁSICAS DE DISEÑO DE SISTEMAS CON REFRIGERANTES INFLAMABLES 6.1- Introducción

93

6.2- Pasos en un proceso de diseño 6.2.1- Fuentes de ignición 6.2.2- Estanqueidad del sistema 6.2.3- TEWI 6.2.4- Pureza de los hidrocarburos

94 95 96 97 98

6.3- Carga del refrigerante

99

6.3.1- Categorías de ocupación 6.3.2- Carga máxima, límite práctico

103

6.4.- Otras recomendaciones para instalaciones con refrigerantes inflamables 6.4.1 - Volumen del recinto 6.4.2 - Sala de máquinas 6.4.3 - Componentes eléctricos 6.4.4 - Etiquetado de instalaciones

104

105 106 107

6.5.- Almacenamiento y transporte de hidrocarburos

108

MÓDULO 7 7. MANTENIMIENTO Y REPARACIÓN: EVACUACIÓN 7.1- Elementos de protección personal

113 Oficina Programa Ozono 2020

5

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7.2- Contaminación de sistemas de refrigeración: 7.2.1- Humedad y ácidos 7.2.2- Gases no condensables 7.3- Vacío 7.3.1- Como evacuar un sistema 7.4- Service de sistemas con hidrocarburos 7.4.1- Manipulación del refrigerante 7.4.2- Revisión del área de trabajo 7.4.3- Revisión de sistemas de refrigeración: heladeras domésticas 7.4.4- Carga de refrigerante en heladeras domésticas

113 114 115 116 117 120 122 123 133

MÓDULO 8 8. MANTENIMIENTO Y REPARACIÓN: DETECCIÓN DE FUGAS 8.1- Generalidades y consecuencias de las fugas

139

8.2- Causas de fugas 8.3- Detección de fugas 8.3.1- Método de la burbuja 8.3.2- Detectores electrónicos 8.3.3- Otros métodos de detección de fugas 8.3.4- Fugas de referencia

141

8.4- Sistemas fijos de detección de fugas

145

142 143 144

8.5- Reparación de fugas MÓDULO 9 9. RECUPERACIÓN DE REFRIGERANTES 9.1- Definiciones

149

9.2- Identificación del refrigerante del sistema 9.3- Recuperación del refrigerante: 9.3.1- Técnicas de recuperación

150 151

9.4- Cilindros para recuperación: 9.4.1- Límites de llenado de cilindros de recuperación

152 154

9.5- Recuperación desde una heladera de uso doméstico

156

9.6- Recuperación desde un sistema comercial 6

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9.7- Recuperación desde un sistema de aire acondicionado

158

9.8- ¿Recuperación o venteo de refrigerantes inflamables?

160

MÓDULO 10 10. TRABAJO EN CAÑERÍAS 10.1- Herramientas

165

10.2- Conexión de caños 10.3- Sistemas a presión

166

10.3.1- Procedimiento de ensamblado

168

10.4- Instrucciones para realizar soldaduras en forma segura en equipos con refrigerantes inflamables

170

10.4- Listado de herramientas

171

ANEXOS Anexo I: Normativa Nacional sobre Higiene y Seguridad en el Trabajo

179

Anexo II: Carga máxima de R-32 en equipos de aire acondicionado

182

Anexo III: Carga máxima de R-290 en equipos de aire acondicionado

183

Anexo IV: Diagrama Mollier para el R-22

184

Anexo V: Diagrama Mollier para el R-134a

185

Anexo VI: Diagrama Mollier para el HFO-1234yf

186

Anexo VII: Diagrama Mollier para el HFO-1234ze

187

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Introducción

MÓDULO 1

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MÓDULO 1 1. INTRODUCCIÓN 1.1- ¿Qué es la capa de ozono? El ozono es un gas que está presente en la atmósfera en forma natural. Cada molécula de esa sustancia contiene 3 átomos de oxígeno y se representa químicamente como O 3. Molécula de ozono

Mediante procesos atmosféricos naturales las moléculas de ozono se crean y se destruyen continuamente. La radiación ultravioleta del sol rompe las moléculas de oxígeno y los átomos así generados se combinan luego con otras moléculas de oxígeno formando moléculas de ozono, según puede verse en la figura siguiente: Formación del ozono

El ozono se encuentra en 2 regiones de la atmósfera: aproximadamente el 10% está presente en la tropósfera, la región más cercana a la Tierra (desde la superficie hasta 10 – 16 Km); el ozono restante (90%) se encuentra en la alta atmósfera o estratósfera, entre los 10 y 50 Km de altitud, alcanzando su concentración máxima entre los 25 y 30 Km. Esta zona es la conocida como la Capa de Ozono, la cual reduce la intensidad de las radiaciones ultravioletas del sol de ciertas longitudes de onda (UVB) que llegan a la superficie de la tierra. Oficina Programa Ozono 2020

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Distribución del ozono en la atmósfera

A pesar de que la capa de ozono es extremadamente delgada absorbe eficientemente la mayoría de los rayos UV-B dañinos del sol. Cualquier incremento en la cantidad de esta radiación que alcance la superficie de la tierra producirá daños considerables al ambiente y a la vida en nuestro planeta. PODEMOS DECIR ENTONCES QUE LA CAPA DE OZONO ES EL FILTRO SOLAR DE LA TIERRA Protección de la capa de ozono contra los rayos UV-B

La capa de ozono absorbe alrededor del 90 % de la radiación UVB y deja pasar la totalidad la UVA.

Está demostrado que un exceso de exposición a la UVB causa efectos adversos no sólo en los seres vivos sino también en los ecosistemas en general, como así también a diversos materiales. 12

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Muchas especies y variedades de plantas son sensibles a esta radiación, y una exposición mayor podría tener efectos directos e indirectos complejos, tanto en los cultivos como en los ecosistemas. Diversos estudios han demostrado que, cuando cultivos como el arroz y la soja están expuestos a los rayos UVB, las plantas son más pequeñas y el rendimiento más bajo. En el caso de los ecosistemas acuáticos está demostrado que, tanto el fitoplancton como las larvas de muchas especies marinas, sufren los efectos adversos del incremento de la radiación ultravioleta, ya que ésta puede provocar daños hasta 20 metros de profundidad. Por lo tanto, al verse afectadas las cadenas de alimentación y reproducción de la vida marina se pueden producir alteraciones en otros eslabones de dichas cadenas, y, por ejemplo, tener una menor productividad en la industria pesquera. Esto implica un serio daño para aquellas economías que basan su fuente de alimentación o bien sus exportaciones en esta industria. La reducción de la capa de ozono, y por lo tanto el incremento de exposición a los dañinos rayos ultravioletas, también tiene efectos adversos en la salud de los seres humanos. Algunos de los problemas de salud que pueden presentarse son: • Foto-envejecimiento de la piel y aparición de cánceres, algunos de tipo benigno pero también melanomas malignos. • Cataratas que limitan la visión. Si bien las mismas tienen también otras causas, se estima que al menos un 18% adicional de casos son aportados como consecuencia de la sobreexposición a los rayos UV que alcanzan la tierra como consecuencia de la disminución de la capa de ozono. • Debilitamiento del sistema inmune, lo que disminuye las defensas del cuerpo humano ante ciertos tipos de herpes y enfermedades parasitarias.

1.2- DESTRUCCIÓN DEL OZONO ESTRATOSFÉRICO – AGUJERO DE OZONO El ozono es un gas inestable y puede ser destruido por algunos compuestos que contengan cloro y/o bromo en sus moléculas. Algunas de estas moléculas son los clorofluorocarbonos (CFC), los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) y los halones usados como extintores de incendios. La destrucción de las moléculas de ozono, como consecuencia del cloro y/o bromo contenido en estas sustancias, es la principal causa de la disminución de la “capa de ozono”. Debido al largo tiempo de vida de las moléculas de estas sustancias en la atmósfera, las mismas llegan a la estratosfera a través de los constantes movimientos del aire y una vez allí, son destruidas por la radiación UV liberando átomos de cloro y/o bromo, especies muy reactivas. Estas especies pueden capturar un átomo de la molécula de ozono originando así una molécula de óxido de cloro y otra de oxígeno. Por reacción con otro átomo de oxígeno, el Oficina Programa Ozono 2020

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cloro puede ser nuevamente liberado para reaccionar con otra molécula de ozono, repitiendo una y otra vez el proceso de destrucción de miles de moléculas de este gas. El mecanismo destrucción del ozono estratosférico puede verse en la siguiente figura: Mecanismo de destrucción del ozono

Debido a este proceso, se produce una disminución importante en los niveles de ozono de la estratósfera, lo que se conoce como el “agujero de ozono”, que es básicamente una zona donde la concentración del ozono se encuentra muy disminuida. Este fenómeno es estacional y se produce fundamentalmente sobre la Antártida durante la primavera del Hemisferio Sur debido a las condiciones geográficas y climáticas especiales que allí se encuentran. Durante el invierno en esa zona se generan las condiciones meteorológicas que establecen el escenario necesario para el desarrollo del agujero de ozono: un viento fuerte circumpolar, conocido como vórtice polar se desarrolla en la media y baja estratósfera y tiene el efecto de aislar el aire sobre esta región, donde se registran temperaturas muy bajas (entre 80°C y 90°C bajo cero). Esto da lugar a la formación de nubes especiales llamadas nubes estratosféricas polares (NEP), las que no son como las nubes de gotas de agua que habitualmente vemos, sino que están formadas por ácido nítrico y agua que condensan sobre partículas preexistentes que contienen ácido sulfúrico líquido. Las reacciones en las superficies de las partículas sólidas de estas nubes aumentan en forma considerable la abundancia relativa de las mayoría de los gases clorados /bromados, y, de esta forma, cuando regresa la luz solar a comienzos de la primavera se activan los ciclos de destrucción del ozono. 14

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Imagen satelital del agujero de ozono, 20 de Agosto de 2019

https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov

Cuanto más azul sea el color, menor es la concentración de ozono.

1.3- POTENCIAL DE AGOTAMIENTO DE OZONO (PAO) Las sustancias que agotan la capa de ozono se comparan en su efectividad para destruir el ozono estratosférico mediante el “Potencial de agotamiento de ozono” (PAO). Una sustancia que tiene un PAO mayor tendrá mayor capacidad de destruir el ozono durante su vida en la atmósfera. El PAO se calcula para cada gas en relación al CFC-11, que tiene un PAO definido como 1.

Tiempo de vida y PAO de algunas SAOs Gas fuente de halógeno

Tiempo de vida (años)

PAO

Cloro CFC-11

45

1

CFC-12

100

1

CFC-113

85

0,8

Tetracloruro de Carbono

26

1,1

1 - 26

0,02 - 0,12

5

0,1

Halon 1301

65

10

Halon 1211

16

3

Bromuro de Metilo

0,7

0,6

HCFCs Metil Cloroformo Bromo

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1.4- LA PROTECCIÓN DE LA CAPA DE OZONO, CONVENIO DE VIENA Y PROTOCOLO DE MONTREAL, ENMIENDA DE KIGALI La preocupación por los efectos dañinos del adelgazamiento de la capa de ozono alcanzado en los años ochenta llamó a una acción global plasmada en el “Convenio de Viena para la Protección de la Capa de Ozono”, firmado por 21 estados incluyendo la Comunidad Europea y Argentina en marzo de 1985. Mediante el mismo, las naciones acordaron adoptar “medidas apropiadas para proteger la salud humana y el ambiente contra los efectos adversos resultantes o que puedan resultar de las actividades humanas que modifiquen o puedan modificar la capa de ozono”; pero las medidas no se especifican y no se hace mención a sustancias que podrían dañar la capa de ozono. El principal cometido del Convenio fue alentar a la investigación, la cooperación entre los países y el intercambio de información. Con el objeto de eliminar las sustancias que agotan la capa de ozono, en 1987 se firmó el Protocolo de Montreal, bajo el gerenciamiento del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA). Este Protocolo identificó la mayor cantidad de sustancias que agotan la capa de ozono y estableció un cronograma por el cual la producción y el consumo de las sustancias controladas serían reducidos y eliminados gradualmente a través del desarrollo y la introducción de sustitutos y de tecnologías alternativas. Para ello, el Protocolo de Montreal estableció cronogramas de reducción y eliminación del consumo de las sustancias controladas. Aquí es necesario aclarar que el Protocolo de Montreal define el CONSUMO de SAOs de un país como: CONSUMO = PRODUCCION + IMPORTACIÓN – EXPORTACIÓN

Esto quiere decir que no regula el uso diario o la venta a plaza de las SAOs. En la tabla siguiente se detalla el cronograma de eliminación vigente para los países que operan al amparo del Artículo 5 relativo a la situación especial de los países en vías de desarrollo, para los que las medidas de control se aplican con posterioridad a las de los países desarrollados.

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Cronograma de reducción y eliminación del consumo de SAOs SAO

Línea Julio de base 1999 2002

Enero 2003

2005

CFC Anexo A I

1995-97 Congel.

Halores Anexo A II

1995-97

Congel.

50%

Bromuro de Metilo Anexo E

1995-98

Congel.

20%

Metilcloroformo 1998-00 Anexo B III Tetracloruro de Carbono Anexo B II

1998-00

HCFC Anexo C I

2009-10

2007

2010

2013

2015

2020

2025

2030

2040

50% 85% 100%

Congel. 30%

85%

100% 100% 70%

100%

100% Congel. 10%

35% 67,5% 97,5% 100%

Como puede verse, a partir del año 2010 se eliminó totalmente en nuestro país la importación y la producción de clorofluorocarbonos (CFC), y, en consecuencia, su uso se limita actualmente a lo contenido en equipos existentes y a lo recuperado y/o reciclado de los mismos. En la reunión de las Partes del Protocolo llevada a cabo en Montreal en 2007 se acordó adelantar los plazos anteriormente fijados para la eliminación de los hidroclorofluorocarbonos (HCFC), entre los que se encuentra el HCFC-22 o R-22, los que, en muchos casos fueron los reemplazantes de los CFCs eliminados y cuyo consumo había experimentado un crecimiento significativo en todo el mundo y en especial en los países en vías de desarrollo. Las nuevas medidas de control establecen para los países del Artículo 5, en el que está incluida Argentina, los plazos que vemos reflejados en el siguiente cuadro: Medidas de control para los HCFCs en países A5 Medida

Año

Línea de base

2009-2010

Congelamiento

2013

10% reducción

2015

35% reducción

2020

67,5% reducción

2025

97,5% reducción

2030

Eliminación total

2040

Respecto de este calendario, es importante mencionar que nuestro país reconvirtió totalmente al sector de fabricantes de equipos acondicionadores de aire de tipo doméstico, y que, a partir del 30 de junio de 2013 se prohibió tanto la fabricación como la importación de Oficina Programa Ozono 2020

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estos equipos que contengan HCFC-22. A partir de esa fecha, los equipos de fabricación local tienen el refrigerante HFC-410A. Además, y dentro del marco del Plan Nacional para la Eliminación de los HCFCs presentado por Argentina ante el Comité Ejecutivo del Fondo Multilateral del Protocolo de Montreal en el año 2012, la Oficina Programa Ozono (OPROZ) sigue llevando a cabo diversas actividades de capacitación orientadas al sector de servicios de refrigeración, entre ellas, la concientización sobre nuevos refrigerantes y alternativas naturales, entre los que merecen una atención especial los refrigerantes inflamables. Un tema importante a destacar es que los refrigerantes que agotan a la capa de ozono (SAOs) están siendo reemplazados mayormente por Hidrofluorocarbonos (HFCs), sustancias que si bien no agotan el ozono, son gases de efecto invernadero. Por ello, y para contribuir a las medidas para combatir el calentamiento global, en octubre de 2016, las Partes del Protocolo de Montreal aprobaron la Enmienda de Kigali, que incorporó a los HFCs como sustancias controladas por dicho Protocolo, y que Argentina ratificó el 22 de noviembre de 2019. Esta Enmienda estableció también un cronograma para la eliminación gradual del consumo de los HFCs, que, para el grupo de países en vías de desarrollo en el que se encuentra Argentina es: Cronograma de eliminación de los HFCs Año

Porcentaje de reducción

2020-2022

Línea de base: promedio del consumo de HCFs 2020-2022 + 65% de la línea de base de los HCFCs

1° Enero 2024

Congelamiento del consumo al valor de la línea de base

1° Enero 2029

10% de reducción

1° Enero 2035

30% de reducción

1° Enero 2040

50% de reducción

1.5- EFECTO INVERNADERO Y CALENTAMIENTO GLOBAL El efecto invernadero es un proceso natural por el cual ciertos gases que están presentes en la atmósfera absorben la radiación que la Tierra emite al espacio como consecuencia del calentamiento de su superficie por la radiación solar. Parte de esa radiación recibida es devuelta a la atmósfera como radiación térmica infrarroja que es absorbida por el vapor de agua, el dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4), el óxido nitroso (N 2O), y otros gases, como los clorofluorocarbonos (CFCs), los hidrofluorocarbonos (HFCs), los hidroclorofluorocarbonos (HCFCs), los perfluorocarbonos (PFC), y el hexafluoruro de azufre (SF6), de origen exclusivamente antropogénico, que se denominan Gases de Efecto Invernadero (GEIs o GHGs1 por sus siglas en inglés). De esta forma, el efecto invernadero hace que la temperatura promedio de la Tierra sea 1

GHG: Greenhouse Gases.

