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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO
“RECONVERSIÓN DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN QUE UTILIZA UN REFRIGERANTE CFC´s (R-12) PARA
LA PRODUCCIÓN DE PLÁSTICOS POR UN REFRIGERANTE ECOLÓGICO”
T E S I S
Que para obtener el titulo de:
INGENIERO MECÁNICO
PRESENTAN:
RICARDO LUNA LOPEZ SERGIO URIEL MENDOZA CHÁVEZ
MANUEL ALEJANDRO PÉREZ AGUILAR MARIANO VERA AGUILAR
ASESORES:
ING. RUBÉN MARCHAND ORTEGA ING. JOSÉ LUÍS GONZÁLEZ
MEXICO, D.F. 2008
, INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO
TESIS CURRICULAR
QUE PARA OBTENER EL TíTULO DE INGENIERO MECÁNICO DEBERÁN DESARROLLAR LOS C.C.: RICARDO LUNA LÓPEZ
SERGIO URIEL IVIENDOZA CHÁVEZ MANUEL ALEJANDRO PÉREZ AGUILAR MARIANO VERA AGUILAR
"RECONVERSiÓN DE UN SISTEMA DE REFRIGERACiÓN QUE UTILIZA UN REFRIGERANTE CFC's (R-12) PARA LA PRODUCCiÓN DE PLÁSTICOS POR UN
REFRIGERANTE ECOLÓGICO"
En la actualidad durante los procesos industriales para la fabricación de plásticos, se ha observado el exceso de utilización de CFC's como refrigerantes. Los cuales a través del tiempo han deteriorado la capa de ozono.
Este problema nos lleva a tomar la decisión de sustituir los CFC's por un refrigerante ecológico adecuado considerando la disponibilidad en la industria.
EL TEMA COMPRENDERÁ LOS SIGUIENTES PUNTOS:
1. CICLU BÁSICO DE REFRIGERACiÓN Y CARACTERíSTICAS DE LOS REFRIGERANT' S.
2. TERMINOLOGíA DE COMPRENSiÓN SIMPLE.
3. TIPOS DE REFRIGERANTES.
4. METODOLOGíA PARA LA RECONVERSiÓN DE REFRIGERANTES CFC's A ECOLOGICOS.
5. RECONSIDERACIÓNES POSTERIORES AbA RECONVERSiÓN. •~GE'dEA'/4
;;:7 Y~\xiCO D. F., a 9 de Octubre del 2008.
~~X\ '.~j}' ASES~f ING.' RUBÉN MAR=D ORTE~;:~·::~~:· ING. JO~N~m
PROfESIONAL l~ r:: s 1 M E
¡\ZCAPOTZALCO
Vo.Bo. EL DIRECT
-1; G. JORGE GÓMEZ VILLARREAL
NOTA: Se SU9i~stema Internacional de Unidades. AT-261/200S P. S. 04 - os JGvrv:ACM/m7 ~
Agradecimientos
A Dios:
Definitivamente Dios; sabes lo esencial que has sido en mi posición firme de alcanzar esta meta, esta
alegría, que si pudiera hacerla material, la hiciera para entregártela, pero a través de esta meta, podré
siempre de tu mano alcanzar otras, que espero sean para tu Gloria.
A mi Madre:
Sabiendo que no habrá forma de agradecer, toda una vida de sacrificios y esfuerzos, quiero que sientas que el objetivo logrado también es tuyo y que la fuerza que me logro a conseguirlo fue tu amor y tu apoyo.
A mi Padre:
Gracias a todos tus consejos acertados he llegado a realizar la más grande de mis metas la cual constituye la herencia más valiosa que pueda recibir.
A mis Hermanos:
Por darme la estabilidad emocional, sentimental; para poder llegar hasta este logro, que
definitivamente no hubiese podido ser realidad sin ustedes. GRACIAS por darme la posibilidad de
que de mi boca salga esa palabra…FAMILIA.
A mis abuelos:
Gracias por su sinceridad siempre. Las palabras sencillas que salen del corazón son las mejores.
A mi Madrina:
Una personas que es mi apoyo durante este agradable y difícil periodo académico, por ser MI MAMA
TAMBIEN, por seguir soportándome y siendo parte de su vida y familia, LA VALORO.
A la familia Reyes Martell y sobrinos:
Muchas gracias por su toque de buen humor, por las buenas vibraciones, por su humildad, por su
apoyo incondicional y por dejarme ser parte de su familia solo me queda decirles gracias totales.
A la familia de mi Mama:
Gracias por su apoyo y por sus exageradas alegrías que hacen con nuestras penas, nuestros problemas
perderían su importancia.
A la familia de mi Papa:
Gracias familia por transmitirme el concepto de esperanza y enseñarme que el no perseverar es de
cobardes.
A mis Amigos pasados y presentes:
Pasados por ayudarme a crecer y madurar como persona y presentes por estar siempre conmigo
apoyándome en todo las circunstancias posibles, también son parte de esta alegría, LOS
RECUERDO.
Siempre estaré en deuda permanente.
Jamás voy a olvidaros
GRACIAS!!!!!!!
Mariano Vera Aguilar.
ESIME IPN
ÍNDICE. Pagina.
Introducción…………………………………………………………………....... 1
Antecedentes……………………………………………………………………. 2
Planteamiento del Problema…………………………………………………….. 4
Objetivo General………………………………………………………………... 5
Objetivos Particulares……………………………………………………………. 5
Capitulo I………………………………………………………………………… 6
1.1.- Ciclo Básico de Refrigeración………………………………………..6
1.1.1.- Compresor………………………………………………... 7
1.1.2.- Condensador…………………………………………….... 7
1.1.3.- Evaporador………………………………………………. 7
1.1.4.- Válvula de Expansión……………………………………. 8
1.2.- Refrigerantes y sus propiedades…………………………………….. 9
1.2.1.- Criterios de selección……………………………………... 9
1.2.1.1.- Factores Técnicos……………………………….. 9
1.2.1.2.- Factores de seguridad…………………………... 10
1.3.- Refrigerantes actuales……………………………………………… 12
1.3.1.- Gases refrigerantes……………………………………….. 12
1.3.1.1.- Refrigerante CFC-12 (R-12)…………………… 14
1.3.1.2.- Refrigerante HFC-134a (R-134a)………………. 16
Capitulo II……………………………………………………………………….. 18
2.1.- Terminología de compresión simple……………………………….. 19
2.2.- Calculo de la carga térmica en el evaporador………………………. 22
2.3.- Calculo termodinámico del refrigerante R-12……………………… 23
2.4.- Calculo termodinámico del refrigerante R-134a…………………… 27
2.5.- Calculo termodinámico del refrigerante R-401A…………………... 30
2.6.- Calculo termodinámico del refrigerante R-717 (amoniaco)...……… 33
2.7.- Comparación de los refrigerantes que se tienen como sustitutos para
realizar la reconversión…………………………………………………… 37
Capitulo III………………………………………………………………………. 38
3.1.- Tipos de refrigerantes………………………………………………. 38
3.1.1.- Compuestos puros…………………………………………. 39
ESIME IPN
3.1.1.1.- Compuesto puro R-134a………………………… 40
3.1.2.- Mezcla zeótropica…………………………………………. 40
3.1.2.1.- Mezcla zeótropica R-401A……………………… 41
3.1.2.2.- Mezcla zeótropica R-409A……………………… 41
3.2.- Deslizamiento de temperatura………………………………………. 42
3.3.- Tipos de lubricantes…………………………………………………. 42
3.3.1.- Lubricante mineral………………………………………… 43
3.3.2.- Lubricante alkilbenceno…………………………………… 43
3.3.3.- Lubricante Poliolester……………………………………... 44
3.4.- Recomendaciones de los lubricantes…………………………………45
Capitulo IV……………………………………………………………………….....47
