refrigerantes

REFRIGERANTES PARA AIRE ACONDICIONADO Y REFRIGERACIÓN

RAFAEL VILLANUEVA MANRESA

Título: Refrigerantes para aire acondicionado y refrigeración Autor: © Rafael Villanueva Manresa

www.rafavillanueva.com Dibujos de: David Marín Ramos I.S.B.N.: 84-8454-313-7 Depósito legal: A-26-2004 Edita: Editorial Club Universitario Telf.: 96 567 38 45 C/. Cottolengo, 25 - San Vicente (Alicante) www.ecu.fm Printed in Spain Imprime: Imprenta Gamma Telf.: 965 67 19 87 C/. Cottolengo, 25 - San Vicente (Alicante) www.gamma.fm [email protected]

Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de este libro puede reproducirse o transmitirse por ningún procedimiento electrónico o mecánico, incluyendo fotocopia, grabación magnética o cualquier almacenamiento de información o sistema de reproducción, sin permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright.

A mi mujer.

A Rafa y Dani. A mi padre in memoriam. A mi madre. A Isa y Paco. A Ana, Rosa, Piedad, Mª José, Jose Luis, Carlos, Antonio, Pedro, Emilio, David y Jose. A Fidel, Martí y Manolo. A los exploradores del Chocuaco: PURA VIDA.

AGRADECIMIENTOS

A Friogas, S.A. y en especial a Enrique Morán y Natalia Cubells. A Creyrsa y en especial a José Pascual. A Pecomark y en especial a Pedro Pérez. A David Marín por los dibujos del libro.

PRÓLOGO Con este libro he tratado de exponer en los diferentes apartados los nuevos refrigerantes, algunos ya no tan nuevos. Despedirme del R-22, tan noble como creíamos que era y resulta que ha sido tan perjudicial para nuestra vida terrestre. Quien nos lo iba a decir. Poner a disposición del lector a un nivel básico y como una herramienta más de trabajo las características de cada uno de ellos, su utilización y precauciones de uso. He intentado plasmar lo más gráficamente posible en él, datos, tablas, algunas fórmulas y modos de proceder, de una forma sencilla e inteligible. Se podrán encontrar prescripciones legales, las cuales son necesarias conocer y tener siempre a mano para cumplir con lo establecido por las normativas vigentes. Asimismo, he incorporado los diagramas entálpicos de los diferentes refrigerantes tratados en este libro para dar la mayor información posible. Para muchos, su contenido podrá parecer escaso y conocido, otros encontrarán aspectos nuevos e interesantes para su trabajo. Habrá quien eche en falta ciertas materias, o el haber profundizado más en otras, incluso quien encuentre algún que otro error o punto de vista diferente. Como cualquier trabajo, este es mejorable, sin duda. Pero la idea básica, ha sido la de hacer un trabajo sencillo y lo menos farragoso posible para el lector, de muy fácil manejo, ofreciendo conceptos y datos utilizables cotidianamente. 9

Prólogo

En definitiva, he intentado con este libro que sirva de utilidad práctica. Si lo he conseguido para un mínimo número de personas me sentiré sobradamente satisfecho.

Alicante, diciembre de 2.003

Rafael Villanueva Manresa Ingeniero Técnico Industrial

ÍNDICE 1.- Conceptos básicos.........................................................................15 1.1.- Gas refrigerante......................................................................15 1.2.- Efecto frigorífico del refrigerante ............................................16 1.3.- Volumen de desplazamiento de refrigerante .........................17 1.4.- Número de identificación del refrigerante. .............................17 1.5.- Nombre y fórmula química del refrigerante. ...........................18 1.6.- Refrigerantes CFC .................................................................18 1.7.- Refrigerantes HCFC ...............................................................18 1.8.- Refrigerantes HFC .................................................................19 1.9.- Refrigerantes simples.............................................................19 1.10.- Mezclas azeotrópicas...........................................................19 1.11.- Mezclas zeotrópicas.............................................................20 1.12.- Deslizamiento de temperatura .............................................20 1.13.- O.D.P. ..................................................................................21 1.14.- G.W.P. .................................................................................22 1.15.- C.O.P. ..................................................................................23 1.16.- T.E.W.I. ................................................................................23 11