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de alrededor de 15º C, contra los -18°C que tendría la superficie si el mismo no existiera. En consecuencia, y como resultado de este efecto, el planeta se mantiene lo suficientemente templado como para hacer posible la vida; una pequeña variación en este delicado balance de absorción y emisión de energías puede causar graves problemas. Los productos de muchas actividades humanas contribuyen sustancialmente al incremento del efecto invernadero: la quema de combustibles fósiles, la agricultura, la ganadería, la deforestación, algunos procesos industriales y los depósitos de los residuos urbanos provocan un aumento de las concentraciones de estos gases de efecto invernadero en la atmósfera. De esta manera, este incremento aumenta la absorción de la energía reflejada por la Tierra, lo cual produce finalmente el calentamiento global con las consecuencias potenciales conocidas: alteraciones en los regímenes de precipitaciones, incremento de la desertificación, alteraciones de los ciclos agrícolas y el derretimiento de los hielos, lo que incrementaría el nivel del mar causando inundaciones en las zonas costeras. El Potencial de Calentamiento Global (PCG o GWP2 por sus siglas en inglés) es el índice que compara el poder o capacidad de calentamiento de los diferentes gases a lo largo de un periodo de tiempo, en general 100 años, en relación a una emisión igual de CO 2, sustancia tomada como referencia. Cuanto mayor sea esa capacidad, mayor será el Potencial de Calentamiento Global. Este PCG está determinado, entre otros factores, por el tiempo de vida media en la atmosfera de los gases. Así, el efecto en la atmósfera de los GEIs puede convertirse a un valor equivalente de toneladas de CO 2 usando la fórmula siguiente: CO2 equiv = masa del gas (ton) x PCG

Persistencia en la atmósfera y potencial de calentamiento global de algunos gases de efecto invernadero 3 Nombre

Formula química

Persistencia en la atmósfera (años)

PCG3 para un horizonte de tiempo de 100 años

Dióxido de Carbono

CO2

500

1

Metano

CH4

12

25

Óxido Nitroso

N 2O

114

298

CFC-11

CCl3F

45

4750

CFC-12

CCl2F2

100

10900

HCFC-22

CHClF2

12

1810

HCFC-141b

CH3Cl2F

9,3

725

HFC-23

CHF3

270

14800

HFC-134a

CH2FCF3

14

1430

Hexafluoruro de Azufre

SF6

3200

22800

PFC-14

CF4

50000

7390

GWP: Global Warming Potential. Basado en el Cuarto Informe de Evaluación (también conocido como “AR4”) adoptado por el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre Cambio Climático (IPCC). 2 3

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Los compuestos halogenados son mucho más eficientes en absorber la radiación emitida por la Tierra que el CO 2, por lo que pequeñas cantidades de estos gases pueden contribuir significativamente al calentamiento de la atmósfera.

1.6- ACUERDOS INTERNACIONALES SOBRE EL CAMBIO CLIMÁTICO La voluntad política de la comunidad internacional dirigida a mitigar el cambio climático global consiguió plasmarse en 1997 en el Protocolo de Kyoto. Entre los principales elementos que integraron la arquitectura del Protocolo se cuentan:

• Compromisos cuantitativos que incluye metas de emisión y compromisos generales. • Implementación de políticas y medidas nacionales y de mecanismos de flexibilización, que contribuyan a hacer viable el cumplimiento de los compromisos.

• Minimización de impactos para los países en desarrollo, lo que incluye la creación de un Fondo de Adaptación.

• Preparación de inventarios nacionales de emisiones para un sistema de información internacional.

• Sistema de aseguramiento del cumplimiento de los compromisos asumidos por las Partes.

Los gases de efecto invernadero cubiertos por el Protocolo de Kyoto son:

• Dióxido de Carbono (CO2) • Metano (CH4) • Óxido Nitroso (N2O) • Hidrofluorocarbonos (HFCs) • Perfluorocarbonos (PFCs) • Hexafluoruro de azufre (SF6) El Acuerdo de París es el instrumento legal que sucedió al Protocolo de Kyoto en el marco de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre Cambio Climático y fue adoptado por las Partes de la Convención en diciembre de 2015 en París. A través del mismo las Partes de la Convención (192 países) se comprometieron a adoptar objetivos de reducción de emisiones (mitigación) de modo cuantificado y comparable, en lo que se conoce como Contribuciones Nacionalmente Determinadas (NDCs). Con la firma de este Acuerdo, Argentina adoptó un compromiso legalmente vinculante en el que se compromete a presentar contribuciones al esfuerzo global de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero necesario para que no se superen los 2 ºC promedio sobre la superficie del planeta, y con ello exista una mayor probabilidad de evitar la ocurrencia de daños catastróficos e irreversibles. 20

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Las políticas con mayor impacto en la reducción de emisiones son:

• Planes de aprovechamiento forestal • Reemplazo de lámparas incandescentes por LFC y LED • Incremento de la generación hidroeléctrica • Aumento de la generación empleando tecnología nuclear • Establecer normas de eficiencia energética para lavarropas, acondicionadores de aire, heladeras y freezers.

• Energías renovables (eólica, solar, etc.)

1.7- RELACIÓN ENTRE EL AGOTAMIENTO DEL OZONO Y EL CAMBIO CLIMÁTICO El agotamiento del ozono en la estratosfera y el cambio climático son efectos no deseados de las actividades humanas y constituyen problemas ambientales distintos pero relacionados de varias maneras debido a que: • La capa de ozono influye en el mantenimiento del balance térmico global del planeta, y • Las SAOs y muchos de sus sustitutos son gases de efecto invernadero El ozono atmosférico y el equilibrio térmico de la tierra Menos ozono estratosférico = El ozono atmosférico influye de dos formas en el Menos retención equilibrio de las temperaturas de la Tierra. nfrarroja o de la radiación infrarroja Absorbe la radiación ultravioleta solar que = calienta la estratósfera y también absorbe la O MÁS FRÍO radiación infrarroja emitida por la superficie de La pérdida del ozono estratosférico la tierra, atrapando de forma eficaz el calor en la permite que una mayor parte de la tropósfera. Por consiguiente, el impacto en el radiación Infrarroja que emite la Tierra se clima de las modificaciones en las concentracioMás ozono troposférico sférico pierda en el espacio exterior, provocando nes del ozono varía de acuerdo con la altitud en = el enfriamiento de la capa superior de la la que ocurren estos cambios. Más retención de la atmósfera. Dicho enfriamiento hace que radiación El enfriamiento provocado por la pérdida del persistan las condiciones climáticas que = ozono estratosférico inferior podría compensar el agotan el ozono. MÁS CALOR S ETA sfera calentamiento causado por las sustancias IOL ropó T V A químicas destructoras del ozono en la tropósfera. TR a L Los rayos Infrarrojos son absorbidos fer SU tós El cambio climático podría enfriar la estratósfera, por el ozono en la tropósfera, y a YO Estra V A U lo que incrementaría el agotamiento del ozono, R reemitidos a la superficie terrestre, porque en las regiones polares persistirían por b provocando un aumento de la V U más tiempo las condiciones climáticas que temperatura. promueven el agotamiento del ozono. c

U

Los rayos UV-A llegan a la superficie en su totalidad. Los rayos UV-B son absorbidos en su mayor parte por la capa de ozono y los UV-C, que son letales, son bloqueados casi por completo.

V

RAYOS INFRARROJOS La Tierra recibe radiación de onda corta (Ultravioleta, visible) del sol y emite radiación de onda larga (Infrarroja).

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El Protocolo de Montreal ha proporcionado apreciables beneficios para el clima, ya que la disminución neta de las emisiones de sustancias que agotan la capa de ozono a nivel mundial ha traído consigo reducciones de los gases de efecto invernadero que equivalen a varios miles de millones de toneladas de dióxido de carbono equivalentes, cinco veces más de lo que se había anticipado que reduciría el Protocolo de Kyoto durante el primer período de compromiso. La eliminación de las SAOs por el Protocolo de Montreal también ha beneficiado al clima del planeta de otra manera. En el proceso de reconversión de estas sustancias, los equipos que las contienen se han ido perfeccionando de manera tal que las fugas se han reducido al mínimo por la aplicación de buenas prácticas en la manufactura y servicio. Asimismo, el rediseño de los equipos a fin de adaptarlos a los nuevos refrigerantes los ha hecho más eficientes desde el punto de vista de consumo de energía.

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Normativa Nacional

MÓDULO 2

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MÓDULO 2 2.1- MARCO NORMATIVO RELACIONADO CON EL PROTOCOLO DE MONTREAL Año

NORMA

1985 Argentina suscribe el “Convenio de Viena para la Protección de la Capa de Ozono”. 1989

Ley N° 23.724: aprueba el “Convenio de Viena para la Protección de la Capa de Ozono”, sancionada el 23 de septiembre de 1989.

Ley N° 23.778: aprueba el “Protocolo de Montreal relativo a las Sustancias que Agotan la 1990 Capa de Ozono” el cual identifica a las SAOs y establece un programa para su reducción y eliminación (sancionada el 10 de mayo de 1990). Ley Nº 24.040: regula la aplicación de las restricciones al Consumo de Sustancias Contro1991 ladas del Anexo A del Protocolo de Montreal en lo que respecta al uso de CFCs, establece sanciones de carácter penal, tales como apercibimiento, multas, inhabilitación y clausura de establecimientos en caso de incumplimiento (sancionada el 27 de noviembre de 1991).

1992

1994

Decreto N° 177/92: establece en su artículo 4º que la autoridad de aplicación de la Ley 24040 será la ex-Secretaría de Recursos Naturales y Desarrollo Sustentable, actual Secretaría de Ambiente y Desarrollo Sustentable (sancionada el 24 de enero de 1992). Ley N° 24.167: Se aprueba la enmienda de Londres al Protocolo de Montreal relativa a otros CFCs y dos disolventes; el metilcloroformo y el tetracloruro de carbono (sancionada el 30 de septiembre de 1992). Ley N° 24.418: Ratifica la enmienda de Copenhague relativa a HCFCs, los HBFC y el Bromuro de Metilo (sancionada el 7 de diciembre).

Decreto N° 265/96 crea en el ámbito de la Dirección Nacional de Gestión Ambiental de la Secretaría de Ambiente y Desarrollo Sustentable (S.A. y D.S.) la Oficina Programa Ozono, a los fines de facilitar la coordinación y efectividad del Plan de Acción del Gobierno Nacio1996 nal para el cumplimiento del Protocolo de Montreal, constituida por un representante del Ministerio de Relaciones Exteriores, Comercio Internacional y Culto, uno de la Secretaría de Ambiente y Desarrollo Sustentable del Ministerio de Salud, y un tercero de la Secretaría de Industria, Comercio, Minería y de la Pequeña y Mediana Industria del Ministerio de Economía y Producción. Resolución S.A. y D.S. Nº 745 se crea en el ámbito de la Subsecretaría de Ordenamiento Ambiental, Dirección Nacional de Ordenamiento Ambiental, el Programa Ozono, que tiene 1999 a su cargo el desarrollo de todas las actividades relacionadas con la aplicación del Convenio de Viena para la Protección de la Capa de Ozono, el Protocolo de Montreal y las funciones asumidas por la OPROZ. 2001

Ley N° 25.389: Ratifica Enmienda de Montreal relativa al Sistema de Licencias y ajustó calendarios del bromuro de metilo (publicada el 12 de enero). Oficina Programa Ozono 2020

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Año

NORMA

2003 Resolución S.A. y D.S. N° 296/03 se amplía el listado de sustancias que quedan comprendidas en las disposiciones de la Ley N° 24.040. Decreto Nº 1609/04: Establece medidas a fin de regular la Importación y Exportación de SAOs, crea el Registro de Importadores y Exportadores de SAOs (RIESAO). 2004 Resolución S.A.yD.S. Nº 953/04: Reglamenta el Decreto 1609, habilita el Registro de Importadores y Exportadores de SAOs (RIESAO), establece la obligatoriedad de solicitar licencias de importación y exportación de todas las SAOs y de Cuotas de Importación/ Exportación así como Cupos de Importación. 2005 Resolución Gral. AFIP Nº 1852/05 Norma relativa a la Importación y Exportación de SAO. 2006

2012

Ley Nº 26106 Ratificación de la Enmienda de Beijing al Protocolo de Montreal (sancionada 7 de junio). Resolución S.A. y D.S. N°1640/12 Prohibición de la fabricación, ensamble, comercialización e importación de equipos acondicionadores de aire de uso doméstico que requieran para su funcionamiento el HCFC-22. Incorporación de licencias de importación sin cupo para equipos de aire acondicionado de uso doméstico. Resolución S.A. y D.S. N°1813/12 Modificación de la Resolución S.A. y D.S. N°953/04 para la incorporación de los HCFC como sustancia sujeta a cupo de importación a partir del 1° de enero de 2013. Asimismo, se incorpora a las empresas productoras de las sustancias controladas o mezclas que la contengan el deber de informar los datos sobre el destino de las mismas, carga que anteriormente sólo recaía en los importadores y exportadores.

2.2- MARCO NORMATIVO RELACIONADO CON EL MANEJO DE INFLAMABLES Argentina no tiene legislación específica para el manejo de refrigerantes inflamables, sin embargo, hay normativa aplicable que proporciona información adecuada para el transporte y trabajo seguro con estas sustancias. Año

NORMA

1995-1996 Ley N° 24.557/95 y Decreto N° 170/96: Prevención de Riesgos en el Trabajo. Ley N° 19.557, DR N° 351/79: Higiene y Seguridad en el Trabajo. Capítulo 16: Aparatos a 1972-1979 presión. Anexo I, Capítulo 18 y Anexo VII: Protección contra incendios en el lugar de trabajo, matafuegos, categorías de inflamabilidad. Capítulo 19: Elementos de protección personal. Ley 2.449/95, Anexo S: Transporte de materiales peligrosos por carretera. 1995-1997 Resolución 195/97, Secretaría de Obras Públicas y Transporte, Tránsito y Seguridad Vial Secretaría de Obras Públicas y Transporte: Guías Técnicas al Reglamento General para el Transporte de Mercancías Peligrosas por Carretera, aprobado por Decreto Nº 779/95.

En el Anexo I se presenta una descripción de los artículos más relevantes de los Capítulos 18 y 19 del Decreto 351/79 relacionados con el manejo de inflamables. 26

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Refrigeración, conceptos básicos

MÓDULO 3

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MÓDULO 3 3.1- INTRODUCCIÓN Podríamos definir a la refrigeración en general como un proceso desarrollado en forma controlada tendiente a disminuir la temperatura de un cuerpo o espacio determinado, transfiriendo parte del calor hacia un cuerpo o espacio donde no origine efectos negativos. Los sistemas de refrigeración y aire acondicionado funcionan en base a 3 principios básicos que responden a las leyes de la física que gobiernan la relación entre líquidos y gases y determinan qué ocurre en los cambios de fase.

• Cuando un líquido se evapora, absorbe el calor requerido para la evaporación, por lo

tanto un objeto o ambiente en contacto con el líquido que se está evaporando cede calor y reduce su temperatura. Ocurre a la inversa al sacar calor de un gas, éste se condensa y pasa al estado líquido.