4.1.- Metodología para la reconversión del R-12………………………….47
4.2.- Medidas de prevención para las buenas practicas en la puesta en
marcha del equipo…………………………………………………………. 52
4.2.1.- Gases no condensables en el sistema………………………52
4.2.2.- Humedad en el sistema…………………………………….. 53
4.2.3.- La válvula no suministra suficiente refrigerante……...……53
4.2.4.- La válvula suministra demasiado refrigerante……...………53
4.2.5.- Aire y humedad………………………………...………….. ..53
4.2.6.- ¿Qué pasa si hago vacio con el compresor?.........................54
4.2.7.- ¿Cómo escoger la bomba de vacio correcto?........................54
4.3.- Herramientas y equipos requeridos para buenas practicas en la
reconversión de un refrigerante…………………………...……………….. 54
4.4.- Riesgos y medidas de seguridad al trabajar con refrigerantes, equipos
de refrigeración…………………………………………………………….. 57
4.4.1.- Reglas de seguridad para el transporte de cilindros con gases
refrigerantes……………………………………………………….. .58
4.4.2.- Riesgos de salud…………………………………………… 58
4.4.2.1.- Inhalación………………………………………... 58
4.4.2.2.- Daños de piel…………………………………..… 59
4.4.2.3.- Daño de ojos………………………………………59
4.5.- Método de destrucción de los CFC………………………………….. 59
4.5.1.- Criterios de evaluación de la metodología………………….60
ESIME IPN
4.5.2.- Determinación de los parámetros de operación……………….. 60
4.5.2.1.- Diseño del incinerador……………………………… 61
4.5.2.2.- Características de la llama………………………….. 62
4.5.2.3.- Curva de temperatura de operación………………… 63
Capitulo V………………………………………………………………………... …..64
5.1.- Reconsideraciones posteriores a la reconversión…………………….64
5.1.1.- Acciones necesarias……………………………………..64
Conclusiones……...………………………………………………………………….. 65
Referencias…….…………………………………………………………………….. 66
Anexo 1.- Propiedades termodinámicas del R-12………...…………………………. 67
Anexo 2.- Propiedades termodinámicas del R-134a………………………………… 71
Anexo 3.- Propiedades termodinámicas del R-401A…..……………………………. 75
Anexo 4.- Propiedades termodinámicas del R-717………………………………….. 79
Anexo 5.- Dibujo del sistema básico de refrigeración
Anexo 6.- Dibujo del sistema de refrigeración para agua
ESIME IPN
ÍNDICE DE FIGURAS Página
1.1.- Partes del ciclo básico de refrigeración…………………………………… 6
1.2.- Compresor………………………………………………………………… 7
1.3.- Condensador……………………………………………………………… 7
1.4.- Evaporador….…………………………………………………………….. 8
1.5.- Válvula de expansión……………………………………………………… 8
1.6.- Secuencia de la serie del Metano para obtener el R-12…………………… 14
1.7.- Consumo mundial del R-12……………………………………………….. 15
1.8.- Secuencia para obtener HFC-134a………………………………………... 16
2.1.- Guía general de reemplazo de CFC R-12 a HFC R-134a, HCFC R-401A
y R-409A………………………………………………………………………... 18
3.1.- Diagrama de comparación de un compuesto puro y una mezcla………….. 42
4.1.- Sistema de recuperación…………………………………………………… 48
4.2.- Barrido de Nitrógeno……………………………………………………… 49
4.3.- Carga de lubricante al sistema…………………………………………….. 50
4.4.- Carga del nuevo refrigerante R-134a en estado liquido…………………… 51
4.5.- Manómetros……………………………………………………………….. 54
4.6.- Juego de mangueras………………………………………………………. 55
4.7.- Bomba de Vacio…………………………………………………………… 55
4.8.-Juego de manómetros………………………………………………………. 55
4.9.- Detector de fugas………………………………………………………….. 56
4.10.- Cilindro de recuperación…………………………………………………. 57
4.11.- Curva de formación CO2 producto de la incineración de CFC-12
con gas natural………………………………………………………………….. 61
4.12.- Esquema general del incinerador………………………………………... 62
4.13.- Llama característica de la incineración de CFC-12……………………... 63
4.14.- Temperatura de la llama para la incineración de refrigerante R-12 con
gas natural a un rango de λ y γ de llama estable………………………………. 63
ESIME IPN Página 1
INTRODUCCIÓN
Debido al uso excesivo de los CloroFluoroCarbonos (CFC) se ha provocado un
desequilibrio entre la naturaleza y el ser humano; ocasionando entre otros aspectos, el
rápido deterioro de la capa de ozono, calentamiento global de la tierra, deshielo de los
polos, drásticos cambios en los fenómenos climáticos, etc.
Sin duda alguna, es importante tomar medidas rápidas para la protección de la capa
de ozono, ya que sirve como escudo para proteger la tierra contra las dañinas radiaciones
ultravioletas (UV) del sol. El ozono no es un gas estable y es muy vulnerable a ser
destruido por las sustancias químicas que contienen Nitrógeno, Hidrógeno y Cloro.
La mayor parte de los CFC producidos en el mundo se utilizan en refrigeradores,
congeladores, acondicionadores de aire, aerosoles y plásticos expansibles que tienen
múltiples usos en la industria automotriz y en la fabricación de envases etc.
Otra problemática que contribuye al desequilibrio ambiental es el efecto
invernadero, el cual se da por la excesiva emisión de gases contaminantes, que es causa de
la gran actividad del hombre para cubrir sus diferentes necesidades.
Debido a todas estas causas, se han tomado medidas correctivas en el uso de los
CFC. Por lo cual, se ha decidido sustituirlos por refrigerantes ecológicos, que tienen como
función principal el cuidado y protección de la capa de ozono evitando la destrucción de
moléculas de oxigeno. Ya que; Cloro y Carbón son los principales causantes del deterioro
de la capa ozono; por el efecto invernadero. Sin embargo, en la actualidad con el uso de
refrigerantes ecológicos se pretende que con el transcurso del tiempo disminuir los daños
causados por el hombre.
ESIME IPN Página 2
ANTECEDENTES
En 1928, químicos de General Motors, obtuvieron con éxito las formulas del Freón
12 (Diclorodifluorometano), como un refrigerante barato, seguro, no flamable y no toxico.
Años después, esta empresa asociada a Dupont, comercializaron el primer
CloroFluoroCarbono “CFC”, provocando con esta acción la producción masiva de
refrigeradores domésticos e industriales.
En la década pasada, el 85% del consumo mundial de refrigerantes CFC,
correspondió a los países industrializados como Estados Unidos, Japón y miembros de la
Comunidad Económica Europea.
La primera reconversión se realizo en Estados Unidos fue en los laboratorios de
Dupont en Wilmington Delaware y Arkema King of Prussia Philadelphia, siendo el
pionero el Ingeniero Gus Rollotti.