2.- Condiciones que deben cumplir los refrigerantes..........................25 3.- Aceites para refrigerantes..............................................................29 4.- Calendario del Reglamento relativo a los HCFC (R-22) ................31 4.1.- Aclaracion al Reglamento Europeo (CE nº 2037/2000).............31 5.- Refrigerante R-22...........................................................................33 6.- Refrigerante R-417 A .....................................................................39 6.1.- Recomendaciones para reconversión de una instalac ión de R-22 a R-417 A. .......................................44 7.- Refrigerante R-407 C .....................................................................47 8.- Refrigerante R-410 A .....................................................................53 8.1.- Observaciones a tener en cuenta sobre el refrigerante R-410 A ..............................................................58 9.- Refrigerante R-404 A .....................................................................61 10.- Refrigerante R-507.......................................................................69 11.- Refrigerantes para automoción y refrigeración............................75 11.1.- Refrigerante R-134 A ...........................................................75 11.2.- Recomendaciones para reconvertir una instalación de R-12 a R-134 A. ...............................................................80 11.3.- Refrigerante R-413 A ...........................................................82 11.4.- Recomendaciones para reconversión de una instalación de R-12 a R-413 A..............................................85 12.- Resumen de los diferentes refrigerantes.....................................89

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13.- Relación temperatura-presión de un refrigerante. .......................91 14.- Instalación de un equipo de aire condicionado............................97 15.- Puesta en marcha de una instalación........................................101 16.- Detección de problemas de una instalación en cuanto a presiones de trabajo ..................................................................105 18.- Diagrama entálpico de un refrigerante.......................................109 Bibliografía ........................................................................................119

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Los que se enamoran de la práctica sin la teoría son como los pilotos sin timón ni brújula, que nunca podrán saber a donde van. Leonardo Da Vinci

1.- CONCEPTOS BÁSICOS Se detallan a continuación los conceptos básicos para la comprensión de los diferentes términos utilizados en lo referente a gases refrigerantes:

1.1.- GAS REFRIGERANTE Es el fluido frigorígeno que contiene una instalación frigorífica y cuya misión es la de absorber calor en la fuente fría a baja presión y temperatura, para cederlo a la fuente caliente a alta presión y temperatura. Todo ello con cambio de estado de líquido a vapor y viceversa.

Fig. 1: Circuito frigorífico simple con expansión por capilar.

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1.- Conceptos básicos

1.2.- EFECTO FRIGORÍFICO DEL REFRIGERANTE El efecto frigorífico de un gas refrigerante viene dado por su capacidad frigorífica efectiva respecto al volumen por metro cúbico de refrigerante aspirado del evaporador por el compresor. También conocido como factor de potencia frigorífica, depende en gran parte de las propiedades físicas del propio fluido. Como veremos más adelante, existen gases refrigerantes de nueva generación, (HFC), con un gran efecto frigorífico, como es el R-410A, que con menor volumen en circulación en el sistema, (volumen desplazado), consiguen mayor efecto frigorífico respecto a otros fluidos. Comparando el R-410A con el R-22, vemos la diferencia de efecto frigorífico que existe entre ambos fluidos según su temperatura de evaporación o gases aspirados por el compresor:

Fig. 2: Potencia frigorífica del R-410A comparada con el R-22.

Es decir, que con el mismo volumen desplazado de refrigerante en el circuito, el R-410A posee un efecto frigorífico aproximadamente un 38% mayor que el R-22 a una temperatura de evaporación de + 5 ºC.

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Refrigerantes para aire acondicionado y refrigeración

1.3.- VOLUMEN DE DESPLAZAMIENTO DE REFRIGERANTE El volumen de desplazamiento de refrigerante de un sistema es el 3 que debe circular en m /h por el circuito para conseguir la potencia frigorífica deseada bajo las condiciones previstas de temperatura de evaporación y condensación. Para un determinado refrigerante se deberá hacer circular más kilos por hora cuanto mayor sea la potencia frigorífica deseada. De esto se deduce fácilmente que el compresor empleado en nuestro sistema ha de ser capaz de trasegar dicho volumen de refrigerante. A mayor volumen de desplazamiento, mayor potencia de compresor. Veremos este concepto más adelante cuando tratemos el tema de diagramas entálpicos de los refrigerantes.