• La mayor evaporación, y por lo tanto el mayor efecto de enfriamiento se produce cuando el líquido hierve. • La temperatura a la cual un líquido hierve depende de la presión actuante sobre el mismo. Una vez producida esta evaporación, el fluido es transportado a otro sitio para ser condensado, es decir vuelto nuevamente al estado líquido liberando así el calor en un ciclo continuo. Este ciclo puede tener lugar en un espacio confinado, como por ejemplo un refrigerador domestico donde el fluido recorre sólo pequeñas distancias, o bien, como ocurre en grandes sistemas de aire acondicionado, recorrer distancias muy extensas. No obstante y sin importar la separación que haya entre evaporador y condensador los fundamentos de la operación siempre son los mismos y se basan en los 3 principios mencionados. El fluido usado en este proceso es el refrigerante.

3.2- DEFINICIONES BÁSICAS Existen varios términos y expresiones que son de uso común en refrigeración y que es importante conocer, las mismas están por orden alfabético: Acondicionamiento de aire: Control simultáneo de la temperatura, filtrado, humedad, movimiento y distribución del aire para hacer confortable el entorno Calidad, título del vapor o sequedad: Porcentaje en peso de vapor en una mezcla de líquido y vapor. Calor: Forma básica de energía que se caracteriza por su capacidad de pasar de un cuerpo a una dada temperatura a un cuerpo con temperatura inferior. Puede manifestarse como calor sensible o calor latente. La unidad es el joule, J. Oficina Programa Ozono 2020

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Calor de condensación: Energía térmica producida por un vapor puro durante el cambio de estado a líquido a una temperatura y presión dada. Calor específico: Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura en 1°C de 1gr de sustancia. En el Sistema Internacional de Unidades, el calor específico se expresa en joules por kilogramo y por kelvin (J·kg−1·K−1); otra unidad, no perteneciente al SI, es la caloría por gramo y por grado centígrado (cal·g−1·°C−1). Calor latente: Energía térmica liberada o absorbida en un cambio de estado a temperatura y presión constantes de una sustancia pura. Calor sensible: Energía térmica que se caracteriza por el cambio en la temperatura. Capacidad térmica: Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una dada masa de material en un grado. Ciclo: Trayectoria cerrada en un sistema termodinámico por la que el fluido activo retorna después de una serie de cambios a las condiciones originales de temperatura, presión y entalpía. Coeficiente de rendimiento o “performance”, COP: medida de la eficiencia de un sistema de refrigeración. Numéricamente es la cantidad de calor extraída del sistema dividido por el gasto de trabajo. Coeficiente de transferencia térmica: Cantidad de calor trasmitido a través de un cuerpo de longitud y área de sección transversal unitaria en una unidad de tiempo, cuando el gradiente térmico a lo largo de la dimensión longitud es de 1 unidad. Se expresa comúnmente en W/m 2 K. Condensador: Recipiente en el que el vapor caliente se enfría y se licúa por extracción del calor. Conducción: Proceso de transmisión del calor a través de un material. Conductividad térmica: Cuando hay diferencia de temperatura en toda materia, el calor fluye de las zonas de mayor temperatura a la de menor temperatura, hasta que las mismas se igualan. La conductividad térmica, l, se expresa en W/m K. Convección: Transferencia de calor por el movimiento de un fluido debido al cambio de densidad. Densidad: Masa por unidad de volumen, para un gas las unidades son Kg/m 3. Energía: Capacidad para realizar un trabajo. La unidad de energía térmica es el joule o la kcal, para energía eléctrica es kWh. Entalpía: Denominada también contenido de calor o calor total, es la suma de la energía interna más el producto de la presión por el volumen. La unidad es el KJ/Kg. Se la representa por “H”. 30

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Evaporador: Componente de un sistema de refrigeración en el que el refrigerante líquido absorbe calor y pasa a fase vapor. “Flash gas”: Vapor formado como resultado de una reducción en la presión de un líquido volátil que no tiene sub-enfriamiento. Grado de sobrecalentamiento: Diferencia entre la temperatura de un vapor a una dada presión y la temperatura de saturación a dicha presión. Humedad absoluta: Masa de vapor de agua en el aire, se expresa en kg de vapor / kg de aire seco Humedad relativa: Relación entre la presión parcial del vapor de agua en el aire a una dada temperatura y la presión de saturación a la misma temperatura, o, la relación entre la cantidad de vapor de agua que contiene el aire (gr/Kg) a una dada temperatura y presión y la cantidad que tiene en la saturación. Esta relación no depende de la presión atmosférica. Lado de alta: Parte del sistema de refrigeración que está bajo la presión del condensador, entre la salida del compresor y la válvula de expansión. Lado de baja: Parte del sistema de refrigeración que está bajo la presión del evaporador, entre la válvula de expansión y la entrada del compresor. Ley de Dalton: La presión total de una mezcla de gases en un recipiente cerrado es la suma de las presiones que cada gas ejercería si estuviera solo. Mezcla azeotrópica: Mezcla cuyas fases líquida y vapor tienen la misma composición a una temperatura y presión específicas. Mezcla zeotrópica: Mezcla cuyas fases líquida y vapor presentan cambios en la composición con la temperatura. Potencia: Energía por unidad de tiempo, las unidades son: HP, CV, kW. Presión: Fuerza ejercida por un fluido sobre una unidad de superficie de la pared de un recipiente, las unidades son bar, Pa, mmHg. Presión absoluta: Presión que sobrepasa a un vacío absoluto, numéricamente es la presión manométrica más la presión barométrica. Presión crítica: Presión en el punto crítico de un sistema. Presión parcial: Fracción de la presión total de una mezcla de gases que aporta un determinado componente. Punto crítico: Punto de estado en el que el estado líquido y gaseoso tiene las mismas propiedades. Refrigerante primario: Todo fluido que se utiliza en un ciclo termodinámico para remover el calor del evaporador y llevarlo al condensador en donde es eliminado. Oficina Programa Ozono 2020

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Refrigerante secundario: Todo fluido que se utiliza para trasmitir calor de lo que se ha de enfriar en el evaporador. Sistema de refrigeración por compresión: Sistema en el que el gas refrigerante se comprime mediante un dispositivo mecánico. Sub-enfriamiento: Enfriamiento de un líquido por debajo de su temperatura de condensación o saturación. Temperatura absoluta: Es la temperatura para la cual no hay energía térmica. El cero absoluto corresponde a -273.15 °C y equivale a 0 K. La escala es la Kelvin. Temperatura crítica: Temperatura en el punto crítico de un sistema. Válvula de expansión: Válvula que controla el flujo del refrigerante de alta presión hacia el evaporador. Vapor: Término que se usa para gases a temperatura inferior a la crítica. Vapor saturado: Vapor que está en equilibrio con su fase líquida a una temperatura y presión especificadas. Vapor sobrecalentado: Vapor cuya temperatura es más elevada que la temperatura de saturación a la presión especificada. A continuación veremos algunos de estos conceptos en forma más detallada:

3.3- CALOR Y FRÍO, FORMAS DE TRASMISIÓN DEL CALOR Podemos definir al calor como una forma de energía producto de la vibración de las moléculas; en cambio, el frío se produce simplemente cuando se le quita calor a un cuerpo o espacio. El calor se mide en calorías y el frío en frigorías. El calor fluye siempre desde una sustancia o cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura Existen varias formas de transmisión del calor:

• Conducción • Convección • Radiación Conducción: La transmisión por conducción se produce cuando el calor se transmite desde un punto con cierta temperatura hasta otro de menor temperatura con la intervención de un elemento o material conductor. De las propiedades del conductor depende la velocidad de conducción. Los metales en general son buenos conductores del calor y el cobre es uno de los más eficientes. Los materiales que no son buenos conductores del calor se denominan aislantes y son muy importantes en refrigeración para las paredes de las cámaras frías y la aislación en tuberías. Convección: Cuando los gases o líquidos se calientan tienden a subir, y cuando se en32

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frían tienden a bajar. Este es básicamente el principio que origina el ciclo de transmisión del calor por convección. En una cámara fría, o cuando se usa el aire acondicionado, al aire se enfría en el nivel superior, su densidad aumenta respecto del aire circundante y cae al nivel inferior dejando su lugar al aire más caliente que se eleva. Radiación: Es la transferencia de calor que se da sin la mediación de un cuerpo o agente conductor, el calor se transmite por medio de ondas capaces de atravesar espacios vacíos. En refrigeración no se usa este método para desplazar el calor, aunque la radiación solar que se recibe sobre un edificio y a través de las ventanas se tiene en cuenta para el cálculo de la carga de calor para los aparatos de aire acondicionado. El calor se irradia únicamente de un objeto caliente a su entorno frío. La potencia de la fuente calorífica, así como también el acabado y el color de la superficie de los materiales es de suma importancia a los efectos de la radiación. Las superficies lisas y los colores claros o reflectivos son más efectivas. Las superficies rugosas y oscuras absorben la radiación.

3.4- CANTIDAD DE CALOR En el sistema métrico decimal la unidad de medida de cantidad de calor es la Kilocaloría. Una kilocaloría (kcal) es la cantidad de calor necesaria para elevar 1 ºC la temperatura de un kilogramo de agua. En refrigeración se utiliza el término “frigoría” que tiene el mismo valor que la Kilocaloría, pero aplicada a disminuciones de temperatura o calor sustraído. También se emplea la Unidad Térmica Británica o BTU (British Thermal Unit), que es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una libra de agua en un grado Fahrenheit. 1 frigoría = 4 BTU aprox. En la tabla siguiente pueden verse las equivalencias entre las distintas unidades usadas. Unidad

Kilocaloría (kcal)

British Thermal Unit (BTU)

Kilojulio (kJ)

Kilovatio hora (kWh)

1kcal

1

3.968

4.187

0.0012

1 BTU

0.252

1

1.055

2.931 x10-4

1kJ

0.239

0.948

1

2.777 x 10-4

1 kWh

859.85

3412.14

3600

1

Es muy empleado también el término TON o Tonelada de Refrigeración, que se define como la cantidad de calor latente absorbida por la fusión de una tonelada corta (2000 libras) de hielo sólido puro en 24 horas. En unidades del Sistema Internacional de Unidades (SI) equivale a 3,517 kW. 1 TON = 12.000 BTU/hr. 1 TON = 3.000 frigorías (aprox.)/hr. Oficina Programa Ozono 2020

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3.5- CALOR LATENTE Y CALOR SENSIBLE Cualquier sustancia puede presentarse en estado líquido o gaseoso, dependiendo de la cantidad de energía interna que contenga. El agua se encuentra en estado sólido por debajo de los 0ºC, líquido entre 0ºC y 100ºC y gaseoso a temperaturas superiores. Se llama calor sensible al calor necesario para cambiar la temperatura de una sustancia. Este incremento (positivo o negativo) de calor puede, por consiguiente, ser detectado por medio de un termómetro. Si colocamos un recipiente con agua a temperatura ambiente, y a nivel del mar, sobre el fuego, la temperatura aumentará porque el fuego transfiere calor al agua. Si seguimos calentando, una vez alcanzados los 100ºC, el agua comienza a hervir, y continuará hirviendo hasta que toda ella se convierta en vapor mientras se le siga suministrando calor. Pero, aunque el agua está recibiendo este calor al mismo ritmo que antes, ahora el termómetro no indica ninguna variación de temperatura. Todo el calor añadido se ha empleado en evaporar el líquido sin variar la temperatura, y se lo llama calor latente de evaporación. De la misma manera, una sustancia que pasa del estado de vapor al líquido emitirá una cantidad de calor considerable sin experimentar pérdida de temperatura, éste es el llamado calor latente de condensación.

3.6- TEMPERATURA Podemos definir temperatura como el grado de calor con respecto a un cero arbitrario dado por una de las escalas existentes. Los dos sistemas de medida son el sistema métrico y el sistema inglés y dentro de cada uno de ellos existen dos escalas (una relativa y una absoluta o científica). Veremos las escalas en uso habitual en cada sistema. Dentro del sistema métrico la escala relativa es la Centígrada. En el sistema inglés la escala relativa es el Fahrenheit. Ambas se basan en el punto de fusión del hielo y de ebullición del agua. En la escala Centígrada, el punto de fusión del hielo es de 0°C, y el punto de ebullición del agua es de 100ºC. Las temperaturas por encima del punto de fusión del hielo son positivas y las inferiores a este punto son negativas. En la escala Fahrenheit el punto de fusión del hielo es de 32ºF y el de ebullición del agua 212ºF. Las siguientes son las fórmulas utilizadas para la conversión de una escala a otra. Convertir ºC a Fahrenheit ºC x 9/5 + 32 = ºF Convertir ºF a ºC ºF – 32 x 5/9 = ºC 34

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Las escalas Kelvin y Rankine son las denominadas absolutas porque parten del cero absoluto, donde se dice que hay ausencia total de calor, inmovilidad molecular y una presión nula. La Kelvin corresponde al sistema métrico y la Rankine al sistema inglés. La figura siguiente muestra la comparación de las cuatro escalas: Escalas para medir temperatura

Otras definiciones: Temperatura de bulbo seco: Temperatura medida en el aire Temperatura de bulbo húmedo: El termómetro tiene el bulbo envuelto en un paño de algodón empapado de agua, y se usa para medir la temperatura húmeda del aire. En presencia de una corriente de aire el agua se evapora más o menos rápidamente dependiendo de la humedad relativa del ambiente, enfriándose más cuanto menor sea ésta, debido al calor latente de evaporación del agua. Punto de rocío: Temperatura a la que comienza a condensar la humedad.

3.7- PRESIÓN Definida como la fuerza ejercida uniformemente sobre una superficie, se calcula dividiendo la fuerza total aplicada sobre la superficie total. En el sistema métrico se expresa en Kg/cm 2 (kilogramos por centímetro cuadrado), mientras que en el sistema inglés en psi (libras por pulgada cuadrada). Otra unidad usada es el “bar” equivalente a: 1 bar= 0.987 atm=1.02 kg/m 2 =750 mmHg Oficina Programa Ozono 2020

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La presión atmosférica es la que ejerce la atmósfera sobre la superficie terrestre. La atmósfera está compuesta por diferentes gases y rodea totalmente el globo terrestre formando una capa de 320 kilómetros de altura, por lo tanto la presión de la misma a nivel del mar es el peso de una columna de aire de 320 kilómetros de alto. Esta columna ejerce sobre la tierra (a nivel del mar) una presión de 1,033 Kg/cm 2. La presión atmosférica se puede medir normalmente por la altura de una columna de mercurio introducido en un tubo angosto de vidrio de 1 metro de longitud. A nivel del mar esa altura es de 760mm. Este instrumento se denomina barómetro y a esta medida se la llama 1 atmósfera. Al ascender una montaña, por ejemplo, la presión atmosférica disminuye debido a que la columna de aire que ejerce la presión es menor. La presión manométrica es la que se mide mediante el empleo del manómetro. Cuando en este instrumento la aguja indica cero quiere decir que se encuentra a la presión atmosférica. En refrigeración los manómetros más utilizados son del tipo “Bourdon”. El Bourdon es un tubo metálico aplanado, curvado y cerrado por un extremo. El tubo tiende a enderezarse o curvarse con el aumento o la disminución proporcional de la presión en su interior. Este movimiento es transmitido a una aguja indicadora sobre una cara marcada del instrumento (en psi o Kg/cm 2).

1 Kg/cm 2 = 14.225 psi

Las tablas siguientes presentan las distintas unidades de presión y las relaciones entre las mismas.