Actualmente los refrigerantes mas populares son el CFC-12 y el HCFC-22, que
alcanzan el 80% de la producción mundial, que es de un millón de toneladas anuales. Tan
solo en Estados Unidos, los refrigerantes CFC, tienen 500 usos diferentes en 375 mil
compañías [1]. Estos son utilizados en la obtención de productos y servicios,
principalmente en el área de la refrigeración y en muchas otras, como son: medicina,
electrónica, artículos de uso cotidiano y elaboración de aislantes térmicos.
Para evitar los efectos dañinos de los refrigerantes CFC, en 1987 se realizo un
convenio internacional llamado PROTOCOLO DE MONTREAL [2], para reducir la base
de producción de estos refrigerantes y buscar otros productos que sean comparables en
características, propiedades y que no tengan efectos dañinos a la capa de ozono.
ESIME IPN Página 3
Como consecuencia de este protocolo, las empresas dedicadas a la fabricación de
refrigerantes, tuvieron que hacer esfuerzos importantes para desarrollar nuevos
refrigerantes que sustituyeran a los CloroFlouroCarbonados (CFC), conservando sus
características atractivas tales como son: baratos, seguros, no flamables y no tóxicos. Los
resultados más atractivos, han sido los refrigerantes HidroFlouroCarbonados (HFC), que
tienen estructuras similares a los de CloroFlouroCarbonados, pero de los que se han
eliminado el cloro.
ESIME IPN Página 4
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En la actualidad durante los procesos industriales para la fabricación de plásticos, se
ha observado el exceso de la utilización de CFC como refrigerantes. Los cuales a través de
tiempo han deteriorando la capa de ozono. Este problema nos lleva a tomar la decisión de
sustituir los CFC por un refrigerante ecológico adecuado considerando la disponibilidad en
la industria.
Otra característica importante es seleccionar el refrigerante adecuado que absorba
el calor requerido del fluido a enfriar (agua) ya que se requiere a una temperatura de 8ºC
para cumplir sus funciones de enfriamiento en las maquinas térmicas de fijación de tinta
liquida en la tela y temple en moldeo de plásticos.
Así mismo se llevara acabo un análisis de las propiedades termodinámicas de
ciertos refrigerantes ecológicos, que proporcione la menor utilización de energía para
reducir gastos de operación, mantenimiento y evitando la destrucción de la capa de ozono,
proporcionado la misma capacidad de enfriamiento, tomando en cuenta el mejor análisis
económico y accesible al mercado.
ESIME IPN Página 5
OBJETIVO GENERAL
Reconvertir un sistema de refrigeración que utiliza un refrigerante CFC-12
(CloroFluoroCarbono) por un refrigerante ecológico, que no dañe la capa de ozono.
Por otra parte, se buscarán disminuir los daños que se han ocasionado al ecosistema
por el uso inadecuado de los CFC, que hasta hace unas décadas eran desconocidos para el
hombre, pero que en la actualidad han repercutido seriamente en la vida de los seres vivos.
OBJETIVOS PARTICULARES
Partiendo del objetivo general se derivan los siguientes objetivos particulares, los
cuales abarcan los puntos esenciales para poder desarrollar el tema de manera que se cubran
los aspectos técnicos y ecológicos que hoy en día se necesitan cumplir.
1.- De la gama de refrigerantes ecológicos que actualmente existen, se seleccionará el más
adecuado para llevar acabo una reconversión de un sistema refrigerante CFC.
2.- Por medio del refrigerante ecológico seleccionado, buscar disminuir el deterioro de la
capa de ozono.
3.- El desarrollo de este proyecto pretende erradicar completamente el uso de los CFC en
los sistemas de refrigeración industrial, comercial y domestico.
Con la implementación y desarrollo de estos puntos se intentarán generar conciencia
en el ser humano para sustituir todas aquellas sustancias que generan la destrucción del
medio ambiente.
ESIME IPN Página 6
D S
COMPRESOR 4-A
CONDENSADOR
TANQUE EVAPORADOR
TANQUE REC IBIDOR
MOTOR
SISTEM A D E R EFR IG ERA C IÓ N .
VALVULA DE EXPANSIÒN
FILTRO
DUCTO DE AGUA
VÁLVULA SELENO IDEM IRILLA
FILTRO
SEPARADOR DE ACEITE
VÁLVULA DE SEGURIDAD CARGA DE REFR IGERANTE
VÁLVULA DE SEGURIDAD
TTERMOSTATO
ELIM INADOR DE V IBRACIÓN
CAPITULO I
En este capitulo se presenta un análisis de las características de los refrigerantes
CloroFluoroCarbonados (CFC) y de los refrigerantes HidroFluoroCarbonados (HFC), los
primeros son los de uso actual y los segundos, los de sustitución. Este análisis tiene por
objetivo situar el problema que representa el uso de los refrigerantes
CloroFluoroCarbonados y también justificar la sustitución de los mismos por los
refrigerantes HidroFluoroCarbonados.
1.1.- CICLO BASICO DE REFRIGERACIÓN.
Un ciclo de compresión mecánica simple consta, esencialmente, de un compresor,
un condensador, un evaporador, una válvula de regulación o de expansión
[7] y las tuberías de unión de estos elementos para conseguir un circuito cerrado como se
muestra en la figura 1.1.
Figura 1.1.- Partes de Ciclo de básico de refrigeración.
ESIME IPN Página 7
1.1.1.- Compresor.
El trabajo del compresor es aspirar el vapor del evaporador y forzarlo a entrar en el
condensador. El tipo más común es el compresor de pistón, pero otros tipos también se
emplean por ejemplo compresores centrífugos y compresores de tornillo, como se muestra
en la figura 1.2
Figura 1.2.- Compresor.
1.1.2.- Condensador.
El propósito del condensador es sacar del gas el calor, que es igual a la suma del
calor absorbido en el evaporador más el calor producido por la compresión, como se
muestra en la figura 1.3.
Figura 1.3.- Condensador
1.1.3.- Evaporador.
Un refrigerante en forma líquida absorberá calor cuando se evapore, y este cambio
de estado produce un enfriamiento en un proceso de refrigeración. Si a un refrigerante a la
misma temperatura que la del ambiente se le permite expansionarse a través de una boquilla
con una salida a la atmósfera, el calor lo tomará del aire que lo rodea y la evaporación se
llevará a cabo a una temperatura que corresponderá a la presión atmosférica.
ESIME IPN Página 8
El elemento donde esto se lleva a cabo es el evaporador cuyo trabajo es sacar calor
de sus alrededores y así producir una refrigeración, como se muestra en la figura 1.4.
Figura 1.4.- Evaporador
1.1.4.- Válvula de expansión.
El propósito principal de una válvula de expansión, es asegurar una presión
diferencial suficiente entre los lados de alta y baja de la planta de refrigeración, como se
muestra en la figura 1.5.
Figura I.5.- Válvula de expansión.
En el evaporador, el refrigerante se vaporiza, tomando calor del agua que lo
envuelve y enfriando el agua. Los vapores así formados son aspirados por el compresor y
después comprimidos, descargándolos al condensador en forma de vapor recalentando,
cediendo a un medio mas frío que envuelve el condensador como el calor sensible de
recalentamiento, proporcionado por el compresor. Cedido este calor el vapor pasa
nuevamente al estado líquido, para comenzar de nuevo el ciclo.
ESIME IPN Página 9
1.2.- REFRIGERANTES Y SUS PROPIEDADES.
