Los Refrigerantes
De la tabla anterior se comparan el comportamiento de los refrigerantes más usados hoy día en refrigeración comercial.
NOMBRE y RANGO de Temp Presión Presión Desc. FORMULA (°F) Succión psia Peso Molecular Evap. – Cond. psia
pS/pD
Amoniaco NH3 17.03 R134a CFH2CF3 102.03 R-12 CCl2F2 120.93 R-22 CHCl F2 86.4 R-502 R22 + R115 111.6 R404A R134a,R143, R125 97.60
4.94 4.40 2.89 4.99 4.19 2.79 4.07 3.68 2.55 4.06 3.67 2.54 3.74 3.14 2.42 3.88 3.54 2.48
5 - 86 20- 100 40- 100 5 - 86 20- 100 40- 100 5 - 86 20- 100 40- 100 5 - 86 20- 100 40- 100 5 - 86 20- 100 40- 100 5 - 86 20- 100 40- 100
34.27 48.81 73.32 23.77 33.13 49.77 26.51 35.75 57.68 43.02 57.08 83.72 50.68 67.14 94.90 53.12 70.81 100.9
La tabla resume el comportamiento de estos por Tonelada de refrigeración (12000.0 Btu/h), en la misma condición de saturación y de vapor seco en la succión del compresor. Lo valores son calculados de las propiedades termodinámicas de los refrigerantes en las siguientes condiciones de temperaturas de evaporación 5 °F (-15 °C), 20 °F (-6.6 °C), y 40 °F (4.4 °C). No se considera el volumen muerto en la cámara de compresión. Se puede observar que para un mismo efecto de enfriamiento no existe una gran diferencia entre las potencias requeridas para cada condición en particular. Para el refrigerante Amoniaco y el R-22, prácticamente no hay diferencia de los tamaños de los compresores (ver los desplazamientos), ni en la potencia (HP) requerida, el amoniaco aún con su alto valor de calor latente de saturación, es compensado con su alto volumen específico y presión de succión del compresor para tener valores de potencia y desplazamiento del mismo orden de los otros refrigerantes. Se requiere menor desplazamiento y menor potencia del compresor con el refrigerante R-404A, que con el amoniaco y el R22, menor tamaño de compresor para el mismo efecto de enfriamiento, por lo tanto un ahorro de consumo de electricidad. El Volumen Específico (Vg) del gas refrigerante a la entrada del
169.2 211.9 211.9 111.8 138.99 138.99 107.9 131.6 131,6 174.5 212.6 212.6 189.5 229.1 229.1 206.00 250.4 250.4
Con vapor seco y saturado por TON Flujo Masa Despl. Potencia lb./min. 0.421 0.421 0.427 2.21 2.28 2.37 3.916 4.054 3.88 2.986 3.023 2.936 2.90 3.01 3.17 2.58 2.67 2.83
= cfm 3.44 2.49 1.70 4.14 3.21 2.25 5.82 4.54 3.07 3.65 2.83 1.93 2.38 1.89 1.42 2.27 1.77 1.32
HP 0.99 0.94 0.65 0.687 0.693 0.570 1.00 0.97 0.67 1.03 0.99 0.68 0.748 0.674 0.500 0.72 0.68 0.61
Vol. Esp. Vfg
Refrigeración Btu/lb.