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Unidad

kPa

Kg/cm2

mmHg

bar

1 kPa

1

0.0102

7.500

0.01

1 Kg/cm2

98.067

1

735.56

0.981

1 mmHg

0.133

1.359 x 10-3

1

1.333

1bar

100

1.0197

750.063

1

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Kilopascales (kPa)

Kg/ cm2

lb/ in2 (psia)

x 0,010197

= kg/cm2

x 0,13333

= kPa

x 0,14504

= lb/in2 (psia)

x 0,00136

= kg/cm2

x 7,5

= mm Hg abs

x 0,01934

=lb/in2 (psi)

x 0,2953

= in Hg abs

x 0,03937

= in Hg

x 0,01

= bar

x 0,00133

= bar

x 0,00987

= atm

x 0,00136

= atm

x1

= micrones

mm Hg (torr)

x 98,064

= kPa

x 3,3864

= kPa

x 14,2234

= lb/in2 (psi)

x 0,03453

= kg/cm2

x 735,514

= mm Hg

x 0,49115

= lb/in2 (psi)

x 28,9572

= in Hg

x 25,4

= mm Hg

x 0,987

= bar

x 0,03386

= bar

x 0,96778

= atm

x 0,03342

= atm

x 24.400

= micrones

x 6,89474

= kPa

in Hg (pulgadas de Hg)

x 101,325

= kPa

x 0,07031

= kg/cm

2

x 1,03329

= kg/cm2

x 51,715

= mm Hg

x 14,6969

= lb/in2

x 2,036

= in Hg

x 760

= mm Hg

x 0,06895

= bar

x 29,9212

= in Hg

x 0,0604

= atm

x 1,01325

= bar

x 33,9

= pies de agua

atm

1 psig = 15.696 psia = 108,22 kPa 0 psig = 14,696 psia = 101,325 kPa

Es importante distinguir entre los conceptos de presión manométrica y absoluta. Presión absoluta: Es la presión medida respecto del vacío absoluto. Presión manométrica: Es la presión medida en relación a la presión atmosférica, y por ello, cualquier cambio en esta última, por ejemplo la altitud, influye directamente en esta lectura. Así, por ejemplo, si la presión atmosférica es 1 bar y la manométrica es 6 bar, la absoluta será 7 bar. En los instrumentos de medición se diferencian con las letras “A” o “G” (absolute y gauge). Oficina Programa Ozono 2020

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Relación entre presión manométrica y absoluta Fluido a medir P absoluta

P monométrica

P atmosférica Vacío

Sistema Internacional de Unidades

Atmosfera estándar

1 bar (absoluto)

Nivel de vacío preferido (absoluto)

1,01325 bar

1bar

0,001 bar

101,3 kPa

100 kPa

0,10 kPa

Micrón

1.013.250 micrones

1.000.000 micrones

1000 micrones

Milibar

1013,25 mbar

1000 mbar

1mbar

101.325 Pa

100.000 Pa

100 Pa

30,5 pulgadas Hg

29,5 pulgadas Hg

0,030 pulgadas Hg

760 mm Hg

750 mm Hg

0,75 mm Hg

Torr

760 Torr

750 Torr

0,75 Torr

Libras (fuerza) por pulgada cuadrada

15,0 psi

14,5 psi

0,015 psi

Bar Kilo Pascal

Pascal (Pa) Unidades fuera SI Pulgada de mercurio Mm de mercurio

Punto de Ebullición y Presión: Hemos indicado arriba, que el agua hierve a 100ºC. Esto es exacto solamente a la presión atmosférica a nivel del mar. Si se aumenta la presión aplicada sobre el agua, el punto de ebullición (o punto de condensación en el caso de extraer calor del agua) será superior a los 100ºC. Inversamente, sí la presión ejercida sobre el agua disminuye, el punto de ebullición o el de condensación descenderán. Se comprende fácilmente que, dependiendo de la presión aplicada, podemos obtener agua en estado líquido que pueda estar más caliente que el vapor siempre que la presión sobre el agua sea alta y baja sobre el vapor. Hemos tomado como ejemplo el agua en esta aplicación porque nos es familiar a todos. El mismo principio es aplicable a los refrigerantes como el R-134a, sólo que éste hierve o se evapora a –26,5ºC a la presión del nivel del mar (1 bar). Consecuentemente de lo anterior, se deduce que controlando las presiones se controlan las temperaturas. Esta es la manera en que opera un sistema de refrigeración. 38

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3.8- CICLO DE REFRIGERACIÓN MECÁNICA POR COMPRESIÓN GASEOSA El refrigerante es el fluido que circula por el interior del circuito de refrigeración permitiendo la transmisión de calor entre el aire exterior y el aire interior del ambiente. Absorbe calor a bajas temperatura y presión, y lo cede a temperatura y presión más elevadas. Este proceso tiene lugar, generalmente, con cambios de fase del fluido. El ciclo básico es similar para la mayoría de las aplicaciones de refrigeración y aire acondicionado. Los cuatro componentes: compresor, condensador, válvula de expansión y evaporador operan a flujo constante. Ciclo de refrigeración . Qout

Liberación de calor 2

3

Condensador Válvula de Expansión

. Wc

Compresor Evaporador

1 Vapor saturado o sobre-calentado

4

. Qin Absorción de calor

(Líqu

ido)

Diagrama de presión Volumen para el ciclo de refrigeración por compresión de vapor

3 Presión

Condensador

2

(Gas)

Compresor Válvula de Expansión

Evaporador

4

1

(Líquido + Gas)

Volumen Oficina Programa Ozono 2020

39

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3.8.1- COMPRESIÓN En esta etapa el refrigerante entra al compresor como gas a baja presión y temperatura, se comprime en forma adiabática y sale con alta presión, temperatura y velocidad. Tipos de compresores: Centrífugos: • Un impulsor rotativo transfiere energía para mover el refrigerante, lo que se traduce en aumento de presión • Diseño sin aceite • De uso continuo • Aplicaciones de alto volumen > 12.000 cfm

Compresores a pistón: Toman al refrigerante a baja presión dentro de un cilindro, cuyo volumen se reduce mientras aumenta la presión a través de un sistema pulsante, como un inflador de bicicletas. Pistón

Compresores a tornillo: Están formados por dos rotores, que tienen la forma de un tornillo helicoidal, y que giran en paralelo y en sentido opuesto dentro de una carcasa impulsados por un motor externo. Al girar desplazan al refrigerante longitudinalmente desde el punto de la admisión hacia el extremo contrario donde finalmente este es comprimido debido a la reducción del espacio. 40

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Rotores Output Male rotor

Female rotor

Casing Input

Los tornillos helicoidales están diseñados para permitir la carga completa del espacio entre lóbulos. Tornillos helicoidales

Compresores Scroll Tiene dos partes en forma de espiral (scrolls), una fija y la otra con un movimiento excéntrico no rotativo. El fluido es bombeado entre estas partes. Compresor scroll

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Compresores herméticos: Los compresores usados en sistemas de refrigeración son herméticos cuando tanto el compresor como el motor están integrados dentro de una misma carcasa. La misma no se puede abrir para reparaciones, de modo que en caso de fallas se reemplaza toda la unidad. Compresor hermético

3.8.2- CONDENSACIÓN Condensador El vapor a alta Temperatura y Presión ingresa por la parte de arriba del condensador desde el compresor

Refrigerante Vapor Refrigerante Líquido

La condensación se produce por el pasaje de aire exterior entre los tubos y aletas

Salida de líquido a alta P desde el fondo del condensador

El refrigerante a alta presión y temperatura libera energía en forma de calor y se condensa dentro del condensador del sistema. El mismo está en contacto con el depósito caliente del sistema de refrigeración y libera calor debido al trabajo externo realizado sobre él y sale como líquido a alta presión y temperatura. 42

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3.8.3- VÁLVULA DE EXPANSIÓN

Este líquido es forzado a través de un sistema de expansión que puede ser:

Válvula de expansión

• Un tubo capilar, usado en equipos de baja capacidad, tanto de refrigeración como de aire acondicionado. • Una válvula de expansión térmica, usada en equipos de media y alta capacidad. Como resultado de este proceso el refrigerante tiene ahora baja presión y una temperatura menor, estando todavía en fase mixta. La tabla siguiente permite seleccionar el capilar adecuado según el sistema de refrigeración. Para ello, con el dato del caudal de N 2 nos situamos a la izquierda del gráfico y trazamos una línea horizontal que corte las curvas de los distintos capilares. Luego trazamos una línea vertical hacia abajo y leemos la longitud necesaria del capilar de diámetro seleccionado. Flujo del capilar a 10 bar 100,0

1,50 mm.

Flujo l/min

1,40 mm. 1,25 mm. 1,20 mm. 1,12 mm. 10,0

1,00 mm. 0.90 mm. 0,80 mm. 0,71 mm. 0,70 mm.

0,6 mm.

1,0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Longitud del tubo mtr.

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Para un mismo caudal se pueden colocar capilares de distinta longitud y diámetro. El gráfico siguiente representa la relación entre la capacidad del compresor y el flujo a través del capilar para un sistema con R-600a.

Flujo a través del capilar vs. capacidad del compresor para el R-600a 30

Condensación 45°C

LBP -35°C to -20°C

Flujo a través del capilar, l/min

25

20

Condensación 55°C

15

10

5

0 0

50

100

150

200

250

300

350

400

Capacidad del compresor, watts

3.8.4- EVAPORACIÓN

Ahora, el refrigerante entra al evaporador, que está en contacto con el depósito frío. Debido a la baja presión el líquido hierve a baja temperatura, absorbe calor del depósito frío y se evapora. El refrigerante sale del evaporador a baja temperatura y presión para ingresar al compresor y comenzar el ciclo nuevamente. 44

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Evaporador Evaporador

Válvula de expansión

Condensador

Vapor baja presión Líquido baja presión Vapor alta presión

Filtro secador Línea de líquido

Línea de succión

Líquido alta presión

Motocompresor

3.9- COEFICIENTE DE PERFORMANCE Recordar que la eficiencia de un ciclo de refrigeración se expresa a través del coeficiente de performance (COP), definido como la relación entre el efecto ganado y la potencia consumida Además del COP, otro indicador importante es el Coeficiente de Eficiencia Energética, (EER por sus siglas en inglés). El EER es la relación entre la capacidad de enfriamiento en kW o BTU por hora y el total de electricidad consumida en kW o Watts bajo condiciones particulares de prueba. Oficina Programa Ozono 2020

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3.10- DIAGRAMA DE MOLLIER

Isoterma

pica

or

Entalpía

ntró Isoe

o

de ad alid ec

sd Cu

rva

Mezcla Vapor-Líquido

Vapo r satu rad

rad

os uid Líq

men Volu cífico espe

vap

o

Líquido subenfriado

atu

Presión

Log P

Vapor sobrecalentado

h

Diagrama de Mollier Para diagnosticar cualquier problema se debe determinar con precisión qué es lo que está sucediendo dentro del sistema de refrigeración; el gráfico o diagrama de Mollier proporciona a los técnicos una ayuda considerable en la realización de dichas tareas. El gráfico se utiliza también para calcular las capacidades de los sistemas de refrigeración. En este capítulo se explicarán sus fundamentos. El gráfico de Mollier se conoce también por el nombre de “gráfico logarítmico p-h” o “diagrama de presión-entalpía. En el mismo, las condiciones del refrigerante, en cualquier estado termodinámico y en cualquier parte del ciclo, se pueden representar con un punto. Diagrama de presión-entalpía

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Interpretación de este gráfico: Las líneas horizontales son líneas de presión constante, y las verticales son líneas de entalpía constante, en otras palabras, la cantidad de calor presente en un kg de refrigerante. Obsérvese que las presiones son absolutas y que la escala de ese eje es logarítmica. Entalpía: Aun cuando a veces se la define como el “calor total”, es más correcto definirla como la suma de toda la energía proporcionada por una masa de material. Líneas Líneasde delíquido líquido yy vapor vapor saturados saturados

Región Subenfriada

Punto Crítico

Presión Absoluta

El refrigerante está en estado líquido subenfriada

El refrigerante es una mezcla de líquido y vapor Vapor a Líquido

Región Sobrecalentada

El refrigerante está en fase gaseosa sobrecalentada

(Condensación) Líquido a Vapor (Vaporización)

Línea de líquido saturado

Línea de vapor saturado

Entalpía

El área del lado izquierdo de la línea de líquido saturado es la “región de sub-enfriamiento”, en el cual en todo punto, el refrigerante está en estado líquido y su temperatura es inferior a la temperatura de saturación correspondiente a esa presión. El área en el lado derecho de la línea de vapor saturado es la “región de sobrecalentamiento”, y el refrigerante está en forma de vapor sobrecalentado. La sección central del gráfico, en forma de U invertida, es la “región de cambio de fase”. En todo punto de esta zona el refrigerante está en forma de mezcla líquido/vapor. El punto de unión de la línea de líquido saturado y la línea de vapor saturado se denomina “punto crítico”, la temperatura y presión correspondientes son “temperatura crítica” y “presión crítica”. Temperatura crítica: Es la temperatura más alta en la cual el gas es condensable mediante la aplicación de presión. Por encima de ella no existe fase líquida. Presión crítica: Es la presión de saturación a la temperatura crítica. Oficina Programa Ozono 2020

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Refrigeración - Conceptos Líneas de sequedadbásicos

X=0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Presión Absoluta

Líneas de sequedad:

Entalpía Totalmente líquido

90 80 70 60 50 40 30 20 10

Se extienden desde el punto crítico hacia abajo, a través de la parte central del gráfico, y aproximadamente en forma paralela a las líneas de líquido y vapor saturados. Las mismas indican el % de vapor de la mezcla por incrementos dados. Así, por ejemplo, en todo punto de la línea de sequedad más cercana a la línea de líquido saturado, x = 0.1, el 10% en peso de la mezcla es vapor y el 90% el líquido. Temperatura del refrigerante:

Presión Absoluta

-20ºC -40ºC -60ºC -80ºC

Entalpía 48

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1 0º 180ºC 160ºC 40ºC C

60ºC 40ºC 20ºC 0ºC

80ºC

20

ºC 100 C 0º 12

Líneas de temperatura constante

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La temperatura del refrigerante puede establecerse interpretando las líneas de temperatura constante del gráfico. En la región de sub-enfriamiento estas líneas son casi verticales y paralelas a las líneas de entalpía constante, en la región central se presentan en forma horizontal y paralelas a las líneas de presión constante. Volumen específico: Es el volumen que ocupa 1 kg masa de material, se expresa en m 3 /kg. Las líneas que cruzan la región de vapor sobrecalentado son líneas de volumen específico constante. Entropía: La entropía de una masa dada de un material, en cualquier condición especificada, es la expresión del calor total transferido por unidad de temperatura absoluta para llevar al material a dicha condición a partir de una condición inicial que se considera valor cero de entropía.

1,2

Presión Absoluta

5

1,2

0

1,1

5

Líneas de entropía constante

0

S=

1,

35

kc kg al .K

1,3

Entalpía

El punto del gráfico de Mollier que representa la condición del refrigerante en todo estado termodinámico particular puede localizarse si se conocen dos propiedades cualesquiera del refrigerante endicho estado. Una vez que se haya localizado el punto en el diagrama, todas las demás propiedades pueden determinarse directamente del mismo. Las líneas curvas que cruzan la región de vapor sobrecalentado son líneas de entropía constante.

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3.11- REPRESENTACIÓN DEL CICLO DE REFRIGERACIÓN EN EL DIAGRAMA DE MOLLIER Los cuatro pasos del ciclo: vaporización, compresión, condensación y expansión se pueden representar en el diagrama. Ciclo de refrigeración en el gráfico de Mollier Vapor y líquido saturado

Líquido subenfriado

Vapor sobresaturado

Lado de alta presión

Condensador

Condensación Válvula de expansión

Expansión

Compresión

Compresor

Evaporación Lado de baja presión

Evaporador

Vapor y líquido saturado

Vapor sobresaturado

Presión Absoluta

Vaporización:

A

B

C

Evaporación

Entalpía

La línea AB representa la vaporización del refrigerante en el evaporador, y la distancia BC representa el proceso de calentamiento de dicho vapor entre el extremo del evaporador y la línea de aspiración; para simplificar el análisis se ignora la caída de presión entre los puntos B y C. 50

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Compresión:

Presión Absoluta

D Compresión

A

B

C

Entalpía

El punto C representa la condición del vapor cuando se desplaza en los compresores y se comprime hasta alcanzar el punto D. Nótese que la presión aumenta rápidamente y se añaden unas pocas Kcal el vapor mientras que el compresor se sobrecalienta considerablemente. El punto D representa la condición del vapor que sale por la válvula de escape del compresor. Condensación: Condensación

Presión Absoluta

G F

A

D

E

B

C

Entalpía

La distancia DE representa el proceso de enfriamiento del vapor sobrecalentado hasta el punto en que comienza a condensarse. En el punto E el vapor ya no tiene sobrecalentamiento y es un vapor saturado al 100%. La línea EF representa el proceso de condensación del refrigerante en el condensador. El punto F representa la cantidad de calor y la presión en el líquido a medida que el vapor condensa. De F a G se reduce el calor del líquido mientras pasa a lo largo de la línea. Oficina Programa Ozono 2020

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Expansión:

Presión Absoluta

G F

D

E

Expansión

A

B

C

Entalpía

La línea GA representa la regulación del líquido mientras pasa a través del orificio de control del refrigerante. El ciclo puede ahora repetirse nuevamente. Condiciones para trazar el ciclo en el gráfico de Mollier:

• Temperatura o presión de evaporación • Temperatura o cantidad de sobrecalentamiento del vapor de succión • Temperatura o presión de condensación • Temperatura del líquido que entra al dispositivo de expansión o cantidad de subenfriamiento del refrigerante líquido.