El sistema de refrigeración por compresión mecánica de vapores, se necesita contar
con una sustancia de trabajo que transporte el flujo térmico de baja temperatura a alta
temperatura. Esta sustancia de trabajo recibe el nombre de refrigerante y debe tener ciertas
propiedades químicas, físicas y térmicas, que permitan lograr el funcionamiento de un
sistema de refrigeración.
De antemano es necesario reconocer que no existe un refrigerante “ideal” para
cubrir todas las necesidades de refrigeración [3], por lo que es necesario que el refrigerante
cumpla con el mayor número de las siguientes características:
1. Sus propiedades físicas y termodinámicas deben permanecer constantes en su rango
de operación.
2. En su estado puro o mezclado con aire debe ser no-flamable, no-toxico, no-
explosivo.
3. Estar disponible en el mercado y a bajo costo.
4. No afectar los productos alimenticios almacenados y el medio ambiente, cuando
existe alguna fuga.
5. Ser compatible con el lubricante y con los materiales del sistema.
6. No dañar a los materiales cuando reacciona con la humedad.
Cada tipo de refrigerante cumple parcialmente con las características y su selección
esta en función de su aplicación.
1.2.1.- Criterios de selección.
Los criterios de selección [4] de los refrigerantes son técnicos y de seguridad, por lo
que se pueden mencionar los siguientes:
1.2.1.1.- Factores técnicos.
a).- Punto de ebullición.- A las temperaturas de evaporación, las presiones deben ser
mayores a la atmosférica, para impedir la entrada del aire al sistema.
ESIME IPN Página 10
b).- Calor latente de evaporación (Entalpia de evaporación).- Debe ser
suficientemente grande, para emplear la menor cantidad de refrigerante en el proceso de
evaporación.
c).- Temperaturas y presiones de condensación.- A la temperatura de condensación,
mayor a la del medio condensante (agua o aire), la presión de condensación no debe ser
excesivamente alta (no mayor a 15 bar.).
d).- Volumen específico del refrigerante evaporado.- Debe ser lo mas reducido
posible, para que los equipos no resulten de gran tamaño.
e).- Temperatura y presión crítica.- Este valor debe ser alto, y debe encontrase por
encima de las temperaturas que se realizan el ciclo de refrigeración.
f).- Efecto del aceite lubricante.- Todos los compresores requieren lubricación, por
lo que el refrigerante no debe afectar seriamente en su composición al aceite empleado.
g).- Facilidad de localización de fugas.- Deben ser de una fácil localización en el
sistema.
1.2.1.2.- Factores de seguridad.
Estos factores se deben considerar, cuando las personas quedan expuestas al
refrigerante, por alguna falla del sistema y sus principales peligros son:
a) Toxicidad.- Todos los refrigerantes producen sofocación cuando tienen altas
concentraciones por deficiencia de Oxigeno; esto tiene significado al especificar el
grado de concentración y el tiempo de exposición para producir un efecto nocivo.
ESIME IPN Página 11
La (NBFU) ha clasificado los refrigerantes en seis grupos [3] de acuerdo a su grado
de toxicidad. Los del grupo 1 son altamente tóxicos, capaces de causar la muerte en
concentraciones pequeñas y en periodos cortos de exposición. Así, en forma
descendente siguen los otros grupos, siendo los del grupo seis lo menos tóxicos, y
su efecto nocivo es por desplazamiento de Oxigeno causado por el refrigerante.
b) Flamabilidad y explosividad.- Todos los refrigerantes CFC, de uso común no son
flamables ni explosivos, pero al mezclarse en determinadas proporciones con el aire
se deben tener precauciones para evitar la flamabilidad o explosividad.
La “American Standard Safety Code for Mechanical Refrigeration” (ASSCMR),
detalla las condiciones y circunstancias para utilizarse con seguridad diferentes
refrigerante; el grado de peligro, depende de la cantidad de refrigerante toxico y de
los espacios donde se este trabajando, del tipo de ocupación donde se trabaje con
flama o fuego y que estos trabajos se realicen con personal experimentado.
Actualmente existe una amplia gama de fluidos, cuyas propiedades pueden usarse
como refrigerantes. Sin embargo los mas usados en los sistemas de refrigeración se agrupan
en tres grupos de seguridad [4].
GRUPO III DE BAJA SEGURIDAD.- En este grupo se encuentran los
refrigerantes que no son combustibles y cuya acción toxica es ligera o nula.
GRUPO II DE MEDIA SEGURIDAD.- La característica dominante de los
refrigerantes de este grupo, es que son tóxicos y pueden ser flamables o explosivos,
mezclados con el aire en un 3.5% en volumen.
GRUPO III DE ALTA SEGURIDAD.- Refrigerantes que pueden ser
combustibles o explosivos por debajo de la mezcla del 3.5 % en volumen con el aire. Son
tóxicos, pero requieren de reglamentos especiales para su empleo.
ESIME IPN Página 12
1.3.- REFRIGERANTES ACTUALES.
Cuando el principal refrigerante disponible en el mercado era el Amoniaco NH3, las
aplicaciones de la refrigeración estaban restringidas a aplicaciones industriales debido a los
riesgos que presenta su manejo. El desarrollo de los refrigerantes conocidos como
Hidrocarburos Halogenados, que están formados por átomos de Hidrogeno, de Carbono y
de Halógenos en diferentes combinaciones, hizo posible que la refrigeración estuviera al
alcance de toda la población y por lo tanto que sus aplicaciones fueran masivas.
1.3.1.- Gases refrigerantes.
En la tabla 1.1 se muestra la clasificación actual de ASHRAE [6] de todos los
refrigerantes y mezclas nuevas, clasificando el porcentaje de efecto en el potencial de
agotamiento de ozono, potencial de calentamiento global y años de vida en la atmosfera.
Tabla 1.1.- Tabla de Gases refrigerantes.
Refrigerante
No. AHSRAE
Marca Potencial de
Agotamiento de
Ozono
Potencial de
Calentamiento
Global. Horizonte
a 100 años
Años de vida
en la atmosfera
CFC
R-11 1.000 4600 45.0
R-12 0.820 10600 100.0
R-13 1.000 14000 640.0
R-113 0.900 6000 85.0
R-114 0.850 9800 300.0
R-115 0.400 7200 1700.0
HCFC
R-22 0.034 1700 11.9
R-123 0.012 120 1.4
R-124 0.026 620 6.1
R-141b 0.086 700 9.3
ESIME IPN Página 13
R-142b 0.043 2400 19.0
HFC
R-23 0 12000 260.0
R-32 0 550 5.0
R-125 0 2400 29.0
R-134a 0 1300 13.8
R-143a 0 4300 52.0
R-152a 0 120 1.4
ZEOTROPOS
R-401A MP39 0.027 1100
R-401B MP66 0.028 1200
R-402a HP81 0.013 2700
R-402B HP80 0.020 2300
R-403a RP69S 0.026 3000
R-403B RP69L 0.019 4300
R-404A 0 3800
R-407A 0 2000
R-407B 0 2700
R-407C 0 1700
R-407D 0 1500
R-408A FX10 0.016 3000
R-409A 0.039 1500
R-409B 0.033 1500
R-410A AZ20 0 2000
R-413A RP49 0 1900
R-414B 0.031 1300
AZEÓTROPOS
R-500 0.605 7900
ESIME IPN Página 14
R-502 0.221 4500
R-503 0.599 13000
R-507A 0 3900
R-508A 0 12000
R-508B 0 12000
1.3.1.1.- Refrigerante CFC-12 (R-12) (CCI2F2).