Ve = ft3/lb. 8.150 5.910 3.971 1.9327 1.409 0.9523 1.458 1.0988 0.7735 1.2434 0.9363 0.6575 0.8247 0.6283 0.4466 0.8803 0.6637 0.4647
565 553 536 90.2 87.7 84.1 68.20 66.52 64.163 93.206 90.545 86.72 68.86 66.50 63.09 77.5 74.80 70.7
compresor es muy importante pues determina el tamaño del compresor. En máquinas pequeñas es más usual tener refrigerantes con alto volumen específico o de baja presión (como el R134a reemplazo del R-12), y viceversa, máquinas mayores usar refrigerantes con menor volumen específico (de alta presión), el cual correspondería un compresor de menor tamaño o desplazamiento, un compresor más pequeño implica menos pérdidas mecánicas, menos fricción, también se requiere menos potencia eléctrica, por lo tanto un compresor mas eficiente. Entre las propiedades deseables de un refrigerante son: Adecuadas presión de condensado y presión de evaporación para las temperaturas deseadas, baja temperatura de congelamiento, alta temperatura crítica, valor alto de calor latente de condensación y evaporación, alto valor de conductividad pelicular. Entre sus propiedades prácticas: Inerte químicamente y físicamente, no corrosivo (con materiales ordinarios de construcción), no inflamable, no explosivo (ni solo ni mezclado con aire), que no deteriore el ambiente, no tóxico, etc. Una alta relación de compresión no es deseable en compresores reciprocantes desde el punto de vista de pérdidas en volumen muerto e ineficiencia volumétrica.
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El amoniaco se utiliza actualmente en instalaciones industriales y comerciales muy grandes, y no se sugiere usarse donde existan reuniones de gente debido a su toxicidad, debido a esto también presenta un riesgo en su manejo y utilización por su acción corrosiva debe evitarse el contacto con cobre y sus aleaciones. Es necesario usar materiales de hierro (o acero inoxidable en algunos casos), que desde el punto de vista de
intoxicación (hay varias historias tristes de este tipo de situaciones). No es miscible con el aceite lubricante. El amoniaco y el R 22 son usados actualmente en refrigeración industrial cuyas capacidades son sumamente grandes, usado con compresores tornillo abiertos, el R22 en aplicaciones de alta y media temperatura de evaporación , y el amoniaco en media y bajas temperaturas. El refrigerante HCFC R-22 para aplicaciones de alta temperatura es eficiente y supera en capacidad (Btu/h) al R404A / R-507, y al Amoniaco, sigue siendo usado ampliamente para aire acondicionado y sistemas de refrigeración de alta temperatura. Para baja temperatura no es recomendable, presenta altas temperaturas de descarga y se requiere algún medio de ínter enfriar el refrigerante para tener las temperaturas deseables en la descarga del compresor (Demand Cooling, Inyección de Líquido, etc.), o usar sistemas de dos etapas o Boosters. Es un refrigerante amigable del medio ambiente, no es tóxico, ni corrosivo. El R404A / R507 son superiores en capacidad y eficiencia en sistemas de media y baja temperatura al amoniaco y al R-22- El R-404a / R507 aumenta su eficiencia y capacidad a medida que la temperatura de evaporación se va reduciendo, por lo que a menor temperatura (-30 °F, -40 °F) supera aun más al Amoniaco y al R22.
conducción de calor son de baja conductividad térmica, haciendo que el condensador, el evaporador, y tuberías sean grandes e ineficientes, con motores y ventiladores grandes, que se suman a los costos de operación Los sistemas industriales de amoniaco por lo general tienden a usarse con condensadores evaporativos, para poder reducir la temperatura de condensado y así mejorar su capacidad , añadiendo un sistema de circulación de agua (con bombas de recirculación, Torres de Enfriamiento, y tratamiento de agua). Todo esto hace que el sistema de refrigeración sea más complicado y costoso. Se requieren compresores del tipo abierto, que son propensos a que su sello mecánico de su flecha principal presente fuga del refrigerante tóxico, y ocasionar problemas de
Los refrigerantes HCFC R-22, y el HFC R-404a / R-507 son inofensivos y seguros, las componentes del sistema de refrigeración son simples, comerciales y de fácil instalación, pudiéndose usar prácticamente todas las tecnologías de compresores, Reciprocante, Tornillo, Rotativa, Scroll, etc., y materiales de alta conductividad térmica, y amigables con estos refrigerantes. La utilización de condensadores y evaporadores enfriados por aire, en lugares como México en el que el agua por lo general es escasa
Ing. Javier Ortega C. Emerson Climate Technologies.
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