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246 kPa (21 psig)

Válvula de Expansión

908 kPa (117 psig)

Cantidad de Calor Entalpía

Evaporador (Absorción de Calor)

Temperatura Evaporador

Temperatura Espacio Refrigerado

Temperatura Condensador Temperatura Ambiente

Condensador (Liberación de Calor)

Linea de Saturación

-7ºC (20ºF)

4ºC (40ºF)

COMPRESOR

21ºC (70ºF)

38ºC (100ºF)

Esta figura muestra un ciclo típico de refrigeración con la temperatura en el evaporador y en el congelador en comparación con la temperatura ambiente y la del espacio refrigerado.

Presión

Ciclo mecánico completo

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El diseño de un sistema de refrigeración común requiere: Lado de alta presión:

• Compresor, a menudo con un separador de aceite. • Condensador, habitualmente enfriado por aire. • Recipiente de líquido, cuando se usa una válvula de expansión termostática o automática.

• Presóstato de seguridad de alta presión. • Línea de líquido, con secador, visor y válvulas interruptoras. El control del refrigerante está en el punto de división entre el lado de baja y el lado de alta del sistema, y consiste en una válvula de expansión o un tubo capilar. Lado de baja presión:

• Evaporador. • Presóstato de baja presión. • Línea de succión.

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Refrigerantes

MÓDULO 4

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MÓDULO 4 4.1- EVOLUCIÓN HISTÓRICA Primera generación: Los refrigerantes más comunes usados a fines del siglo XIX eran fluidos volátiles, casi todos inflamables y tóxicos. Los accidentes eran muy comunes. Se comercializaba el R-290 (propano) como un refrigerante “seguro y sin olor”, y se lo promovía en lugar del amoníaco. Segunda generación: Se distingue por un vuelco a los fluorocarbonos debido a su seguridad y estabilidad. La producción comercial del R-12 comenzó en 1931, seguida por la del R-11 en 1932. Los clorofluorocarbonos (CFCs) primero y luego los hidroclorofluorocarbonos (HCFCs), especialmente a partir de 1950, dominaron el mercado de la refrigeración doméstica, bombas de calor y equipos pequeños de aire acondicionado comercial, siendo los más importantes en esta segunda etapa. El amoníaco continuó siendo, como en la actualidad, el refrigerante más popular en los grandes sistemas industriales, especialmente en el sector alimenticio. Tercera generación: La relación entre los CFCs emitidos a la atmósfera y la destrucción del ozono estratosférico, focalizó la atención en el tema de la protección de la capa de ozono. El Convenio de Viena y el Protocolo de Montreal, promovieron la eliminaron del consumo de la sustancias que agotan a la capa de ozono (SAOs); los HCFCs se mantuvieron como sustitutos temporarios de los CFCs, con los HFCs como alternativas a largo plazo. Este cambio promovió también un interés nuevo por los refrigerantes naturales, amoníaco, hidrocarburos, y dióxido de carbono, junto con el uso de sistemas de absorción y otros. La comercialización del primer refrigerante alternativo comenzó en 1989, y en los 10 años siguientes se introdujeron reemplazos para la mayoría de las SAOs. Los países desarrollados, eliminaron el uso de los CFCs en 1996, según las medidas de control del Protocolo de Montreal, los países en vías de desarrollo lo hicieron en 2010, algunos de ellos antes de esa fecha. La transición para eliminar los HCFCs todavía está en curso en los países Artículo 5. Aquí es importante mencionar que, históricamente los refrigerantes constituyeron solo una fracción del total de las emisiones relacionadas con las SAOs, ya que éstas se usan también en aplicaciones mucho más emisivas, como propelentes de aerosoles, agentes de espumados y solventes. Por otra parte, y comparable con el reemplazo de los refrigerantes, los compromisos con el ambiente propiciaron cambios tanto en la fabricación, instalación y service de equipos, como en su disposición final, para reducir emisiones evitables a la atmósfera. Cuarta generación: La respuesta exitosa relacionada con la protección de la capa de ozono contrasta con el deterioro evidenciado en el calentamiento global del planeta. El Protocolo de Kyoto fijó metas para las emisiones de los gases de efecto invernadero, medidas en equivalentes de dióxido de carbono, que no incluyen a las SAOs, pero si a los Oficina Programa Ozono 2020

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HFCs, como se mencionó en párrafos anteriores. Por ello, la comunidad internacional fijó restricciones al uso de estos gases, por ejemplo, la “F-gas regulation” de la Unión Europea. Todo esto llevó a la necesidad de considerar una cuarta generación de refrigerantes, enfocada no solo en la protección de la capa de ozono sino también el calentamiento global, lo que llevó a considerar nuevamente a los refrigerantes naturales. Evolución de los refrigerantes en el tiempo

4.2- CARACTERISTICAS Y SELECCIÓN DE REFRIGERANTES El diseño de un sistema de refrigeración depende de las propiedades del refrigerante elegido, las características del refrigerante ideal son:

• No tóxico, corrosivo o explosivo, no atacar a los metales. • Punto de ebullición por debajo de la temperatura de trabajo. • Alto calor latente de vaporización. • Densidad moderada en fase líquida. • Alta densidad en fase gaseosa. • Alta conductividad térmica. • Volumen específico bajo, compresores de menor desplazamiento. 58

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• Mantener sus propiedades en el tiempo. • Fácil detección ante posibles fugas. • Ambientalmente amigable. • Presiones moderadas. Otras consideraciones a tener en cuenta son:

• Madurez de la tecnología. • Disponibilidad en el mercado. • Costo - efectividad. • Compatibilidad con lubricantes (miscibilidad) • Compatibilidad del refrigerante/lubricante con los componentes y materiales del sistema

• Eficiencia. • Aceptación en el mercado. • Requerimientos y condiciones en el servicio post venta. La siguiente figura representa un resumen de todas las características mencionadas.

Criterios de selección de refrigerantes

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A continuación describiremos algunas de estas características: Punto de ebullición: El punto de ebullición es la propiedad física más importante porque es un indicador directo de la temperatura de trabajo de ese refrigerante. Punto de congelamiento: Deberá ser menor que la menor temperatura de trabajo contemplada. Densidad del líquido: Los refrigerantes fluorados tienen una densidad alta, lo que implica que se necesitará una línea de líquido más grande para acomodar un flujo mayor sin que se incremente la caída de presión. Densidad del vapor: También es relativamente alta en los fluorados y no interesa demasiado en los sistemas de refrigeración excepto que se trabaje con compresores centrífugos, para los cuales, la potencia requerida depende de la densidad del gas. Sin embargo, el valor de esta densidad es muy importante desde el punto de vista de la seguridad de la instalación, dado que, en caso de fugas, el refrigerante se acumulará en zonas bajas, con lo cual, se necesitaría una buena ventilación a nivel del suelo. Relación de compresión: Es una indicación de la cantidad de trabajo requerido para el compresor. Una relación de compresión baja significa un alto COP. Caída de presión: El diámetro de las líneas debería ser pequeño para reducir costos y permitir una adecuada velocidad del refrigerante, pero por otra parte, debería ser lo suficientemente grande como para evitar una caída de presión excesiva y pérdidas por fricción. La caída de presión aumenta los costos operativos. Una caída de presión en la línea de líquido resultará en una temperatura de condensación más alta y en consecuencia mayor trabajo del compresor. Una caída de presión en la línea de succión resultará en una pérdida de capacidad, y el compresor deberá trabajar más para lograr la presión deseada en el evaporador. Propiedades críticas, temperatura, presión y densidad: Estas propiedades describen a un material en un punto en el cual no hay distinción entre la fase líquida y la gaseosa. En los ciclos de refrigeración, el refrigerante debe condensar a una temperatura por debajo de la temperatura crítica, la que deberá estar por encima de la temperatura de condensación y deberá ser lo más alta posible. La presión crítica debería ser moderada y positiva. Propiedades de transporte, conductividad térmica y viscosidad: Estas propiedades afectan la performance de los intercambiadores de calor y de las cañerías. La conductividad térmica y viscosidad deberían ser altas; una conductividad elevada permite que los tamaños del evaporador y condensador sean manejables. El efecto de la presión en estas propiedades es pequeño a presiones bajas, pero a altas presiones tanto la conductividad térmica como la viscosidad decrecen en forma significativa. 60

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4.3- CLASIFICACIÓN DE LOS REFRIGERANTES Los refrigerantes se pueden clasificar básicamente en función de su composición y sus características de peligrosidad:

4.3.1- CLASIFICACIÓN POR COMPOSICIÓN Refrigerantes sintéticos: CLOROFLUOROCARBONOS - CFCs (Ejemplo: R-11, R-12). C

F

C

CLORO

FLÚOR

CARBONO

HIDROCLOROFLUOROCARBONOS - HCFCs (Ejemplo: R-22, R-123, R-141b, R-142). H

C

F

C

HIDRÓGENO

CLORO

FLÚOR

CARBONO

HIDROFLUOROCARBONOS - HFCs (Ejemplo R-134a). H

F

C

HIDRÓGENO

FLÚOR

CARBONO

Refrigerantes naturales: HIDROCARBUROS - HCs (Ejemplo R-290, R-600a). H

C

H

HIDRÓGENO CARBONO HIDRÓGENO

DIÓXIDO DE CARBONO R-744. O

C

O

OXÍGENO CARBONO OXÍGENO

AMONÍACO R– 717. H H

N

H

AMONÍACO

AGUA R-718 (Usada en ciclos de absorción). H

O

H

HIDRÓGENO OXÍGENO HIDRÓGENO

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4.3.2- CLASIFICACIÓN POR CARACTERÍSTICAS DE PELIGROSIDAD El sistema de clasificación para sustancias peligrosas más usado es el de Naciones Unidas. En él, las mismas reciben una designación numérica relacionada con su estado, y en función de ella, hay una serie de recomendaciones relacionadas con el etiquetado, manejo, almacenamiento, etc. En el caso de los gases la clasificación es: 2.1- Gases comprimidos, licuados o disueltos a presión, inflamables.

2 2.1

2.2- Gases comprimidos licuados o disueltos a presión, no inflamables y no tóxicos.

2 2.2

2.3- Gases comprimidos, licuados o disueltos a presión, tóxicos o corrosivos.

2 2.3

Sin embargo, en el sector de refrigeración, se tiene en cuenta un sistema diferente, que considera a la inflamabilidad y toxicidad, definidas por la norma ISO 817 y EN 378. 4.3.2.1-Inflamabilidad: Depende de que la sustancia pueda arder o no en condiciones normalizadas, y si lo hiciera, cual es el límite inferior de inflamabilidad y el calor de combustión. De acuerdo con la norma ISO-817 hay 3 clases de inflamabilidad: Inflamabilidad – Parámetros para la clasificación Clasificación

Límite inferior de Inflamabilidad (% en aire en volumen)

1

Calor de combustión kJ/kg

No hay propagación de llama testeado a 60ºC y 101.3kPa

2, Baja inflamabilidad

> 3.5

< 19,000

2L, Baja inflamabilidad, subclase

> 3.5

< 19,000

3, Alta inflamabilidad

≤ 3.5

≥ 19,000

62

Propagación de llama

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Hay propagación de llama cuando es testeado a 60ºC y 101.3kPa Hay propagación de llama cuando es testeado a 60ºC y 101.3kPa, pero la velocidad de propagación máxima es ≤10cm/s Hay propagación de llama cuando es testeado a 60ºC y 101.3kPa

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El calor de combustión y la velocidad de propagación influyen en la facilidad con que una llama se pueda propagar y en la severidad que podría tener un evento en el caso de que se produjera un incendio. En el siguiente gráfico se representan las tres clases de inflamabilidad según esta clasificación: Comparación entre clases de inflamabilidad

4.3.2.2-Toxicidad: Se basa en determinar si la sustancia presenta o no toxicidad a concentraciones menores a 400 ppm en volumen. Se determinaron dos clases de toxicidad:

• Clase A corresponde a baja toxicidad, no se observan efectos crónicos por debajo de

una concentración de 400 ppm en volumen.

• Clase B corresponde a alta toxicidad, se observan efectos crónicos por debajo de 400 ppm en volumen. En función de esto, un mayor número en la clasificación, toxicidad B e inflamabilidad 3, implica que los requerimientos de la instalación serán más costosos para poder manejar en forma segura estas características. Oficina Programa Ozono 2020

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La norma ASHRAE 34-2010 define así 8 grupos de seguridad: Grupos de seguridad

Aumento inflamabilidad

GRUPO DE SEGURIDAD Alta inflamabilidad

A3

B3

A2

B2

A2L*

B2L*

A1

B1

Baja toxicidad

Alta toxicidad

Baja inflamabilidad Sin propagación de llama

Aumento de toxicidad

4.3.3- OTROS PARÁMETROS Además de esta clasificación, hay otros parámetros determinados para cada refrigerante que es importante tener en cuenta: Límite inferior de inflamabilidad: Representa la menor concentración del refrigerante en aire que puede encender en presencia de una fuente de ignición. Se usa como una restricción a la cantidad de producto que puede ser liberado en un ambiente en caso de fugas. Límite de toxicidad aguda: Es la menor cantidad de refrigerante que en caso de ser liberado en un ambiente puede causar efectos adversos al trabajador. Es importante mencionar también que todos los refrigerantes son asfixiantes simples, ya que desplazan al aire en caso de fugas. Esto es riesgoso cuando se libera una cantidad grande de refrigerante en áreas cerradas o con escasa ventilación, ya que se produce una disminución del nivel de oxígeno y en consecuencia se corre el riesgo de asfixia, dificultades cardíacas o efectos en el sistema nervioso central. Así, por ejemplo, en el caso del dióxido de carbono (CO 2), los técnicos tienen en claro el tema de las altas presiones de trabajo, pero no ocurre lo mismo con el riesgo que implica el aumento de las concentraciones del mismo en un ambiente cerrado, como por ejemplo una sala de máquinas. Es muy importante ser conscientes del impacto que causaría la falta de oxígeno y que en algunos casos puede ser necesario considerar el uso de un tanque de oxígeno y mascarilla cuando se produzcan grandes fugas.

4.4- PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIÓN Si bien muchos HCFCs y HFCs no son inflamables, pueden llegar a serlo en caso de mezclarse con aire o el aceite bajo presión; debido a esto, los refrigerantes no debe mezclarse nunca con aire. Aún en condiciones de no inflamabilidad, estas sustancias se pueden descomponer a 64

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altas temperatura, por ejemplo durante la quema de un compresor. Los HFC y HFO forman productos tóxicos de descomposición cuando se queman, como el fluoruro de hidrógeno que forma ácido fluorhídrico cuando está en contacto con la humedad y es una sustancia altamente corrosiva, y el ácido clorhídrico. Los efectos de la inhalación o el contacto son muy graves y generalmente requieren tratamiento hospitalario. Este es un peligro para todos los refrigerantes HFC y HFO, pero los A2L presentan un mayor riesgo porque se encienden por una llama abierta como una antorcha de soldadura fuerte. Los gases de descomposición tiene un olor fuerte y picante, de modo que si fueran detectados se debe evacuar el área y ventilar la zona. Es muy importante que los técnicos conozcan las características de peligrosidad de los refrigerantes con lo que trabajan, especialmente si se trata de una sustancia o mezcla con la que no estén familiarizados. Para ello siempre se debe consultar las hojas o fichas de seguridad de los distintos productos, allí encontraran toda la información necesaria para el manejo seguro de los mismos. El importador o distribuidor de refrigerantes debería suministrar estas hojas, pero en general se pueden bajar de las distintas páginas web. Otra posibilidad es www.insht.es: Es el sitio del Instituto de Seguridad e Higiene de España. Allí se encuentran las fichas de seguridad en forma genérica, ingresando con el nombre del refrigerante (R-22 o HCFC-22), no con el nombre comercial.