Actualmente este refrigerante es el mas usado, por que es seguro, debido ha que no
es flamable, no es explosivo y no es toxico, salvo cuando se ponen en contacto con una
flama o con elementos de calefacción eléctrica, porque produce vapores tóxicos irritantes.
El refrigerante R-12 es derivado del metano y para su producción, se sustituyen en su
primer etapa, los átomos de Hidrogeno por átomos de Cloro y en su segunda etapa, se
sustituyen dos átomos de Cloro por dos de Flúor [3], como se muestra en la figura 1.6.
Refrigerante-50 Metano (CH4)
Refrigerante-10
Tetracloruro de Carbono. (CCl4) Refrigerante-12 Diclodifluorometano. (CCl2F2)
Figura 1.6.- Secuencia de la serie del metano para obtener el R-12.
H
C HH
H
H
C HH
H
H
C HH
H
ESIME IPN Página 15
Este refrigerante tiene como punto de ebullición -29.8 °C (-21.6 °F) a la presión
atmosférica; esta temperatura, es su límite inferior de operación, por que a menores valores
su operación es de vacio. Así este refrigerante puede aplicarse en alta, media y baja
temperaturas, y puede utilizarse 3 tipos de compresores (centrífugos, reciprocantes y de
tornillo).
El refrigerante CFC-12 es miscible con al aceite, con viscosidad de 32.36 a 69.04
cSt o 150 a 320 SSU (SAE 10 o 20), en el rango de sus condiciones de operación y puede
regresar el compresor, con lo que se mantiene un buena lubricación y el evaporador y
condensador se mantienen libre de aceite, sin disminuir el efecto de transmisión de calor.
Como una acción de seguridad no es recomendable que el recipiente hermético que
contiene este refrigerante sea dejado al sol o al intemperie, por que esta acción ocasiona que
en su interior, que el gas incremente su temperatura y parte del líquido se evapore,
incrementándose la presión hasta llegar a una situación peligrosa a los 60 °C.
En especial, este refrigerante es uno de los señalados en el Protocolo de Montreal,
para eliminar su producción de inmediato.
Figura 1.7.- Consumo mundial del R-12.
ESIME IPN Página 16
1.3.1.2.- Refrigerante HFC-134a (CF2CH2F).
Este refrigerante fue desarrollado por la Dupont, como una alternativa a los
refrigerantes CFC. Este proporciona propiedades más ventajosas, como son: menos
toxicidad, no flamable, no corrosivo y tiene bajo índice de ODP y de GWP.
Un sistema de medición de los refrigerantes es el O.D.P (OZONE DEPLETION
POTENTIAL) que es coeficiente por el cual se mide la capacidad destructiva de fluido
frente la capa de ozono, se mide utilizando como referencia al R-11 ya que es el mas
destructivo para la capa de ozono al poseer 3 átomos de cloro en su molécula. La otra
medida es G.W.P (GLOBAL WARMING POTENCIAL) que es la forma de medir el
efecto invernadero que producen los refrigerantes utilizados y el CO2 (dióxido de Carbón).
El refrigerante HFC-134a (tetrafluoroetano), es derivado del etano, y para su
producción se sustituyen 4 átomos de Hidrogeno por 4 átomos de Flúor como se muestra en
la figura 1.8. Su punto de ebullición es de -26.1 °C (-14.9 °F) a la presión atmosférica y
esta temperatura indica el límite inferior de operación.
Refrigerante 170
Etano (CH3CH3)
Refrigerante HFC-134a
Tetrafluoroetano
(CF3CH2F)
Figura 1.8.- Secuencia para obtener el HFC-134a.
H
C
H
H C H
HH
F
C
H
F C F
HF
ESIME IPN Página 17
El refrigerante HFC-134a tiene las mismas aplicaciones del refrigerante CFC-12,
pero ha ampliado su aplicación el la refrigeración industrial, en le aire acondicionado para
automóviles, en conservación de temperatura media para supermercados, oficinas,
enfriadores comerciales, etc.
Cuando el refrigerante HFC-134a se expone a altas temperaturas, como son las
flamas o las resistencias eléctricas, se producen productos tóxicos y compuestos irritantes
del Hidrogeno y Flúor, que tienen un olor picante, irrita la nariz y la garganta debiéndose
evacuar la zona de trabajo.
El nivel de seguridad para trabajar con el refrigerante HFC-134a, de acuerdo con
Dupont, y evaluado por el AEL (Aceptable Expossure Limit) es de 1000 ppm entre 8 y 12
horas de exposición [5]. Al inhalar mayores concentraciones del refrigerante HFC-134a en
estado de vapor, causa depresión temporal del sistema nervioso, irregularidades cardiacas,
inconsciencia y en dado caso, la muerte instantánea.
Cuando existe una fuga de refrigerante, este se concentra cerca del suelo y efectúa el
desplazamiento del Oxigeno, por lo que es necesario circular aire sobre el piso. Para entrar
al área afectada se debe hacer con mascarillas.
Los vapores del refrigerante HFC-134a, tiene un olor dulce poco detectable, por lo
que es recomendable verificar frecuentemente las instalaciones, para detectar si existen
fugas.
En estado liquido, el refrigerante HFC-134a, al contacto con la piel causa ámpulas,
por lo que es recomendable lavarse con agua tibia y aplicarse un vendaje en la parte
afectada. La reconversión es un proceso mediante el cual se reemplaza un refrigerante que
contiene sustancias que agotan la capa de ozono (SAO) por otro refrigerante que no las
contiene. Los equipos funcionan sin mayores restricciones en su rendimiento, y no hace
falta realizar en ellos modificaciones ni cambios significativos. De esta manera se asegura
que los equipos existentes seguirán operando hasta el final de su vida económica.
ESIME IPN Página 18
CAPITULO II
En este capitulo se realizo los cálculos de las coordenadas termodinámicas,
interacciones energéticas y características mecánicas de los refrigerantes que contienen
cloro y los que no contienen, que nos den la misma carga térmica en el evaporador;
realizando un análisis detallado para seleccionar el refrigerante mas conveniente en nuestro
sistema de refrigeración de enfriamiento de agua.
Enero 1o. 1990 1991 1992 1994 2001 2005 2020 2030
Figura 2.1.- Guía general de reemplazo de CFC R-12 a HFC R-134a y HCFC (401A, 409A).
ESIME IPN Página 19
2.1.- TERMINOLOGÍA DE COMPRESIÓN SIMPLE.
Carga térmica o potencia frigorífica.
Es la cantidad de calor absorbido por unidad de tiempo en el evaporador, la cual se
calcula por medio de la carga térmica.
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ kwTR
hBtu
hkjQ ;,,0
Efecto refrigerante o producción frigorífica especifica.
Cantidad de calor absorbido por unidad de masa del refrigerante.
E.R=qot= (h1-h4) ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛lb
Btukgkj ,
Gasto másico.
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
−=
−=
•
•
hlb
hkg
hhQ
hhQ
otm
m
;)(
)(
0
41
0
410
Producción frigorífica volumétrica.
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛= 33
1
;pieBtu
mkj
Vq
q otvt
en condiciones reales.
λλ
tVVdondeqq vtv
11:* ==
ESIME IPN Página 20
Gasto volumétrico.
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛==
hpie
hmmV
V tvt
t
33
10 ;
en instalación real.
vqQ
V 0=
Trabajo de compresión.
