SESIÓN 3 • Revisión del día • Refrigerantes CFC´s y sus sustitutos (mezclas, incluyendo alternativas zeotropicas) • Análisis de herramientas y equipos especiales • Compatibilidad de aceites lubricantes con los nuevos refrigerantes • Procedimiento de reconversión de un sistema de refrigeración a partir de un refrigerante CFC
Refrigerantes CFC´s y sus sustitutos (mezclas, incluyendo alternativas zeotropicas)
Qué es un refrigerante? La sustancia de trabajo que nos permite producir frío, removiendo calor del medio a enfriar, se conoce como refrigerante y debe cumplir para su selección, con ciertas ventajas de tipo termodinámico, económico, disponibilidad, seguridad y sin daño para la ecología, clasificándose como: Primarios y Secundarios
Refrigerante primario ó directo:
En forma directa absorbe calor latente, generalmente a partir del estado líquido al gaseoso por ejemplo: Compuestos inorgánicos, como amoniaco, CFC´s, HCFC´s y HFC´s
Refrigerante secundario ó indirecto: En forma indirecta absorbe calor sensible, utilizando fluidos sin que cambie de estado físico, además este tipo de refrigerantes requieren para su enfriamiento, de la transferencia de calor a través de un sistema de refrigeración que utilice un refrigerante primario ó directo Por ejemplo: Polipropilenglycol, Glycol, Salmueras, etc.
Refrigerantes tipicos y su uso a través del tiempo
Refrigerantes naturales • • • •
Aire Amoniaco Bióxido de Carbono Hidrocarburos Etano Propano n-Butano i-Butano Ciclopropano Ciclopentano
Nota: El uso de los Hidrocarburos no se ha generalizado mientras su eficiencia y seguridad no sea comprobada para su optima aplicación en sistemas comerciales, siendo utilizados en aplicaciones de refrigeradores de tipo domestico principalmente
Mayúscula Mezcla R-404A AZ-50
Serie 400 Carga Líquida Se separa Zeotropica
Asigna los números a los gases
Letra
Número Mezclas
ASHRAE®
Minúscula Gas Puro 134-a
Serie 500 Bajo el Standard Carga 34 -1989 Gaseosa / Líquida No se separa Azeotropica
Componentes básicos de todos los refrigerantes CARBONO
FLUOR
REFRIGERANTES
CLORO
HIDROGENO
Molécula de CFC CARBONO
CFC CLORO
FLUOR
Molécula de HCFC CARBONO
FLUOR
HCFC
CLORO
HIDROGENO
Molécula de HFC
FLUOR
HFC HIDROGENO
CARBONO
CFC´s
HCFC´s
HCFC´s
HFC´s
Compuestos Puros
Substancias formadas por un solo tipo de moléculas ó componente. Las fugas del refrigerante no alteran su composición.
Mezclas azeotropicas
Refrigerante formado por 2 ó mas tipos de moléculas ó componentes y tiene la misma composición en la fase líquida o en la fase gaseosa. Las fugas no alteran su composición.
Mezclas zeotropicas
Refrigerante formado por 2 ó mas tipos de moléculas ó componentes y tiene diferente composición en la fase liquida que en la gaseosa. Las fugas sí alteran su composición. Ejemplos: R-401A, R-401B, R-409A, R -404A.
Los refrigerantes puros y azeotropicos se cargan al sistema en fase gaseosa ó líquida
R-134a R-22 R-507
Los gases zeotropicos ó mezclas se cargan al sistema en fase líquida
R-401A R-401B R-409A R-404A R-408A R-402A R-402B
Sustitución de R-12 → R-134a
ATENCION: Para sistemas que funcionan con R-12 en campo con compresor hermético no es posible la sustitución con R-134a debido a la contaminación Se debe cambiar el compresor
Substitutos del R-12 Mezcla Zeotropica
Compuesto Puro
Substitutos del R-502 Mezcla Zeotropica
Mezcla Azeotropica
Hidrocarburos
Tecnologías para el cambio de refrigerantes CFC´s • Refrigerantes naturales • HCFC’s • HC´s • HCFC’s, HFC´s y mezclas • Absorción • Amoniaco • Amoniaco Bióxido de carbono
Cual es la mejor tecnología? Conoce?