4.5- NOMENCLATURA PARA DESIGNAR REFRIGERANTES Todos los refrigerantes se designan con la letra “R” seguida de un número único:

4.5.1- REFRIGERANTES HALOGENADOS SATURADOS Designados como R-XYZ, en donde:

• X está relacionado con el número de átomos de carbono: X+1= N° carbonos (C). • Y está relacionado el número de átomos de hidrogeno: Y-1 = N° de hidrógenos (H). • Z está relacionado con el número de átomos de flúor Z= N° átomos de flúor (F). • El siguiente balance indica el número de átomos de cloro. a.- si el N° de átomos de C=1: N° átomos de Cl = 4-Y-Z b.- Si el N° de átomos de C=2: N° átomos de Cl=6-Y-Z Ejemplo: Fórmula del R-134a N° de átomos de C: 1+1=2 N° de átomos de H: 3-1=2 N° de átomos de F: 4 La fórmula queda: C2 H 2F4 tetrafluoretano. Oficina Programa Ozono 2020

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Con la aparición de los HFOs, hidrofluoroolefinas, compuestos insaturados, el sistema de ASHRAE incluye una posición más para indicar el número de insaturaciones en la molécula del refrigerante, según puede verse en la figura siguiente:

ASHRAE Standard ASHRAE Standard34 34 R

Ejemplo usando la serie del metanos 0

F, N° de átomos de flúor H+1, N° de átomos de hidrogeno+1 C-1, N° de átomos de carbono-1 N° de insaturaciones

R10

1

4

FL

R11

R

R20

ÚO

3

2

CLORO R30

R21

R12

H 3

2

R40

R31

R22

H C H

R13

H

4

1

0

R50

R41

R32

R23

R14

0

1

2

3

4

Metano R-50 (CH4)

HI DR ÓG EN O

Otra forma de determinar la fórmula consiste en sumar 90 al código de ASHRAE Ejemplo: R-22, 22+90=112, eso significa que la fórmula es: CHF2Cl

4.5.2- REFRIGERANTES INORGÁNICOS Se designan por el número 7 seguido del peso molecular relativo del refrigerante: Amoníaco: R-717 Dióxido de carbono: R-744 Agua: R-718

4.5.3- MEZCLAS Los componentes individuales de una mezcla tienen propiedades distintas: densidades, viscosidad y temperaturas de evaporación y condensación a una presión dada. 66

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En la mayoría de las mezclas, la composición de la fase líquida y vapor cambia a medida que la mezcla hierve o condensa, son las llamadas mezclas zeotrópicas y se designan como R-4xx. En estas mezclas, la presión de vapor es intermedia entre las presiones de los componentes puros a una dada temperatura, y cuando el refrigerante hierve en el evaporador la composición de la fase líquida es distinta a la de la fase vapor. El líquido se enriquece en el componente de mayor punto de ebullición a medida que el componente de menor punto de ebullición pasa a fase vapor, de modo que la mezcla no se comporta como una sustancia única. Mezclas zeotrópicas TABLA PRESIÓN TEMPERATURA PARA MEZCLA ZEOTROPICA

TEMPERATURA

LONGITUD DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR

GLIDE

EBULLICIÓN SUBENFRIAMIENTO

PUNTO DE BURBUJA, LÍQUIDO CUANDO APARECE LA PRIMERA BURBUJA

PUNTO DE ROCÍO, VAPOR CUANDO APARECE LA PRIMERA GOTA

En la búsqueda de alternativas para los HCFCs, se ha desarrollado una gran variedad de mezclas zeotrópicas, tales como R-404A, R-407C, R-410A y R-436B. Esta característica de composición diferente entre la fase líquida y la fase vapor puede ocasionar problemas durante la carga del refrigerante y en caso de fugas del mismo, pudiendo generarse una composición fuera de especificación que afectará a la performance del producto. Estas mezclas deben cargarse siempre en fase líquida. Existen otras mezclas en las cuales los componentes individuales interactúan entre sí de manera tal que tanto la fase vapor como la líquida tienen la misma composición, son las mezclas azeotrópicas y se designan como R-5xx. En un azeótropo la presión de vapor de la mezcla presenta un máximo o un mínimo para una dada composición y presión, de modo que la mezcla se comporta en ese caso como una sustancia pura y tiene punto de ebullición fijo, lo que significa que la composición de la fase líquida es igual a la de la fase gaseosa. Estas mezclas no tienen deslizamiento de temperatura. Oficina Programa Ozono 2020

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Mezclas azeotrópicas TABLA PRESIÓN TEMPERATURA PARA UNA SUSTANCIA PURA LONGITUD DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR

TEMPERATURA

SOBRECALENTAMIENTO

EBULLICIÓN

SUBENFRIAMIENTO

EVAPORACIÓN

CONDENSACIÓN

PRESIÓN CONSTANTE

El deslizamiento de temperatura o “glide”, mencionado en el párrafo anterior, es el rango de temperaturas entre las cuales la mezcla se evapora o condensa a una dada presión. También se puede definir como la diferencia entre la temperatura final e inicial del cambio de fase para ese refrigerante a presión constante. Una sustancia pura cambia de fase a temperatura y presión constante, pero una mezcla zeotrópica necesita un rango de temperaturas para completar el cambio. Las mezclas casi azeotrópicas son aquellas en las que el deslizamiento de temperatura es pequeño, de modo que la mezcla se puede considerar azeotrópica. Resumiendo:

• Las mezclas zeotrópicas se identifican con la serie 400 y deben cargarse siempre en fase líquida. • Las mezclas azeotrópicas se identifican con la serie 500 y pueden cargarse tanto en fase líquida como gaseosa. Cuando al número de identificación de una mezcla se le agrega una letra (en mayúsculas) se indica que se trata de una mezcla con los mismos componentes pero en distinta proporción. Ejemplo: R - 407A: R-32 (20%); R-125 (40%); R-134a (40%) R - 407B: R-32 (10%); R-125 (70%); R-134a (20%) R - 407C: R-32 (23%); R-125 (25%); R-134a (52%) 68

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4.6- ACEITES Productos de origen mineral o sintético cuya función principal es evitar el roce y desgaste de las piezas móviles en un compresor, además de ayudar a sellar algunas partes de interés. Sus funciones son:

• Separar partes móviles • Reducir fricción • Transferir el calor • Transportar contaminantes y suciedad. • Proteger contra el desgaste • Prevenir la corrosión • Actuar como sello para gases • Eliminar el riesgo de humo y fuego en las piezas Desde el punto de vista técnico, los criterios para seleccionar el aceite adecuado para un sistema determinado son:

• Ser apto para el tipo de compresor usado • Tener propiedades de miscibilidad y solubilidad apropiadas para el refrigerante en

uso.

Un buen aceite debe tener las propiedades siguientes:

• Viscosidad: Es la resistencia a fluir que tienen los líquidos. Debe ser suficientemente alta a la temperatura de trabajo del compresor de manera que mantenga la capa límite entre los metales que se deslizan entre sí sin que esto implique un consumo de energía adicional. • Alto índice de viscosidad: Mide el cambio de viscosidad de un fluido con la temperatura, cuanto mayor es este índice, menor es el cambio relativo de la viscosidad, en otras palabras, las propiedades de fluidez y lubricación se mantienen con los cambios de temperatura. • Buena estabilidad química: No debería haber reacción con el refrigerante y materiales del sistema. • Buena miscibilidad: Describe la capacidad que tiene un lubricante dado para mez-

clarse con el gas refrigerante de tal manera que permanezca unido a este durante todo su trayecto a lo largo del circuito de refrigeración fuera del compresor, a fin de asegurar su Oficina Programa Ozono 2020

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retorno a este. En sistemas que no tengan la posibilidad de separar el aceite, el lubricante que se transporta desde el compresor hasta el evaporador debe ser lo suficientemente miscible con el refrigerante a la temperatura del evaporador, para lograr que, la mezcla aceite-refrigerante no se separe luego de la expansión en el evaporador, y tenga una viscosidad adecuada como para pasar a través del compresor. Si el aceite se separara en el evaporador debido a una miscibilidad pobre con el refrigerante, o si la viscosidad de la mezcla fuera alta, el posible que el refrigerante quede atrapado en el evaporador, afectando en forma adversa la capacidad de enfriamiento y la eficiencia del sistema.

• Solubilidad: Otra consideración importante para una adecuada elección del aceite es asegurar que, la viscosidad del lubricante, luego de solubilizar el refrigerante a la temperatura elevada del compresor sea suficiente como para lograr una lubricación efectiva del compresor. • Bajo contenido de parafina: La separación de parafina de la mezcla de refrigerante y aceite puede ocasionar bloqueos en las líneas. • Buena estabilidad térmica: No se deberían formar depósitos de carbón en el com-

presor, o en las válvulas de los puertos de descarga.

• Bajo punto de escurrimiento: Permite que el aceite permanezca fluido a las temperaturas más bajas encontradas en el sistema. • Baja higroscopía: Capacidad que posee una sustancia para absorber humedad del ambiente. • Aceites minerales (AM): 100-200 ppm • Alquibencenos (AB): 200 ppm • Polioléster (POE): 1000 ppm • Polialquilglicol (PAG): 10.000 ppm Básicamente, hay 4 categorías de lubricantes en refrigeración:

• Aceites minerales (AM) • Aceites a base de alquilbenceno (AB) • Aceites de base de poliolésteres (POE) • Aceite a base de poli-alquil-glicoles (PAG) Aceites minerales Los componentes se pueden agrupar en función de su estructura:

• Parafinas • Cicloparafinas o naftenos 70

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• Aromáticos • Hidrocarburos con átomos de azufre, nitrógeno u oxígeno en sus moléculas En el caso de aceites para refrigeración las estructuras más importantes son: Parafinas y naftenos: Presentan una excelente estabilidad química, pero sus propiedades de lubricación de borde, que se da cuando dos superficies se encuentra muy cerca una de la otra y están separadas por un film del lubricante, son pobres, lo mismo que la solubilidad de algunos refrigerantes como el R-22. Aromáticos: Cadenas aromáticas adosadas a cadenas parafínicas o nafténicas. Son más reactivos que las parafinas, pero presentan muy buena a solubilidad de los refrigerantes y buenas propiedades de lubricación de bordes. Hidrocarburos sustituidos: Son los más reactivos y presentan buenas propiedades de lubricación de bordes. Su uso es recomendado con hidrocarburos como refrigerantes por las siguientes razones:

• Fluyen mejor a bajas temperaturas. • Conservan mejor su viscosidad que los aromáticos. • Hay menos depósitos de cera a bajas temperaturas. • Los depósitos de carbón formados por estos aceites son ligeros, y se eliminan fácilmente.

• Son más estables térmica y químicamente, que los aromáticos. • Tienen excelente capacidad dieléctrica. Su capacidad para absorber humedad es del orden de las 100 ppm. Los aceites minerales presentan buena miscibilidad con los hidrocarburos Lubricantes sintéticos: A diferencia de los aceites minerales, los cuales son productos destilados directamente del petróleo crudo, los aceites sintéticos se obtienen a partir de reacciones químicas específicas. Para su uso en refrigeración, éstos se fabrican enfatizando las propiedades de miscibilidad con los refrigerantes, resistencia a bajas y a altas temperaturas (índice de viscosidad), excelente poder lubricante, 100% libres de cera. Se usan como sustitutos de los aceites minerales cuando es necesario operar a temperaturas altas, dado que, en general, tiene propiedades mecánicas y químicas superiores a aquellas encontradas en los aceites minerales. En refrigeración, la baja solubilidad del R-22, así como la nula solubilidad de los HFCs, Oficina Programa Ozono 2020

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tales como R-134a y R-32 en los aceites minerales ha llevado al uso de los productos sintéticos. Los productos más usados son: Alquilbenceno: Presenta buena solubilidad para el R-502, y mejor estabilidad a altas temperaturas que los aceite minerales. La capacidad de absorber humedad es del orden de las 200 ppm. Tienen excelente miscibilidad con los HCFC puros o en mezcla, así como buena estabilidad térmica y química Poliolésteres: Son aceite sintéticos producto de una reacción entre un alcohol y un ácido, dando como resultado un POE y agua. Presentan alto índice de viscosidad, y al mezclarse con los refrigerates clorados reaccionan con los metales de la instalación, por lo que no se pueden usar por un tiempo prolongado con HCFCs. La capacidad de absorber humedad es del orden de 1000 ppm, por lo que deberán estar almacenados en contenedores sellados. En el caso de que un sistema de refrigeración haya estado vacío por un tiempo prolongado debido a fugas, se deberá reemplazar la carga de aceite por una nueva. Son totalmente miscibles con cualquier refrigerante Poliglicoles: Comúnmente usados en sistemas con R-134a y en refrigeración automotor. Presentan características de lubricidad excelentes, puntos de escurrimiento bajos y buena relación fluidez-temperatura. Se requiere el agregado de aditivos para mejorar la estabilidad química y térmica. Su capacidad de absorber humedad es del orden de 10.000 ppm. Son miscibles con los HFC, NO son miscibles con los HCFCs. Elección del aceite adecuado según el tipo de refrigerante

Refrigerantes CFC, HC y NH3 Aceite Mineral

Aceite Alquilbencénico

Aceite Polialquilenglicol

Aceite Poliol Ester

Refrigerantes HFC en aplicaciones automovilísticas

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Refrigerantes CFC, HCFC y sus mezclas

Refrigerantes HCFC y sus mezclas

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Comentario final: Un recipiente de aceite abierto no debe estar expuesto al aire por más de 15 minutos, después de ese tiempo de exposición es imposible extraer la humedad absorbida.

4.7- REFRIGERANTES INFLAMABLES A medida que progrese la eliminación de los HCFCs, es de esperar un aumento considerable en el uso de refrigerantes alternativos, entre ellos los llamados refrigerantes naturales, hidrocarburos, amoníaco y dióxido de carbono y nuevos refrigerantes de origen sintético, como los HFCs de bajo PCG y los HFO, hidrofluoroolefinas. Muchos de ellos presentan propiedades características, tales como inflamabilidad, toxicidad o altas presiones, muy diferentes a las de los refrigerantes usados con anterioridad y con las que los técnicos no están familiarizados. Esto lleva a considerar muy seriamente el tema de seguridad durante la instalación y service de sistemas con estos refrigerantes alternativos. En este curso nos centraremos en los refrigerantes inflamables, y en particular en los hidrocarburos, cuyas características de inflamabilidad varían en forma amplia, así por ejemplo, el R-290 tiene un límite inferior de inflamabilidad de 38 g/m 3, mientras que el del HFC-1234yf es de 289 g/m 3. Hay otras características a tener en cuenta que tienen impacto en la facilidad con que una sustancia se enciende y la severidad de las consecuencias que siguen a esa ignición. Los hidrocarburos se obtienen mediante procesos petroquímicos y han sido usados como refrigerantes por muchas décadas. Son muy buenos refrigerantes por varias razones:

• Se desempeñan muy bien, con buena capacidad y eficiencia. • Tienen impacto ambiental muy bajo comparado con los HCFCs o HFCs. • Son compatibles con el Cu y los aceites minerales comunes. • Pueden usarse procedimientos de limpieza similares a los usados con los HCFCs,

teniendo siempre en cuenta el tema seguridad.