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−=
•
hBtu
hkjhhW m ;)( 12
Potencia indicada.
);( HPkwWNit =
en condiciones reales.
1μit
iN
N =
Potencia del motor eléctrico.
eltm
iti
NN
μμμ **= Donde:
μel=.rendimiento eléctrico
μm=.rendimiento mecánico
μt= rendimiento de transmisión
Potencia frigorífica especifica E.E.R (Relación de Eficiencia Energética)
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−−−
=hph
BtukwTR
kwhBtu
kwhkj
NQ
Kit
t ;;;0
ESIME IPN Página 21
en condiciones reales.
tKK *1μ=
Coeficiente frigorífico.
)( 12
0
hhm
qmWQ ot
−== •
•
ε
COP (Coeficiente de Funcionamiento).
WRE
hhhh
COP .
12
41 =−−
=
)( 0
0
TTT
cCarnot −
=ε
Rendimiento económico.
Carnotεεη =
Potencia del condensador.
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−=+=
•
RTh
BtuhkjhhmWQQc .;;)( 320
Relación de compresión.
..
..
sucabs
desabsc P
PR =
ESIME IPN Página 22
2.2.- CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA EN EL EVAPORADOR.
Propiedades del agua:
CaTkgm
CkgkjC
evapsaltempCTevapenttempCT
v
p
°==
°=
=°==°=
°
160009992.0
22.4
...8...16
3
2
1
Características de la bomba centrífuga:
Bomba PICSA
Motor SIEMENS 15HP
segmltcaudal
3
01725.0min
1035 ==
segkgcaudal
vm 2638.17
0009992.001725.0
=== °
•
Calculando la carga térmica:
kwQ
kkkg
kjs
kgQ
TCQ pm
82.582
)15.28115.289)(22.4)(2638.17(
0
0
0
=
°−°
=
Δ=•
ESIME IPN Página 23
2.3.- CÁLCULO TERMODINÁMICO DEL REFRIGERANTE R-12.
Datos:
91.080.076.0
55.0)(5
82.582368
.
0
.
0.
====
°=Δ=
°==°−==
el
M
t
CCONDE
EVAP
tamientosobrecalenCkwQ
CTTCTT
μμμλθ
P
3 TC = 36 ºC 2 ∆θ= 5 °C 4 T0= - 8 °C 1 h
“Diagrama presión-entalpía”
Anexo [1] de refrigerante R-12.
Edo. P (Bar) T ( ºC ) H (kj/kg) S (kj/kgºk) V (m3/kg)
1 2.3505 -3 351.16 1.5706 0.07350
2 8.6911 48.025 374.87 1.5706
3 8.6911 36 234.498
4 2.3505 -8 234.498
ESIME IPN Página 24
Interpolación:
• Efecto refrigerante:
kgkjhhqRE ot 662.116)498.23416.351(. 41 =−=−==
• Gasto másico:
skg
hhQ
hhQ
m
m
995.4662.11682.582
)(
)(
41
0
410
==−
=
∴−=
•
•
• Producción frigorífica volumétrica:
31
238.15870735.0
662.116mkj
Vq
q otvt ===
• En condiciones reales:
398.872)238.1587)(55.0(*mkjqq vtv === λ
• Gasto volumétrico:
s
mqQ
Vvt
t
30 367.0
238.158782.582
===
θΔ S (kj/kgºk) H(kj/kg)
10 1.5659 373.36
12.025 1.5706 374.87
15 1.5775 377.09
ESIME IPN Página 25
• En condiciones reales:
s
mqQ
Vv
30 667.0
98.87282.582
===
• Trabajo del compresor:
RTkwhhW m .455.33431.118)16.35187.374)(995.4()( 12 ==−=−=•
• Potencia indicada:
kwNit 431.118=
• En condiciones reales:
kwN
N iti 329.215
55.0431.118
===λ
• Potencia motor eléctrico:
HPkwN
Neltm
iti 932.286052.214
)91.0)(76.0)(80.0(431.118
**====
μμμ
• Potencia frigorífica especifica E.E.R:
skw
kjNQ
Kit
t −=== 921.4
431.11882.5820
• Condiciones reales:
skw
kjKK t −=== 706.2)921.4)(55.0(*λ
ESIME IPN Página 26
• Coeficiente frigorífico:
921.4431.11882.5820 ===
WQ
ε
[ ] 022.6)2738()27336(
)2738()( 0
0 =+−−+
+−=
−=
TTT
cCarnotε
• Coeficiente de funcionamiento COP:
921.4431.11882.5820 ===
WQ
COP
• Rendimiento económico:
817.0022.6921.4
===Carnotεεη
• Potencia del condensador:
kwWQQc 25.701431.11882.5820 =+=+=
kwhhQ mc 158.701)498.23487.374)(995.4()( 32 =−=−=•
• Relación de presión:
697.33505.26911.8
..
.. ===sucabs
desabsc P
PR
Como: 1:9=cr ∴ compresión en una etapa
ESIME IPN Página 27
2.4.- CÁLCULO TERMODINÁMICO DEL REFRIGERANTE R-134a.
Datos:
91.080.076.0
55.0)(5
82.582368
.
0
.
0.
====
°=Δ
=°==
°−==
el
M
t
CCONDE
EVAP
tamientosobrecalenCkwQ
CTTCTT
μμμλθ
P
3 TC = 36 ºC 2 ∆θ= 5 °C 4 T0= -8 °C 1 h
“Diagrama presión-entalpía”
Anexos [2] de refrigerante R134a.
Edo. P (Bar) T ( ºC ) H (kj/kg) S (kj/kgºk) V (m3/kg)
1 2.177 -3 397.9 1.148 0.09456
2 9.118 46 428.982 1.748
3 9.118 36 250.6
4 2.177 -8 250.6
ESIME IPN Página 28
• Efecto refrigerante:
kgkjhhqRE ot 3.147)6.2509.397(. 41 =−=−==
• Gasto másico:
s
kghh
QhhQ mm 956.3
3.14782.582
)()(
41
0410 ==
−=∴−=
••
• Producción frigorífica volumétrica:
31
74.155709456.0
3.147mkj
Vq
q otvt ===
• En condiciones reales:
376.856)74.1557)(55.0(*mkjqq vtv === λ
• Gasto volumétrico:
s
mqQ
Vvt
t
30 3441.0
74.155782.582
===
• En condiciones reales:
s
mqQ
Vv
30 6802.0
76.85682.582
===
• Trabajo del compresor:
RTkwhhW m .456.349823.120)9.397482.428)(956.3()( 12 ==−=−=•
• Potencia indicada:
kwNit 9823.120=
• En condiciones reales:
kwN
N iti 96.219
55.09823.120
===λ
• Potencia motor eléctrico:
HPkwN
Neltm
iti 22.293663.218
)91.0)(76.0)(80.0(9823.120
**====
μμμ
ESIME IPN Página 29
• Potencia frigorífica especifica E.E.R:
skw
kjNQ
Kit
t −=== 8174.4
9823.12082.5820
• Condiciones reales:
skw
kjKK t −=== 6496.2)8174.4)(55.0(*λ
• Coeficiente frigorífico:
8174.49823.120
82.5820 ===WQ
ε
[ ] 022.6)2738()27336(
)2738()( 0
0 =+−−+
+−=
−=
TTT
cCarnotε
• Coeficiente de funcionamiento COP:
8174.49823.120
82.5820 ===WQ
COP
• Rendimiento económico:
7994.0022.68174.4
===Carnotεεη
• Potencia del condensador:
kwWQQc 8023.7039823.12082.5820 =+=+=
• Relación de presión:
188.4177.2118.9
..