Cuál es la mejor tecnología para eliminar los CFC´s
Alternativas para cambio de refrigerantes CFC´s
Guía general de reemplazo
Deslizamiento de temperatura R-134a
Fase Liquida-vapor Combinada
(-)
(+)
Punto de Rocío
Calor
Fase Vapor
(+)
Temperatura
Punto de Burbuja
Temperatura
(+)
R- 409A Punto de Burbuja
Punto de Rocío
Fase Líquida
15°F Fase Fase Liquida-vapor Vapor Combinada
(-)
Calor
DESLIZAMIENTO DE TEMPERATURA
(+)
Gases refrigerantes R-134a
R-507
R-409A
Compuesto Puro
Mezcla Azeotropica
Mezcla Zeotropica
Gases Refrigerantes R-134a
R-507
R-409A
Compuesto Puro
Mezcla Azeotropica
Mezcla Zeotropica
Análisis de herramientas y equipos especiales
Herramientas básicas
Pinzas y válvulas perforadoras
Bolsa y cilindro de recuperación de refrigerante
Detector de fugas
Bascula para carga de refrigerante
Bomba de vació
Bombas para cargar aceite
El polioléster se debe cargar con bomba
No exponer el lubricante más de 12 minutos a la atmósfera
Válvula para carga de aceite al compresor
Medidores de vació digitales
Que es un micrón?
Probadores de acidez
Dispositivos para medir el sobrecalentamiento
Removido del aceite mineral Cuando tenemos que realizar un cambio de refrigerante a partir de un CFC por un definitivo por ejemplo un R 134a o un R 404A, tenemos que realizar un proceso de limpieza del aceite mineral (Flushing) para no dejar mas de un 5% de aceite mineral en el sistema • • • • • • •
Remover la mayor parte del aceite mineral Recargar el aceite POE Correr el sistema por un mínimo de 24 hrs. Remover la mezcla de aceites AM y POE Recargar con POE Correr el sistema por un mínimo de 24 hrs. Checar el residuo de aceite mineral en el compresor si no es 5% o menos, repetir desde 4, hasta llegar a los valores recomendados
Medición del residuo de aceite mineral • Se puede utilizar un refractómetro • Refractómetro óptico • Refractómetro digital (electrónico) Debe medir entre los 58 a 92 % BRIX • Existen kits químicos (no reusables) • Laboratorios independientes que ofrecen servicios de análisis del aceite
Uso del refractómetro Muestra de aceite mineral original (usada en el sistema).
20 ºC 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83
Muestra de aceite POE nueva.
82 81 80 79 78 77 76 75
Muestra a medir la composición.
74 73 72 71 70 69 68
Papel cuadriculado (lineal) para gráficos.
67 66 65 64 63 62 61 60 59 58
%
Refractómetro de 58 a 92 % brix.
REFRACTOMETRO
MEDICION DEL REFRACTOME TRO (% BRIX)
100 95 90
INDICE PARA LA MUESTRA NUEVA DE POE
85 80 75 70 65 60
INDICE PARA LA MUESTRA DE ACEITE MINERAL USADA
55 50 0 PURO POE
10
20
30
40
50
60
% ACEITE MINERAL
70
80
90
100
PURO AM
MEDICION DEL REFRACTOME TRO (% BRIX)
100 95 90 85 80 75 70 72.5
65 60
60.9 55
50 0 PURO POE
10
20
30
40
50
60
% ACEITE MINERAL
70
80
90
100
PURO AM
Compatibilidad de aceites lubricantes con los nuevos refrigerantes
Lubricantes Aceite Alquil benceno Aceite Mineral Mineral • Se recomienda su uso con los AB gases CFC´s • Se recomienda su uso con las mezclas que contienen • El vacío se deberá mantener HCFC´s en 500 micrones • Se recomienda al menos reemplazar el 50% del aceite mineral • El vacío se deberá mantener en 500 micrones
Lubricantes Aceite Poliolester POE • Único recomendado para los gases HFC´s • Efecto Detergente • Altamente Higroscópicos • Se deben utilizar deshidratadores aprobados • El vacío se deberá mantener en 250 micrones
Aceite Polialquilenglicol PAG • Único recomendado para uso automotriz R-134a • Efecto Detergente • Altamente Higroscópicos • Se deben utilizar deshidratadores aprobados • El vacío se deberá mantener en 250 micrones
Aceites lubricantes
Procedimiento de reconversión de un sistema de refrigeración a partir de un refrigerante CFC
Requerimientos necesarios para el reacondicionamiento de un sistema Sistema de Refrigeración y Técnico capacitado Equipo de Seguridad (guantes y Lentes) Manómetros Múltiples y juego de mangueras Contenedor para lubricante recuperado Cilindro de Recuperación Báscula
Termómetro digital Detector de Fugas Unidad de Recuperación y Reciclaje Bomba de vació Refrigerante Aceite compatible Refractómetro
Procedimiento de cambio de un refrigerante CFC por un alternativo
