refrigerantes para aire acondicionado y refrigeración

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)
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Printed in Spain
Imprime: Imprenta Gamma Telf.: 965 67 19 87
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puede reproducirse o transmitirse por ningún procedimiento electrónico o
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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.
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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
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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
instalación 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
12
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
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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.- Conceptos básicos
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 CHClF2, 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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Refrigerantes para aire acondicionado y refrigeración
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.
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1.- Conceptos básicos
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
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Refrigerantes para aire acondicionado y refrigeración
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 t1 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.
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1.- Conceptos básicos
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, (O3).
Cuando un átomo de cloro “choca” con el ozono, (O3), separa un
átomo de oxígeno, convirtiéndose así en oxígeno, O2 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 O3 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 CO2, (dióxido de carbono).
Medido en Kg de CO2 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 CO2 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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