.. ===sucabs
desabsc P
PR
Como: 1:9=cr ∴ compresión en una etapa
ESIME IPN Página 30
2.5.- CÁLCULO TERMODINÁMICO DEL REFRIGERANTE R-401A.
Datos:
91.080.076.0
55.0)(5
82.582368
.
0
.
0.
====
°=Δ=
°==°−==
el
M
t
CCONDE
EVAP
tamientosobrecalenCkwQ
CTTCTT
μμμλθ
P
3 TC = 36 ºC 2 ∆θ= 5 °C 4 T0= -8 °C 1 h
“Diagrama presión-entalpía”
Anexos [3] de refrigerante R401A.
Edo. P (MPa) T ( ºC ) H (KJ/kg) S (KJ/kg ºk) V (m3/kg)
1 0.4660 -3 365.8548 1.6274 0.043841
2 1.6509 46 392.4296 1.6274
3 1.6509 36 252.831
4 0.4660 -8 252.831
ESIME IPN Página 31
• Efecto refrigerante:
kgkjhhqRE ot 0238.113)831.2528548.365(. 41 =−=−==
• Gasto másico:
s
kghh
QhhQ mm 1566.5
0238.11382.582
)()(
41
0410 ==
−=∴−=
••
• Producción frigorífica volumétrica:
31
0388.257804384.0
0238.113mkj
Vq
q otvt ===
• En condiciones reales:
39213.1417)0388.2578)(55.0(*mkjqq vtv === λ
• Gasto volumétrico:
s
mqQ
Vvt
t
30 226071.0
0388.257882.582
===
• En condiciones reales:
s
mqQ
Vv
30 297461.0
3095.195982.582
===
• Trabajo del compresor:
RTkwhhW m .04.390356.137)8548.3654296.392)(1566.5()( 12 ==−=−=•
• Potencia indicada:
kwNit 0356.137=
• En condiciones reales:
kwN
N iti 1556.249
55.00356.137
===λ
• Potencia motor eléctrico:
HPkwN
Neltm
iti 13.3326785.247
)91.0)(76.0)(80.0(0356.137
**====
μμμ
ESIME IPN Página 32
• Potencia frigorífica especifica E.E.R:
skw
kjNQ
Kit
t −=== 253.4
0356.13782.5820
• Condiciones reales:
skw
kjKK t −=== 34.2)253.4)(55.0(*λ
• Coeficiente frigorífico:
2530.40356.137
82.5820 ===WQ
ε
[ ] 022.6)2738()27336(
)2738()( 0
0 =+−−+
+−=
−=
TTT
cCarnotε
• Coeficiente de funcionamiento COP:
2530.40356.137
82.5820 ===WQ
COP
• Rendimiento económico:
7061.0022.62530.4
===Carnotεεη
• Potencia del condensador:
kwWQQc 8556.7190356.13782.5820 =+=+=
kwhhQ mc 85.719)831.2524296.392)(1566.5()( 32 =−=−=•
• Relación de presión:
54.34660.06509.1
..
.. ===sucabs
desabsc P
PR
como: 1:9=cr ∴ compresión en una etapa.
ESIME IPN Página 33
2.6.- CÁLCULO TERMODINÁMICO DEL REFRIGERANTE R-717
(AMONIACO).
Datos:
91.080.076.0
55.0)(5
82.582368
.
0
.
0.
====
°=Δ=
°==°−==
el
M
t
CCONDE
EVAP
tamientosobrecalenCkwQ
CTTCTT
μμμλθ
P
3 TC = 36 ºC 2 ∆θ= 5 °C 4 T0= -8 °C 1 h
“Diagrama presión-entalpía”
Anexos [4] de refrigerante R717
Edo. P (Bar) T ( ºC ) H (KJ/kg) S (KJ/kg ºk) V (m3/kg)
1 3.152 -3 1688.53 6.67415 0.3964
2 13.896 105.5 1932.68 6.67415
3 13.896 36 591.16
4 3.152 -8 591.16
ESIME IPN Página 34
Interpolación:
• Efecto refrigerante:
kgkjhhqRE ot 37.1097)16.59153.1688(. 41 =−=−==
• Gasto másico:
skg
hhQ
hhQ
m
m
5311.037.109782.582
)(
)(
41
0
410
==−
=
∴−=
•
•
• Producción frigorífica volumétrica:
31
34.276839640.0
37.1097mkj
Vq
q otvt ===
• En condiciones reales:
358.1522)34.2768)(55.0(*mkjqq vtv === λ
• Gasto volumétrico:
s
mqQ
Vvt
t
30 2105.0
34.276882.582
===
• En condiciones reales:
s
mqQ
Vv
30 3827.0
58.152282.582
===
θΔ S (KJ/kg ºk) H(KJ/kg)
60 6.609.65 1884.63
69.5 6.67415 1932.68
80 6.74627 1986.42
ESIME IPN Página 35
• Trabajo del compresor:
RTkwhhW m .94.36668.129)53.168868.1932)(5311.0()( 12 ==−=−=•
• Potencia indicada:
kwNit 668.129=
• En condiciones reales:
kwN
N iti 76.235
55.0668.129
===λ
• Potencia motor eléctrico:
HPkwN
Neltm
iti 27.314362.234
)91.0)(76.0)(80.0(668.129
**====
μμμ
• Potencia frigorífica especifica E.E.R:
skw
kjNQ
Kit
t −=== 49.4
668.12982.5820
• Condiciones reales:
skw
kjKK t −=== 469.2)49.4)(55.0(*λ
ESIME IPN Página 36
• Coeficiente frigorífico:
494.4668.12982.5820 ===
WQ
ε
[ ] 022.6)2738()27336(
)2738()( 0
0 =+−−+
+−=
−=
TTT
cCarnotε
• Coeficiente de funcionamiento COP:
494.4668.12982.5820 ===
WQ
COP
• Rendimiento económico:
746.0022.6494.4
===Carnotεεη
• Potencia del condensador:
kwWQQc 488.712668.12982.5820 =+=+=
kwhhQ mc 481.712)16.59168.1932)(5311.0()( 32 =−=−=•
• Relación de presión:
408.4152.3896.13
..
.. ===sucabs
desabsc P
PR
Como: 1:9=cr ∴ compresión en una etapa
ESIME IPN Página 37
2.7.- COMPARACIÓN DE LOS REFRIGERANTES QUE SE TIENEN COMO
SUSTITUTOS PARA REALIZAR LA RECONVERSIÓN.
Tabla 2.1.- Comparación de los refrigerantes sustitutos.
SIMBOLO R12 R134a R401A R717
E.R.(kj/kg) 116.662 147.3 113.0238 1097.37
m (kg/s) 4.995 3.956 5.1566 0.5311
qvt (kj/m3) 1587.238 1557.74 1417.9213 2768.34
W (kw) 118.43 120.982 137.0356 129.668
COP 4.921 4.8174 4.2530 4.494
Mediante esta tabla se puede observar que la mejor alternativa para realizar la
reconversión de acuerdo al análisis térmico de los refrigerantes que se tienen disponibles, es
el R717 debido a sus características térmicas que se muestran en la tabla; como el efecto
refrigerante, donde es mayor que los demás, pero es muy peligroso cuando se mezcla con
aire en proporciones entre 15 y 28% y por la gran concentración de partículas toxicas que
pueden causar daños en la salud de las personas en caso de fuga, alto diseño en toda la
instalación y equipo por estas razones se considero la segunda opción el R134a.