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Levantamiento de información de funcionamiento Recuperación de la carga de CFC Remoción del aceite mineral del compresor Agregar aceite alquil benceno Reemplazo del filtro deshidratador Vacío y carga del nuevo refrigerante Arranque y pruebas del sistema y ajuste de carga de refrigerante 8. Identificación de equipos (etiquetas y marcas)
Procedimiento de cambio de un refrigerante por un definitivo 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Levantamiento de información de funcionamiento Remoción del aceite mineral del compresor Recuperación de la carga del CFC Cambio de compresor y válvula de expansión termostática Sustitución del filtro deshidratador Vacío y carga del nuevo refrigerante y aceite POE después del flushing Arranque y pruebas del sistema y ajuste de carga de refrigerante Identificación de equipos (etiquetas y marcas)
Hoja de datos del sistema
Recuperación de refrigerante
Levantamiento de datos
Detección de fugas
Medición de vacío
Mediciones eléctricas
Carga de refrigerante en estado líquido
Etiquetado del refrigerante
Guía de ajuste para los controles de presión
Que esperamos después de una reconversión
Tips para carga de refrigerante Cuando Cargue mezcla de Refrigerantes • Cargue el sistema en la fase líquida. • Generalmente los nuevos refrigerantes utilizan menos carga debido a la diferencia de densidades. • Si utiliza el tanque recibidor de líquido, llene al mismo nivel. • Siempre mantenga la mirilla llena ó saturada. • Cuando cargue por el lado de la succión de un sistema en operación, el líquido deberá ser “flasheado” para evitar golpe de líquido en el compresor.
Fugas en el sistema y cambios de composición • La curva de temperatura ( Deslizamiento ó Glide) depende del fraccionamiento de la mezcla. • R-404A y R-408A tienen pequeña curva de temperatura (<1 F) • Por lo tanto, no hay problema con las fugas en el sistema • ni con las recargas. • R-409A tiene mayor curva de temperatura (<11 F) • No hay problema si existe fuga mientras el sistema se encuentre funcionando. • Si la fuga se presenta cuando el sistema se encuentra apagado Se puede recargar varias veces antes de que la composición de la mezcla afecte el funcionamiento del sistema.
Elementos de expansión Válvulas de expansión (TXV): • Si la válvula original es del tamaño adecuado, no requiere ser cambiada. • Si es posible, se recomienda ajustar el sobrecalentamiento para optimizar el sistema. • Si la válvula no se puede ajustar, generalmente funciona bien • Se cambia solamente cuando se reemplaza un CFC por un refrigerante definitivo
Juntas y sellos Con pocas excepciones, los nuevos refrigerantes son compatibles con todos los materiales para juntas y sellos. Excepciones: VITON POLIACRILATO SILICON Material generalmente recomendado por los fabricantes de equipo para usar con HFC es el H-NBR. La edad y antecedentes del material de la junta puede influir en su uso
Que hacer después de un cambio de refrigerante • Verificar acidez del sistema • Conseguir un cilindro de reserva del nuevo refrigerante • Conseguir aceite compatible con el nuevo refrigerante • No mezclar refrigerante y aceite no compatible • Revisar fugas periódicamente • Ajustar (si es necesario) rangos de trabajo según recomendaciones
Problemas potenciales de trabajar HFC con aceite mineral • Retorno no satisfactorio de aceite por la succión y por la descarga. • Acumulación de aceite en el recibidor. • Problemas de transferencia de calor en tubos aletados internos. • Problemas de arranque en compresores de bajo par de arranque en condiciones de bajo voltaje.
R-406A
Tabla P-T Temperatura ºC - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 5 10 15 20 25 30
Presión bar 0.59 0.74 0.93 1.15 1.42 1.73 2.09 2.50 2.98 3.52 4.14 4.84 5.62 6.50 7.46
Temperatura ºC 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 114.49
Presión bar 8.54 9.73 11.03 12.45 14.00 15.69 17.51 19.49 21.61 23.90 26.34 28.95 31.74 34.71 45.81
Diagrama de Mollier
Descripción
• Refrigerante azeotrópico constituido por R-22, R-142b y R-600a (55%,41%,4% en peso). • ASHRAE R-406A (A1/A2) • Libre de acidez. No inflamable. • Químicamente estable ( similar al R-22 ) • Propiedades físicas y termodinámicas comparables al R-12.