1.4.- NÚMERO DE IDENTIFICACIÓN DEL REFRIGERANTE. Un refrigerante nunca se debe nombrar por su nombre comercial, aunque existan distribuidores que lo hagan para diferenciarlos de otras marcas fabricadas, (P.e.: Freón, Purón, Isceón, etc.) La forma correcta de nombrar un refrigerante y de identificar el equipo de refrigeración o aire acondicionado es por su número: R-22, R-407C... Con el actual estado en cuanto a cambio de refrigerantes y variedad de los mismos, es de suma importancia que las instalaciones queden claramente identificadas con el número de refrigerante que contengan. Evitaremos graves problemas teniendo bien identificado el refrigerante que usa cada equipo procurando, en cualquier caso, no destruir las placas o etiquetas de características técnicas del mismo y si fuera necesario colocando nosotros mismos de alguna forma indeleble y claramente visible el número de refrigerante usado.

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1.5.- NOMBRE Y FÓRMULA QUÍMICA DEL REFRIGERANTE. Cada refrigerante posee su nombre y fórmula química, los cuales nos indican su composición. Por ejemplo: el R-22 tiene por nombre químico Clorodifluormetano y su fórmula química es CHClF 2, lo cual nos indica que posee un átomo de carbono, uno de hidrógeno, uno de cloro y dos de flúor y que su peso molecular el de 86,5.

1.6.- REFRIGERANTES CFC Son los refrigerantes que contienen cloro, (2 átomos), flúor y carbono en su molécula. Conocidos como clorofluorcarbonados, fueron prohibidos, tanto su venta como uso el 1 de octubre de 2000 por el Reglamento Europeo (CE) nº 2037/2000, por ser sustancias que agotan la capa de ozono. Entre ellos se encuentra el R-12, refrigerante utilizado para aire acondicionado en automoción.

1.7.- REFRIGERANTES HCFC Son los refrigerantes que contienen hidrógeno, cloro (un átomo solo), flúor y carbono. Conocidos como hidroclorofluorcarbonados los cuales han sido prohibidos el 1 de enero de 2004 para su uso en cuanto a fabricación de equipos tanto de frío como de bomba de calor y prohibido su uso en todos los casos, incluido mantenimiento, el 1 de enero de 2015, según el Reglamento Europeo (CE) nº 2037/2000, por ser sustancias que agotan la capa de ozono. Entre ellos se encuentra el R-22, refrigerante utilizado para equipos de aire acondicionado de todas las potencias.

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1.8.- REFRIGERANTES HFC Son los refrigerantes que no contienen cloro , y que contienen hidrógeno, flúor y carbono en su molécula. Denominados, por lo tanto, hidrofluorcarbonados. Su ODP es cero. Son sustancias que no perjudican en absoluto la capa de ozono, (R-134a, R-407C, R-410A...).

1.9.- REFRIGERANTES SIMPLES Son sustancias químicas que, por sí solas, pueden utilizarse como refrigerantes. Muy pocas sustancias se utilizan como fluido frigorígeno, en la práctica debido principalmente a las condiciones exigibles de seguridad y rendimiento energético. Entre los principales refrigerantes simples o puros se encuentra el R-12, R-22, R-134a, R-125... Son, por lo tanto, refrigerantes azeotrópicos, o “normales”, en cuanto que, como ahora veremos, poseen un punto de evaporación constante.

1.10.- MEZCLAS AZEOTRÓPICAS Son los refrigerantes compuestos de dos o tres sustancias, (binarias o ternarias), pero que se comportan como o casi un refrigerante puro o simple. Las diferentes sustancias que los componen son totalmente miscibles entre sí, comportándose durante la evaporación y la condensación como sustancia pura, (punto de evaporación y condensación constantes). Al ser azeotrópicos mantienen la misma composición en la fase de vapor y en la de líquido y en sus cambios de estado. 19


De los nuevos refrigerantes mezcla utilizados en el campo del aire acondicionado y refrigeración ninguno es azeotrópico, salvo el R-507 y el R-410A, al que se le puede considerar “casi azeotrópico”, como más adelante veremos. También se puede considerar "casi azeotrópico" el R-404A.