En cuanto a las propiedades termodinámicas:

• El calor latente de vaporización es significativamente mayor que el de los halocarbo-

nos, es decir, la cantidad de calor absorbida durante la evaporación es muy superior por cada kg de refrigerante que circula en el sistema,

• La densidad de los hidrocarburos es muy inferior a la de los halocarbonos, lo que es

importante para la carga de los sistemas, alrededor del 35-40%, en peso de la carga estimada para un halocarbono. Oficina Programa Ozono 2020

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4.7.1- RANGO DE INFLAMABILIDAD Recordemos la definición de inflamabilidad según la norma ISO- 817, como se vio anteriormente: Clases de inflamabilidad Clasificación

Límite inferior de inflamabilidad (% en aire en volumen)

1

Calor de combustión kJ/kg

Propagación de llama

No hay propagación de llama testeado a 60ºC y 101.3kPa

2, Baja inflamabilidad

> 3.5

< 19,000

2L, Baja inflamabilidad, subclase

> 3.5

< 19,000

3, Alta inflamabilidad

≤ 3.5

≥ 19,000

Hay propagación de llama cuando es testeado a 60ºC y 101.3kPa Hay propagación de llama cuando es testeado a 60ºC y 101.3kPa, pero la velocidad de propagación máxima es ≤10cm/s Hay propagación de llama cuando es testeado a 60ºC y 101.3kPa

Los hidrocarburos se inflaman cuando se mezclan con aire en presencia de una fuente de ignición, pero para ello, es necesario que la proporción de combustible y aire esté comprendida entre dos valores conocidos como límites de inflamabilidad, límite inferior de inflamabilidad (LFL por sus siglas en inglés) y límite superior de inflamabilidad (UFL por sus siglas en inglés). El límite inferior de inflamabilidad es la menor concentración del refrigerante en aire capaz de propagar una llama. El límite superior de inflamabilidad es la máxima concentración del refrigerante en aire capaz de propagar una llama. Límites de inflamabilidad

Límite práctico: Es una medida de seguridad adicional, y representa la máxima concentración del refrigerante en un espacio ocupado que no causará efectos agudos que impidan una evacuación del recinto. Se discutirá este tema con más detalle en el módulo 6. 74

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Concentración estequiométrica (%, kg/m 3): Es la concentración del refrigerante en el aire para la cual la oxidación es completa y se consume todo el oxígeno, de modo que, luego de esta reacción solo se obtiene dióxido de carbono y agua. Típicamente, cuando se da esta situación la mezcla de refrigerante y aire es más reactiva; se puede decir entonces que en estas condiciones se obtiene el máximo de inflamabilidad. La temperatura de auto-ignición es la menor temperatura a la cual el refrigerante arderá en forma espontánea a presión normal sin una fuente externa de ignición. Estos valores serán necesarios para el diseño de sistemas con hidrocarburos y permitirán determinar la carga máxima de refrigerante, el flujo de ventilación necesario y la máxima temperatura permitida para los componentes del sistema. Dado que una llama se puede propagar en el rango entre el LFL y el UFL se deberá evitar que la concentración del refrigerante en el área de trabajo alcance el LFL Además, es importante considerar la severidad de las consecuencias en el caso en que se produjera un evento de ignición. En algunos casos éste puede ser menor, limitándose a la aparición de una llama temporaria, pero en otros puede producirse una explosión seria. Por eso, hay que conocer la cantidad de sustancia inflamable y el lugar en el que ésta se encuentra para entender la magnitud de un posible accidente. Límites de inflamabilidad de algunos refrigerantes Refrigerante Límite inferior de inflamabilidad (LFL) Límite superior de inflamabilidad (UFL) Temperatura de autoignición (ºC)

R-410A

No inflamable

No inflamable

HFC-32 (R-32)

HC-290 (R-290)

HC-600a (R-600a)

14.4% en volumen

2.1% en volumen

1.7% en volumen

33.4% en volume

9.6% en volumen

9.7% en volumen

648°C

450°C

530°C

No inflamable

4.7.2- COMPATIBILIDAD CON ACEITES Los hidrocarburos son compatibles con casi todos los aceites usados normalmente en refrigeración y aire acondicionado, no obstante siempre se debe utilizar el lubricante indicado por el fabricante del compresor. Oficina Programa Ozono 2020

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La buena miscibilidad se mantiene bajo diversas condiciones de operación, pero puede ocurrir que debido a la muy buena solubilidad de los aceites minerales con los HCs, se produzca una solubilidad, excesiva y en estos casos deberá usarse un aceite en el cual el refrigerante tenga menor solubilidad o bien más viscosidad. No deben utilizarse aceites que contengan siliconas, por ejemplo los que se utilizan como aditivos para evitar el espumado. Compatibilidad con aceites Tipo de aceite

Compatibilidad

Mineral (M)

Completamente soluble con HCs Exceso de solubilidad bajo condiciones de alta temperatura, elegir aceite mineral de mayor viscosidad

Alquilbencénico (AB)

Completamente soluble con HCs Las viscosidades standard son adecuadas para todas las aplicaciones

Semi-sintético (AB/M)

Mezcla de Alquilbencenos y mineral que tenga la propiedades adecuadas para ser usado con HCs

Polioléster (POE)

Excesiva solubilidad con HCs, solo los de alta viscosidad

Polialquilenglicol (PAG)

Solubles o parcialmente solubles con HCs dependiendo de las condiciones del sistema

4.7.3- COMPATIBILIDAD CON MATERIALES La mayoría de los plásticos y elastómeros utilizados en los sistemas actuales de refrigeración son compatibles con HCs. Solo algunos materiales que solían utilizarse en sistemas antiguos no lo son. Compatibilidad con materiales Materiales compatibles

Materiales no compatibles

Neopreno

EPDM ( caucho de etileno)

Viton

Goma natural

Nitrilo

Silicona

HNBR (butadieno-nitrilo hidrogenado) PTFE (teflón) Nylon 76

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4.7.4- COMPATIBILIDAD CON COMPONENTES DEL SISTEMA En los sistemas con hidrocarburos los componentes habituales son los mismos que con refrigerantes fluorocarbonados. Siempre consulte a su proveedor de compresores a fin de seleccionar aquellos componentes indicados para el uso con HCs y tenga en cuenta el tema seguridad al evaluar la elección de componentes eléctricos.

Compatibilidad con componentes del sistema Componentes

Recomendaciones

Evaporador y condensador

Diseño similar a los usados en sistemas con refrigerantes fluorados que tengan similares presiones de operación. Todos los tipos habituales de intercambiadores son adecuados para el uso con HCs.

Compresor

Se deben seguir las instrucciones del fabricante para elegir el más adecuado. Usar un compresor con HCs cuando el mismo no es indicado para este refrigerante por el fabricante, invalida la garantía. Cuando diseñe un sistema siempre respete las indicaciones del fabricante del compresor. El compresor debe estar claramente etiquetado indicando que es para HCs. Incluirá etiqueta amarilla de peligro inflamables.

Controles, tubo capilar, válvulas de expansión termostáticas, válvulas de expansión electrónicas

Los criterios de selección son similares a los utilizados con refrigerantes fluorados. Tener en cuenta que los componentes eléctricos (por ejemplo válvulas de expansión electrónicas) deben cumplir condiciones de seguridad.

Desecantes en filtros

Los comúnmente utilizados son adecuados para HCs. Son aceptables los del tipo XH-5, XH-6 o equivalentes.

Caños

Recurrir a tablas y otra literatura específica para HCs a fin de definir el tamaño de los caños. No deben utilizarse las tablas correspondientes a refrigerantes fluorados equivalentes aunque presenten similares presiones de operación.

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4.8- REFRIGERANTES INFLAMABLES MÁS USADOS: 4.8.1- HFC: R-32 Las características principales de este refrigerante son:

• Es un HFC de baja inflamabilidad (A2L), con carga limitada aunque en menor medida que para los hidrocarburos. • PCG=675 • Su desempeño y presiones son similares a las del R-410A, es decir presenta presiones de operación mayores que la mayoría de los HFCs. • Temperatura de saturación a presión atmosférica: -52°C • Alta capacidad de enfriamiento • Temperatura de autoignición: 648 °C • Límite inferior de inflamabilidad: 0.307 kg/m3 • Límite práctico: 0.061 kg/m3 • Presión máxima en alta: 34 bar g • En la práctica:

R32 molecule

• los componentes del sistema deben ser validados para esta presión

• usar herramientas apropiadas • usar una recuperadora apropiada • considerar el espesor de las tuberías Al igual que el R-410A, el R-32 desarrolla presiones más altas que las de los refrigerantes que estamos acostumbrados a utilizar por lo tanto los componentes deberán ser los adecuados a estas presiones; y dado que su capacidad de enfriamiento es similar a la del R-410A, pueden usarse algunos de los componentes de sistemas para este último refrigerante. Usos: En aire acondicionado splits, bombas de calor y chillers. 78

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Comparación presiones de trabajo 80

70

60

50

R404A 40

R744 R32

30

20

10

0

4.8.2- HFOs: R-1234ze y R-1234yf El R-1234yf y R-1234ze pertenecen a la familia de hidrofluoroolefinas; son halocarbonos que contienen hidrógeno, flúor y carbono insaturado. R-1234ze

• PCG = 7 • Medianamente inflamable, clasificado como 2L, carga limitada. • Temperatura de saturación a presión atmosférica: - 19 °C, alta comparada con la de otros refrigerantes, por lo tanto operaría en vacío en el lado de baja presión del sistema, siendo más adecuado para ser usado en aplicaciones de media y baja temperatura. • Baja capacidad de enfriamiento • Presiones de trabajo: menores que para los HFCs • Máxima presión del lado de alta: 10.3 bar Oficina Programa Ozono 2020

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• Máxima presión del lado de baja: 5.1 bar • Límite inferior de inflamabilidad: 0.303 kg/m3 • Límite práctico: 0.061 kg/m3 • Los componentes y cañerías pueden ser diseñadas para presiones significativamente más bajas que para otros HFCs. Su capacidad de enfriamiento es un 25% menor que la del R-134a, y el COP es muy similar, por lo tanto, el compresor tendrá un motor de tamaño similar, pero con un desplazamiento un 30% mayor que para el R-134a para proporcionar la misma capacidad. Aplicaciones: chillers, equipos A/A Split en reemplazo de los HFCs, aunque su uso no está muy difundido aún, por lo que la disponibilidad de compresores para este refrigerante es muy limitada. R-1234yf

El R- 1234yf tiene un uso generalizado en acondicionado automotor, y está comenzado a usarse en aplicaciones comerciales de refrigeración. Es similar a R-1234ze ya que funciona con vacío en el lado de baja presión del sistema para aplicaciones a baja temperatura, lo que lo hace más adecuado para aplicaciones de temperatura media y alta, como las enfriadoras de agua. Tiene una capacidad muy similar a R-134a lo que significa que se pueden usar los mismos compresores.

4.8.3- HIDROCARBUROS: R-290 (PROPANO), R-600A (ISOBUTANO), R-1270 (PROPILENO) Los hidrocarburos más utilizados como refrigerantes son:

R-600a 80

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R-290

R-1270

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El R-600a se usa en refrigeradores domésticos y pequeños sistemas de refrigeración comercial, su clasificación como A3 (alta inflamabilidad) y su muy baja presión y capacidad son las que condicionan el diseño con este refrigerante. Las diferencias en el diseño son:

• Limitación en la cantidad de carga, generalmente un 45% de la carga con R-134a. • El proceso de carga debe ser exacto, se evidencia alta sensibilidad a las desviaciones

en la carga.

• Las cargas inadecuadas producen altos consumo de energía. • Tiene una temperatura de saturación mucho mayor que la de otros refrigerantes y el

nivel de presión es bajo. Esto está relacionado con una temperatura crítica elevada, por lo tanto, los evaporadores trabajarán por debajo de la presión atmosférica.

• La presión máxima típica del sistema es de 6.8 bar para el lado de alta y 3.3 bar para

el lado de baja, de modo que componentes y cañerías pueden ser diseñadas para presiones significativamente más bajas que para los HFCs.

• Algunos componentes eléctricos deben ser a prueba de explosión. • La capacidad de enfriamiento es un 50% menor que la del R-134a pero su COP es similar, por lo tanto el compresor tendrá motor de similar tamaño pero con un desplazamiento mayor. • Los compresores para R-600a para refrigeración doméstica y pequeños sistemas comerciales están ampliamente disponibles. El R-290 se usa en refrigeradores comerciales pequeños auto-contenidos y en equipos de aire acondicionado de ventana, portátiles y splits con baja cantidad de carga. Su utilización en chillers se está expandiendo. El R-290 así como el R-1270 presentan desempeño similar al R-404A y son utilizados en refrigeración comercial de baja, media y alta temperatura, con cargas limitadas en supermercados en combinaciones que permiten confinar el inflamable en sectores de uso no público o bien en el exterior.

• La relación entre presión y temperatura del R-290 y del R-1270 son similares a las del R-404A. • La capacidad volumétrica del R-290 es aproximadamente de un 90% de la capacidad del R-22. Oficina Programa Ozono 2020

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Buenas Prácticas en el Manejo de Refrigerantes Inflamables

• Las cargas de R-290 serán aproximadamente de un 40% de las de R-22 o R-404A. • El proceso de carga debe ser exacto, hay alta sensibilidad a las desviaciones de carga. • Algunos componentes eléctricos deben ser a prueba de explosión, como para el resto de los inflamables. Los blends son también altamente inflamables y presentan un “glide” significativo. Refrigerante

R-290

R-22

R-404A

R-600a

R-134a

Nombre

Propano

Cloro difluorometano

R125, R143a R134a

Isobutano

Tetrafluoroetano

Fórmula

C 3H 8

CHClF2

44/52/4

(CH3)3CH

CH2FCF3

Temperatura crítica (ºC)

96.7

96.1

72.5

135

101

Peso molecular (kg/kmol)

44.1

86.5

97.6

58.1

102

Punto normal de ebullición (ºC)

-42.1

-40.8

-45.8

-11.6

-26.5

Presión a -25ºC Bar (absoluto)

2.03

2.01

2.50

0.58

1.07

Densidad del líquido a -25ºC (kg/l)

0.56

1.36

1.24

0.60

1.37

Densidad vapor a -25/+32ºC (kg/m3)

3.6

7.0

10.0

1.3

4.4

Capacidad volumétrica a -25/55/32 ºC (kJ/m3)

1164

1244

1334

373

658

Entalpia de vaporización a -25ºC (kJ/kg)

406

223

186

376

216

Presión a +20 ºC bar (absoluto)

8.4

9.1

11.0

3.0

5.7

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Sistemas de refrigeración y aire acondicionado

MÓDULO 5

Buenas Prácticas en el Manejo de Refrigerantes Inflamables

MÓDULO 5 5.1- INTRODUCCIÓN La disponibilidad y usos de las tecnologías de refrigeración son críticos para la calidad de vida de la sociedad, lo que ocasiona una alta demanda en el consumo global de energía, estimada en un 9% de la capacidad de generación global. Esto implica que la eficiencia energética de refrigerantes y tecnologías alternativas puede tener un impacto significativo en las emisiones directas de gases de efecto invernadero. Los sistemas de refrigeración varían ampliamente en tamaño y nivel de temperatura, desde heladeras domésticas con consumos de 60-140W y con 40-180g de refrigerante a sistemas industriales con requerimientos de varios megawatts y con toneladas de refrigerante. Los rangos de temperatura pueden variar entre -70°C a 15°C. Casi todas estas aplicaciones usan el ciclo de compresión de vapor. Veremos a continuación una breve descripción de algunos sectores:

• Refrigeración doméstica • Refrigeración comercial: unidades condensadoras y equipos unitarios, entre otros • Refrigeración industrial • Transporte refrigerado. • Aire acondicionado doméstico.