Envasado • Cilindros de acero retornables de: • 60 kg, 50 kg y 10 kg (neto) • Cilindros de acero retornables de 850 Kg (neto)
Aplicaciones
• • • • • • • • •
R-406A es un refrigerante Drop-In especial para CFC12. Se aplica en pequeñas instalaciones como por ejemplo: Neveras domésticas. Congeladores domésticos. Dispensadores de bebidas. Pequeñas instalaciones frigoríficas Aire acondicionado en automóviles (*) Es posible usar aceites minerales Se habrán de comprobar las conexiones y tubos si es preciso
Aspectos medioambientales • El R-406A es un refrigerante de transición, que asegura el uso de equipos antiguos durante un tiempo limitado. ODP ( Potencial de destrucción del ozono ) 0. 05 R-406A 0 R-134a • GWP ( Potencial de calentamiento global ) 0.33 R-406A 0.28 R-134a
Propiedades físicas R-406A • Nombre químico • Fórmula química
Clorodifluorometano / 1-Cloro-1,1-difluoroetano /Isobutano CHClF2 /CClF2-CH3 / I-C4H10
• • • • • •
Peso molecular Punto de ebullición a 1.013 bar Temperatura critica Presión crítica Densidad crítica Volumen crítico
kg/kmol 89,857 ºC -32.35 / -23.36 ºC 114.49 bar 45.81 kg/m3 455.58 m3/kg 2.195*10-3
• • • • • • • •
Densidad del líquido Densidad del vapor saturado (3) Presión vapor (Dew Line) Presión vapor Calor de vaporización (3) Temperaturglide / Desliz.(Pm:5 bar) Calor latente del vapor Calor específico del vapor
kg/m3
1129 kg/m3 23.313 bar 7.28 bar 5.71 kJ/kg 180.9 K 8.5 kJ/kg 197.13 kJ/kgK 0,7693
Datos técnicos • El R-406A por tratarse de una mezcla ha de ser cargado por la fase líquida. • Usar la Tabla Presión-Temperatura preferiblemente a los datos mostrados en el manómetro de los equipos para CFC-12 • La instalación no necesita modificación alguna excepto el filtro de secado que debe ser compatible con el R-406A ( tipo HFC o R-22). Las válvulas de expansión no se han de cambiar. • El R-406A es compatible y miscible con los aceites usados para el R-12.
Datos técnicos • Asegurar que el sobrecalentamiento en el evaporador es el adecuado. Para ajustarlo, se ha de usar las Tablas de Presión-Temperatura. • En caso de pérdidas de refrigerante accidentalmente, se debe volver a llenar de refrigerante, después de haber reparado la instalación. En caso de mal funcionamiento o parada de emergencia debido a un deficiente suministro del gas en los intercambiadores de la instalación, se deberá acabar de rellenar. • Se recomienda no mezclar el R-406A con otros refrigerantes debido a la posible pérdida de su eficiencia y a la no reciclabilidad de la mezcla resultante.
R-134a compuesto puro
Ventajas
Desventajas
• Su Potencial de Destrucción de Ozono es cero. • Esta constituido por un solo tipo de moléculas • Las fugas no alteran su composición . • Solo se tiene un set de temperatura-presión para ajustar el sistema.
• No es miscible con aceite mineral o alkilbenceno, por lo cual, se necesita cambiar el aceite del sistema de refrigeración a Polyol éster, que es un aceite caro y de manejo especial.(>95%) • Se recomienda para aplicaciones de temperatura media y alta. A bajas temperaturas, su capacidad baja significativamente. (-10% a -23°C)
R-401A (MP-39) HCFC-22=53%, HCFC-124=34%, HFC-152a=13%
Ventajas • Es un reemplazo para aplicaciones de temperatura media de 18°C a 0°C. • La modificación de equipos para su uso es mas económica que para el HFC-134a. • Utiliza aceite alquil benceno y usualmente no se necesita hacer múltiples cambios de aceite.
Desventajas • Es un reemplazo provisional dado que contiene HCFC´s. • La fuga del refrigerante cambia su composición y después de varias fugas se recomienda extraer el refrigerante y cargar el sistema con refrigerante nuevo. • Tiene un deslizamiento de temperatura de 8°F.
R- 401B (MP-66) HCFC-22=60%, HCFC-124=27%, HFC-152a=13%
Ventajas • Es un reemplazo recomendado para aplicaciones en temperaturas abajo de 23°C • La modificación de equipos para su uso es mas económica que para el HFC-134a. • Utiliza aceite alquil benceno y usualmente no se necesita hacer múltiples cambios de aceite.