1.11.- MEZCLAS ZEOTRÓPICAS Evidentemente son mezclas que no son azeotrópicas, por lo que no tienen una evaporación ni condensación constante a una presión determinada. Digamos que durante la evaporación del refrigerante zeotrópico cada uno de sus componentes lo hace a temperaturas diferentes provocando lo que es conocido como deslizamiento de temperatura de evaporación, (glide). Por lo tanto, este tipo de refrigerantes no mantienen la misma composición en la fase de vapor que en la de líquido. Se debe prestar mucha atención a este hecho, ya que implica que este tipo de refrigerante solo se puede cargar a la instalación de aire acondicionado o refrigeración en fase líquida y por otra parte, en caso de fuga y, como veremos posteriormente, se hará necesario reponer totalmente la carga. Entre estos refrigerantes nuevos tenemos el R-407C, R-417A y R 413A

1.12.- DESLIZAMIENTO DE TEMPERATURA Conocido internacionalmente como glide es, como hemos comentado anteriormente, las diferencias que existen entre los diferentes componentes de un refrigerante zeotrópico en cuanto a temperaturas de evaporación a una presión determinada. Visto este comportamiento en el refrigerante R-407C en un diagrama entálpico 20


Fig. 3: Diagrama entálpico del refrigerante R-407C comparado con el R-22. Vemos que cada componente de la mezcla zeotrópica, en este caso, el R-407C, al cambiar de estado de líquido a vapor, (evaporación), cada componente lo hace a presiones diferentes. La diferencia que existe entre t 1 y t3 es la temperatura de deslizamiento, que en este caso para el R-407C corresponde a 7,2 lo cual resulta relativamente importante. Como hemos dicho anteriormente, la presión de evaporación no se mantiene constante como en el caso del R-22 que sí es azeotrópico, (gas simple o puro).

1.13.- O.D.P. (OZONE DEPLETION POTENTIAL) El ODP es el coeficiente por el que se mide la capacidad destructiva de un fluido refrigerante frente a la capa de ozono. Se mide utilizando como medida patrón la unidad atribuida al R-11 ya que es el más destructivo para la capa de ozono al poseer 3 átomos de cloro en su molécula. Los refrigerantes exentos de cloro en su composición tienen por lo tanto un ODP igual a cero. 21


Ya sabemos que según los científicos, el cloro de los refrigerantes clorados o CFCs, liberado a la estratosfera destruye la capa de ozono, formada por moléculas de tres átomos de oxígeno, (O 3). Cuando un átomo de cloro “choca” con el ozono, (O 3), separa un átomo de oxígeno, convirtiéndose así en oxígeno, O 2 y un átomo de oxígeno libre y provocando así el agujero en la capa de ozono. Por ese agujero entrarán a la atmósfera los rayos ultravioletas emitidos por el sol, lo que nos provocará entre otras lindezas, cáncer de piel, debilitamiento del sistema inmunitario, cataratas, afección a los cultivos, a la vida acuática e incluso al sistema radiactivo de la atmósfera.

Fig. 4: Proceso de la destrucción de la capa de Ozono.

El mismo átomo de cloro buscará una nueva molécula de O 3 para destruirla.

1.14.- G.W.P. (GLOBAL WARMING POTENCIAL) Es la forma de medir el efecto invernadero que producen los refrigerantes utilizados y el CO 2, (dióxido de carbono). Medido en Kg de CO 2 que deben ser liberados a la atmósfera para provocar el mismo efecto invernadero o recalentamiento global que 1 Kg de fluido refrigerante en nuestro caso. O mejor dicho: a lo largo de un periodo de tiempo de la emisión de 1 Kg de un gas de efecto invernadero comparada al efecto de 1 Kg de CO 2 en el mismo periodo de tiempo. Así pues, el efecto invernadero o recalentamiento global de la atmósfera viene producido por dos causas que nos afectan:

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