5.2- REFRIGERACIÓN DOMÉSTICA La refrigeración doméstica tiene una finalidad relativamente limitada, conservar alimentos en áreas no comerciales, no obstante, debido a que el número de unidades en servicio es muy grande, representa una parte importante de la industria de la refrigeración. Las capacidades de los equipos están entre 20 y 850 litros y se presentan en una gran variedad de modelos. Estos productos se fabrican con compresores herméticos y contienen típicamente entre 50 y 250 gramos de refrigerante, R-134a o R-600a. Una heladera consta en general de tres elementos: gabinete, circuito de refrigeración y sistema eléctrico. El gabinete contiene el evaporador y la unidad condensadora, más estantes y espacios para colocar alimentos y bebidas. En el evaporador el refrigerante líquido se expande y pasa a fase vapor. Este proceso se produce a medida que el refrigerante absorbe calor de los elementos a enfriar. La unidad condensadora (compresor hermético y condensador enfriado por aire) elimina el calor absorbido y el refrigerante líquido vuelve al evaporador a través del dispositivo de expansión, repitiendo así el ciclo. Oficina Programa Ozono 2020

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5.3- REFRIGERACIÓN COMERCIAL Forma parte de la cadena de frío usada para preparar y almacenar alimentos fríos y congelados y bebidas al público; las capacidades de las unidades cubren una amplia gama, que va desde menos de 1kW hasta varios cientos de kW. En las instalaciones comerciales el uso de dos niveles de temperatura (media para la preservación de alimentos frescos y baja para productos congelados), puede implicar el uso de refrigerantes distintos. Los alimentos frescos se mantienen en un rango de 1°C a 14°C, pero la temperatura de evaporación del sistema varía entre 15°C y 5°C, dependiendo del tipo de producto, del tipo de exhibidor (abierto o cerrado) y sistema (directo o indirecto). Los alimentos congelados se mantienen entre -12°C y -18°C, los helados entre -18°C y -20°C, dependiendo del país. Las temperaturas usuales de evaporación están en el rango de -30°C a -40°C. Globalmente, el sector de refrigeración comercial es el responsable de las mayores emisiones de GEI calculadas en equivalentes de CO 2, lo que representa un 40% del total de las emisiones de refrigerantes anuales; las pérdidas anuales son mayores al 30% de la carga de refrigerante del sistema. Esto indica que el tema de reducción de emisiones en este sector es de suma importancia. El sector de refrigeración comercial abarca tres tipos de equipos: Equipos unitarios: son aquellos en los que todos los componentes están integrados, freezers para helados, vendedoras de bebidas, etc.; su uso es intensivo en los países desarrollados y constituyen la forma más común de refrigeración comercial en los países en desarrollo. En general son menos eficientes que los sistemas completos usados en supermercados. El inconveniente más importante de estos equipos es el calor eliminado al ambiente cuando se los coloca en interiores, el cual se elimina generalmente a través del sistema de aire acondicionado. Generalmente están instalados en negocios pequeños, escuelas. Unidades condensadoras: Se usan en equipos pequeños. Están formadas por uno o dos compresores, un condensador y un recibidor, instalados normalmente en el exterior del área de ventas. El equipo de enfriamiento incluye uno o más exhibidoras en el sector de ventas o cámaras pequeñas en el sector de almacenamiento. En general están instaladas en supermercados. Sistemas en supermercados: Estos sistemas se categorizan como de expansión directa o sistemas indirectos, según que la evaporación del refrigerante se haga directamente en los equipos enfriadores, o que un fluido secundario enfriado en forma central circule en un circuito cerrado a través de los gabinetes y equipos de frío.

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5.4- REFRIGERACIÓN INDUSTRIAL Estos sistemas se encuentran normalmente localizados en áreas industriales en las que el ingreso de público es limitado. El uso de amoníaco es muy común. Sus aplicaciones incluyen: Enfriado y congelado durante el procesamiento de alimentos. Cámaras frigoríficas que operan usualmente a dos niveles de temperatura, para congelación (debajo de 0°C) y para enfriamiento (arriba de 0°C). Los productos congelados deben mantenerse por debajo de -18°C, usualmente entre -22°C y -26°C, algunos productos requieren temperaturas más bajas aún. Los productos enfriados se mantienen entre 0°C y 4°C. Refrigeración en edificios, y en procesos que requieren control estricto de la temperatura ambiente, como la fabricación de microchips, entre otros.

5.5- TRANSPORTE REFRIGERADO Sector orientado al transporte de mercaderías congeladas y enfriadas a través de carreteas, ferrocarril, aire y agua. Los requerimientos técnicos de estas unidades son más estrictos que para otras aplicaciones, ya que estos sistemas tienen que operar en un rango amplio de temperaturas ambientales, condiciones climáticas muy variables y están sometidos a constantes movimiento y aceleraciones durante el transporte por carretera si ese fuera el caso. La tecnología usada es el ciclo de compresión de vapor, lo refrigerantes usados con los HCFCs, HFCs y amoníaco. Las posibilidades de pérdidas de refrigerante y rupturas son mayores que para otros sistemas debido a las continuas vibraciones a las que están sometidos estos sistemas. En el subsector de transporte marítimo y buques de pesca el refrigerante más usado es el R-22, aunque también hay instalaciones con R-404A, R-507, R-407C y amoníaco. Oficina Programa Ozono 2020

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5.6- AIRE ACONDICIONADO DOMÉSTICO El acondicionamiento completo del aire proporciona un ambiente de temperatura, humedad, movimiento de aire, limpieza y ventilación adecuados al recinto que se desea acondicionar y a las actividades que en él se desarrollan. Esto abarca desde el acondicionamiento para confort humano a diversas escalas, desde una pequeña habitación a edificios completos, hasta aplicaciones requeridas en determinados procesos (ejemplo industrias textiles, imprentas, fotografía, salas de computación etc.) Unidades auto-contenidas: Son sistemas de baja capacidad (1.0 kW a 10 kW), carga promedio alrededor de 0.7 kg, en los cuales todos los componentes están contenidos en una sola carcaza, designadas para enfriar una sola habitación. Las configuraciones más comunes son:

• Unidades de ventana • Unidades pared • Unidades portátiles Sistemas Split: Esta denominación obedece a que dichos equipos comprenden módulos separados:

• Unidad interior o evaporadora. • Unidad exterior o condensadora Ambas unidades se comunican a través de las cañerías de interconexión, la longitud de la cañería depende de la distancia entre la unidad interior y la unidad exterior y debe ser aislada en su recorrido para evitar la pérdida de capacidad del equipo. Equipo split

Las capacidades van desde 2-20kW para equipos mini-split hasta 4.5-135kw para sistemas multi-split. 88

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Buenas Prácticas en el Manejo de Refrigerantes Inflamables

Los sistemas multi-split son esencialmente iguales a los anteriores, la diferencia es que una sola unidad condensadora puede alimentar dos o más unidades interiores. Esta categoría se usa principalmente en edificios comerciales. Las cargas específicas de refrigerante son de alrededor de 0.3kg/kW o superiores, dependiendo de las características de cada instalación. Los sistemas frío-calor son una alternativa más eficiente y costo efectivas a la generación de calor a través de sistemas eléctricos en base a resistencias o al uso de combustibles fósiles. Los sistemas VRF (flujo de refrigerante variable) son una subcategoría que se distingue por la posibilidad de modular el flujo de refrigerante en función de la demanda del sistema. La mayoría de estos sistemas ha usado históricamente R-22, el cual ha sido sustituido por mezclas de HFCs, como el R-407C y R-410A. Una proporción pequeña usa HC-290. Desde al año 2013, todos los equipos Split fabricados en Argentina tienen R-410A como refrigerante.

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Nociones básicas de diseño de sistemas con refrigerantes inflamables

MÓDULO 6

Buenas Prácticas en el Manejo de Refrigerantes Inflamables

MÓDULO 6 6.1- INTRODUCCIÓN Las principales alternativas a los HCFCs y HFCs ofrecen un PCA bajo o cero, pero es importante que no se elija el refrigerante únicamente por esta razón, sino que se deben tener en cuenta otras características, como por ejemplo:

• Presiones de servicio; • Comportamiento - capacidad y eficiencia; • Compatibilidad de materiales, incluido el lubricante para compresores; • Seguridad - la inflamabilidad y la toxicidad, entre otros factores; • Deslizamiento de temperatura; • La facilidad de uso y el grado de competencia de los técnicos que realizan la instalación, puesta en marcha y el mantenimiento. En la tabla siguiente se muestras las propiedades básicas de estas alternativas y sus usos típicos. Propiedades básicas de algunos refrigerantes alternativos Tipo y composición

Características

PCG

Temperatura de saturación

Aplicación

R-744

Dióxido de carbono, CO 2

Presiones altas

1

-78°C

Refrigeración comercial supermercados, bombas de calor autocontenidos

R-717

Amoníaco, NH 3

Tóxico y levemente inflamable

0

-33°C

Refrigeración industrial

R-32

Hidrofluoro carbono, HFC

Levemente inflamable

675

-52°C

Aire acondicionado split

R-1234yf

HFC insaturado HFO

Levemente inflamable

4

-29°C

Aire acondicionado automotor

R-1234ze

HFC insaturado HFO

Levemente inflamable

7

-19°C

Chillers

R-600a

Isobutano, (Hidrocarburo)

Inflamable

3

-12°C

Refrigeración doméstica, equipos comerciales pequeños

R-290

Propano (Hidrocarburo)

Inflamable

3

-42°C

Refrigeración comercial, chillers, aire acondicionado split

R-1270

Propileno (Hidrocarburo)

Inflamable

3

-48°C

Refrigeración comercial, chillers

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Buenas Prácticas en el Manejo de Refrigerantes Inflamables

Algunos de estos refrigerantes ya se utilizan de manera generalizada, mientras que otros se están comenzando a probar y a extender. Su uso a menudo se ve limitado por la inflamabilidad, la toxicidad o las altas presiones de trabajo.

6.2- PASOS EN UN PROCESO DE DISEÑO Este módulo contiene sólo una introducción a las diferencias básicas en el diseño de sistemas con refrigerantes inflamables, ya que el mismo es una especialidad que requiere de conocimiento y experiencia y debe ser desarrollado por profesionales idóneos. Las características del refrigerante seleccionado serán las que definan estas diferencias básicas en el diseño. Cualquier técnico involucrado en el uso de sustancias inflamables deberá:

• Saber que el sistema está cargado con estos refrigerantes y conocer sus características de peligrosidad • Estar al tanto de las prácticas relacionadas con el manejo y almacenamiento de las mismas. • Usar procedimientos y diseños adecuados para prevenir posibles accidentes. Casi todos los alternativos, con la sola excepción del R-744 (CO 2), son inflamables (de mediana o alta inflamabilidad), de modo que, en el caso de una fuga del refrigerante existe la posibilidad de la formación de una zona inflamable alrededor del sistema de refrigeración. Por ello, insistiremos con estos conceptos, dado que es esencial que el técnico tenga bien claro las nociones básicas relacionadas con el tema inflamabilidad. El triángulo de fuego está compuesto por tres elementos que producen una reacción química que permite encender una llama:

• Un combustible en una concentración adecuada • Suministro de oxígeno, generalmente del aire • Una fuente de ignición. La ignición se produce en forma espontánea si estos tres elementos están presentes en forma simultánea. 94

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Buenas Prácticas en el Manejo de Refrigerantes Inflamables

Triángulo de fuego

O GE N O

E BL

I ST BU

XÍ

MATERIAL COMBUSTIBLE

M CO

PARA SOSTENER LA COMBUSTIÓN

CALOR

PARA ALCANZAR LA TEMPERATURA DE IGNICIÓN

Si se elimina alguno de estos elementos se puede evitar el fuego, y para ello deberán seguirse tres reglas generales: • Evitar fuente de ignición. • Usar ventilación. • Confinamiento del refrigerante.

6.2.1- FUENTES DE IGNICIÓN En la tabla siguiente se presentan posibles fuentes de ignición relacionadas con el diseño de equipos: Fuentes de ignición en equipos Componente

Componente

Switch manual on /off

Flow switch

Termostato

Relay de arranque

Switch de presión

Relay térmico

Switch diferencial aceite

Relay de potencia

Switch de ventiladores

Relay universal

Contactoras

Switch de la bomba de condensado

Switch de aislación

Controlador de velocidad del ventilador

Switch de nivel de líquido

Control de Humedad

Switch/timer de descongelado

Controlador programable

Otros timers Oficina Programa Ozono 2020

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Este listado incluye las fuentes de ignición más comunes en sistemas de refrigeración, pero no obstante no es exhaustivo y el diseñador deberá estudiar detenidamente todos los componentes a utilizar a fin de determinar su posible clasificación como fuente de ignición. En el diseño de sistemas con refrigerantes inflamables es esencial asegurar que no habrá fuentes de ignición dentro de la zona potencialmente inflamable. Esto se consigue asegurando que las fugas potenciales no resulten en la formación de una zona de inflamabilidad, o evitando fuentes de ignición dentro de la zona potencialmente inflamable por alguno de estos mecanismos:

• Mover la fuente de ignición fuera de la zona inflamable. • Reemplazar la fuente de ignición con componentes adecuados para atmósferas explosivas. • Reducir la zona potencialmente inflamable con ventilación adecuada para favorecer la

dispersión del refrigerante.

• Ubicar las fuentes de ignición en cajas a prueba de explosión. Las siguientes normas brindan información más detallada:

• EN60079-10-1: Referida a atmósferas explosivas. • EN60335-2-89: Heladeras y similares equipos eléctricos- Seguridad Parte 2-89. • EN 60079-14: Diseño eléctrico en atmósferas explosivas. 6.2.2- ESTANQUEIDAD DEL SISTEMA Independientemente del refrigerante que se vaya a utilizar en el sistema de frío, ya sea un refrigerante de los comúnmente en uso o bien uno inflamable, es muy importante minimizar a través del diseño la posibilidad de ocurrencia de fugas teniendo en cuenta lo siguiente:

• Reducir en todo lo posible la cantidad de juntas. • Minimizar la cantidad de componentes. • Minimizar la cantidad de puntos de acceso al sistema. • Proveer planos adecuados del sistema a fin de facilitar las tareas de mantenimiento. • Evitar el uso de compresores abiertos cuando sea posible. • Asegurar las cañerías para evitar vibraciones. • Simplificar el diseño lo cual simplificara también las tareas de mantenimiento. 96

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6.2.3- TEWI Otro punto muy importante a tener en cuenta, sobre todo en esta etapa de diseño y cuando se efectúe un retrofit es el concepto de: Impacto de Calentamiento Total Equivalente (TEWI por sus siglas en inglés, Total Equivalent Warming Impact) El TEWI es un parámetro que permite la estimación del impacto total de un sistema de refrigeración a lo largo de su vida útil, combinando las emisiones directas e indirectas, ya que, además del impacto directo del refrigerante en la atmósfera, medido por el PCG, todo sistema o proceso que necesite consumir energía eléctrica afecta también al ambiente en forma indirecta a través de las emisiones de CO 2 relacionadas con la producción de esa energía eléctrica. Emisiones directas e indirectas

El TEWI se calcula teniendo en cuenta la masa total, expresada en equivalentes de CO 2 resultante de la suma del impacto directo generado por pérdidas de refrigerante y del impacto indirecto generado por el CO 2 emitido en la producción de energía eléctrica necesaria para alimentar los equipos, y no depende solo del valor del PCG. A continuación se muestra el conjunto de fórmulas que se aplican para el cálculo del TEWI. TEWI = emisión directa + emisión indirecta TEWI = fugas de refrigerante + consumo de energía TEWI = (PCG x La x n) + (Ea x ß x n) Dónde: PCG = PCG del refrigerante La = Fugas por año (Kg /año) n = cantidad de años de vida útil del sistema Ea = Consumo de energía (kWh por año) ß = Emisiones de CO 2 por kWh. Es posible identificar mediante la aplicación de este índice la instalación más eficiente para reducir el impacto real del calentamiento atmosférico. Varias acciones tanto en la etapa de diseño e instalación como en la de mantenimiento Oficina Programa Ozono 2020

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son posibles a fin de disminuir el impacto climático total de los sistemas, por ejemplo:

• Minimizar pérdidas del refrigerante (reduce emisiones directas e indirectas, un sistema con pérdidas consume más energía). • Usar refrigerantes de bajo PCG. • Maximizar la eficiencia energética del sistema con buenos diseños y adecuada insta-

lación y especialmente en los procesos de retrofit.

• Efectuar buenos procesos de mantenimiento. • Recuperar y reciclar el refrigerante utilizado. 6.2.4- PUREZA DE LOS HIDROCARBUROS En el caso de los hidrocarburos, es muy importante utilizar solo productos de máxima pureza destinados al uso en refrigeración, ya que los de uso comercial corriente contienen cantidades significativas de agua y otras impurezas que pueden causar la degradación del aceite del sistema de refrigeración y daños en el compresor. En Argentina no se producen HCs de grado refrigeración con la suficiente pureza para esta particular aplicación. El gas licuado de petróleo (GLP) producido para otras aplicaciones con grado de pureza técnico del 95% no es suficiente para sistemas de refrigeración herméticos. La siguiente tabla muestra la composición ideal para HCs en refrigeración de acuerdo con la norma DIN 8960. Especificaciones para hidrocarburos en refrigeración Especificación

Unidad

Contenido de refrigerante

>= 99.5

% masa

Impurezas orgánicas