Desventajas • Es un reemplazo provisional dado que contiene HCFC´s. • La fuga del refrigerante cambia su composición y se recomienda extraer el refrigerante y cargar el sistema con refrigerante nuevo. • Tiene un deslizamiento de temperatura de 8°F y por lo tanto, el evaporador no trabaja a temperatura constante.
R- 409A (FX-56) HCFC-22=60%, HCFC-124=25%, HCFC-142b=15%
Ventajas • Es un reemplazo para aplicaciones en temperaturas medias y bajas. • Ofrece una ligera ventaja sobre el R-12 y R-134a a baja temperatura. • La modificación de equipos para su uso es mas económica que para el HFC-134a. • Utiliza aceite mineral o alquil benceno y usualmente no se necesita cambiar el aceite durante la conversión.
Desventajas • Es un reemplazo provisional dado que contiene HCFC´s. • La fuga del refrigerante cambia su composición y se recomienda extraer el refrigerante y cargar el sistema con refrigerante nuevo. • Tiene un deslizamiento de temperatura de 15.2°F y por lo tanto, el evaporador no trabaja a temperatura constante. • Presión del lado de alta es 15 a 20 psig mayor a la presión del R-12.
R- 507 (AZ-50) HFC-125=50%, HFC-143a=50%
Ventajas • Es una mezcla azeotropica y puede ser cargado de la misma manera que se carga el R-502. • En caso de fugas, solo se necesita repararlas y recargar el sistema de refrigeración cuantas veces sea necesario. • Es el sustituto mas parecido al R-502 y con eficiencias de energía mayores a los otros sustitutos.
Desventajas • No se mezcla bien con los aceites minerales o alquilbencenos por lo cual se tienen que sustituir (95% mínimo) por aceite polioléster que es mas caro.
R- 404A (HP-62) HFC-125=44%, HFC-143a=52%, HFC-134a=4% Ventajas • Es recomendado para sistemas de temperatura media y baja. • Es un substituto muy parecido al R-502 y R-507.
Desventajas • No se mezcla bien con los aceites minerales o alquil bencenos por lo cual se tienen que sustituir (95% mínimo) por aceite polioléster que es mas caro. • Es una mezcla zeotropica por lo cual tiene que ser cargado al sistema en fase líquida. • Tiene un deslizamiento de temperatura mínimo de 1.5 °F.
R- 408A (FX-10) HFC-125=7%, HCFC-22=47%, HFC-134a=46% Ventajas • Es una mezcla casiazeotropica con mínimo deslizamiento de temperatura en el evaporador. • Es recomendado para sistemas de temperatura media y baja. • Puede trabajar con aceite mineral pero se recomienda mejor utilizar aceite alquil benceno para evitar daños al sistema de refrigeración.
Desventajas • Aunque es una mezcla casi-azeotropica, se debe de cargar al sistema de refrigeración solo en la fase liquida del cilindro. • Tiene un deslizamiento de temperatura de menos de 1.0 °F. • En condiciones extremas de operación, se puede presentar una alta temperatura de descarga, en esos casos se recomienda mejor utilizar las mezclas R-507 o R-404A.
R- 402A (HP-80) HFC-125=60%, HCFC-22=38%, HC-290(propano)=2%
Ventajas • La conversión de los sistemas de R-502 a este refrigerante se puede hacer de una manera económica. • Es recomendado para sistemas de temperatura media y baja. • Puede trabajar con aceite alkilbenceno (mínimo 80%). • La carga es 95% de la carga recomendada de R502 para el sistema.
Desventajas • Es un reemplazo provisional dado que contiene HCFC-22. • Es una mezcla zeotropica y se debe de cargar al sistema de refrigeración solo de la fase liquida del cilindro. • Tiene un deslizamiento de temperatura de 2 °F.
R- 402B (HP-81)
HFC-152a=38%, HCFC-22=60%, HC-290(propano)=2%
Ventajas • La conversión de los sistemas de R-502 a este refrigerante se puede hacer de una manera económica. • Es recomendado para sistemas de temperatura media y baja principalmente para maquinas de hielo y de helados. • Puede trabajar con aceite alquil benceno (mínimo 80%).
Desventajas • Es un reemplazo provisional dado que contiene HCFC-22. • Es una mezcla zeotropica y se debe de cargar al sistema de refrigeración solo de la fase liquida del cilindro. • Tiene un deslizamiento de temperatura de 8 °F. • En caso de fugas repetidas, se recomienda extraer el refrigerante y cargar refrigerante nuevo.
Conclusiones
• Análisis para cada caso • Nueva Tecnología • Herramientas de Apoyo • Capacitación y Orientación • Los usuarios finales pueden lograr sus reconversiones considerando las experiencias en reconversiones • Ecología