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CAPITULO III
En capitulo actual se describen las propiedades de los refrigerantes que existen
actualmente así como sus propiedades físicas, termodinámicas y compatibilidad con los
diferentes tipos de lubricantes, para poder seleccionar el refrigerante y lubricante adecuado
para llevar acabo la reconversión del refrigerante CFC por un HFC.
3.1.- TIPOS DE REFRIGERANTES.
El refrigerante es teóricamente cualquier fluido ó sustancia que pueda absorber
calor a una baja presión y a una baja temperatura, y que lo pueda liberar a una presión
mayor y a una temperatura mayor [6].
Tabla 3.1.- Tabla de aplicación de los gases más comunes.
Refrigerante Temperatura. Aplicaciones.
CFC R-12 B y M Refrigeración doméstica, A/A automotriz.
HFC R-22
A, M y B A/A, bomba de calor, cámaras de refrigeración, y de congelación.
HCFC R-401A
B y M Refrigeración domestica, equipo de refrigeración y A/A(R-12)
HCFC R-401B
B y M Equipo de congelación, Refrigeración de equipos móviles. (R-12)
Refrigerante Transitorios
HCFC R-409B
B y M Cámaras de congelación y cámaras de refrigeración, A/A no centrífugo(R-12
o R502) HFC
R-134a M y A Refrigeración domestica y comercial
A/A Y A/A automotriz.
Refrigerantes libres de cloro HFC
R-404A M y B Cámaras de congelación y cámaras de
refrigeración. (R-12 o R502)
M= Media. B= Baja. A=Alta.
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Tabla 3.2.- Gases refrigerantes usados para sustituir a los CFC.
Refrigerante Sustituye Lubricante Comentario
Refrigerantes libres de cloro
HFC R-134a
R-12 POE Cambio difícil. No se recomienda en compresor hermético.
CFC R-12
AB o AM
HCFC R-401A
R-12 AB Cambio fácil.
HCFC R-401B
R-12 AB Cambio fácil.
Refrigerante Transitorios
HCFC R-409B
R-12 AB Cambio fácil.
AM= Aceite mineral. POE= Polioléster. AB= Alkilbenceno
Tabla 3.3.- Reemplazos a largo plazo de refrigeración y temperatura media.
Número AHSRAE
Nombre comercial
Sustituye Tipo Lubricantes Aplicación Comentario
R-134 a
R-134 a
R-12
Compuesto puro.
Polioléster
Equipo nuevo,
Adecuaciones de equipo instalado.
Mayor presión de descarga
que el 502.
3.1.1.- Compuestos puros.
• Substancias formadas por un solo tipo de moléculas ó componente.
• Las fugas del refrigerante no alteran su composición.
*CCl2F2 *Código de color: BLANCO *Pesos Netos (B) 30 [Lb]. (C) 50 [Lb]. (D) 145 [Lb]
*CH2FCF3 *Código de color: AZUL CLARO *Pesos Netos: (B) 30 [Lb]. (C) 50 [Lb]. (D) 125 [Lb]
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3.1.1.1.- Compuesto Puro R-134a.
Ventajas.
• 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.
Desventajas.
• No es miscible con aceite mineral o alkilbenceno, por lo cual, se necesita cambiar el
aceite del sistema de refrigeración a Polioléster, 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)
3.1.2.- Mezcla zeótropica.
• 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.
*CCl2F2 *Código de color: ROSA CLARO *Pesos Netos (B) 30 [Lb]. (C) 50 [Lb]. (D) 145 [Lb]
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3.1.2.1.- Mezcla zeótropica 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 más económica que para el
HFC-134a.
• Utiliza aceite alkilbenceno y usualmente no se necesita hacer múltiples cambios de
aceite.
Desventajas.
• Es un reemplazo provisional dado que contiene HCFC.
• 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.
3.1.2.2.- Mezcla zeótropica 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 más económica que para el
HFC-134a.
• Utiliza aceite mineral o alkilbenceno y usualmente no se necesita cambiar el aceite
durante la conversión.
Desventajas.
• Es un reemplazo provisional dado que contiene HCFC.
• La fuga del refrigerante cambia su composición y se recomienda extraer el
refrigerante y cargar el sistema con refrigerante nuevo.
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• 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.
3.2.- DESLIZAMIENTO DE TEMPERATURA.
Figura 3.1.- Diagramas de comparación de un compuesto puro y una mezcla.
3.3.- TIPOS DE LUBRICANTES
Los compresores de refrigeración requieren de un lubricante que, además de
mantener aceitadas las partes mecánicas del compresor, sirva como barrera para separar el
gas del lado de la descarga, del de la succión. También actúa como medio enfriante,
transfiriendo el calor de los bujes, y de todos los elementos del mecanismo del compresor,
al cárter, de donde es enviado a las paredes del compresor. Generalmente, mientras se tenga
una mayor viscosidad en el lubricante, será mejor el sellado y menor el nivel de ruido [6].
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3.3.1.- LUBRICANTE MINERAL.
Los lubricantes minerales, obtenidos por destilación del petróleo, deben ser
especialmente seleccionados para poder:
• Ser un excelente lubricante a altas temperaturas.
• Permanecer estable a un amplio rango de temperaturas.
• Tener la capacidad de mezclarse adecuadamente con el refrigerante de manera que
la proporción del aceite que viaja por le sistema, transportado por el gas
refrigerante, permanezca unido a el y regrese al cárter del compresor.
• Tener un índice de viscosidad alto sin que al bajar su temperatura en el evaporador,
aumente su viscosidad y tienda a quedarse atorado en el mismo, separándose del
refrigerante que vuelve al compresor.
• Tener higroscopicidad, definida como la capacidad de retener humedad mediante la
interacción de fuerzas de atracción molecular de una substancia con el agua.
3.3.2.- LUBRICANTE ALKILBENCENO.
Los lubricantes sintéticos tipo alkilbenceno, debido a sus características
sobresalientes en propiedades de lubricantes y sobre todo a su alta estabilidad química y
térmica, y la ausencia de parafinas, han sustituido a los aceites minerales en sistemas
operados con gases CFC o gases HCFC. El hecho de ser altamente higroscópicos es
considerado por los fabricantes de compresores como una variable manejable, mediante la
implementación de medidas de control de humedad durante la producción y carga del
lubricante y la creación de las condiciones aceptables en el sistema, para alcanzar niveles
de deshidratación máximos, que se logran mediante filtros secadores de suficiente
capacidad, y un efectivo procedimiento de deshidratado del sistema mediante un proceso de
alto vacio.
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3.3.3.- LUBRICANTE POLIOLÉSTER.
Los lubricantes sintéticos denominados Polioléster son muchísimo mas hidroscopios
que los aceites minerales, a un comparados con los sintéticos tipo alkilbenceno. Sus niveles
de saturación de humedad son del orden de 1000 partes por millón (ppm), en comparación
con 100 ppm de los aceites minerales y 200 ppm de los alkilbencenos. Por lo tanto, las
precauciones necesarias durante su carga, así como los niveles de humedad requeridos son
igualmente estrictos y deben de emplearse métodos cuidadosamente controlados durante su
uso.
• Al abrir una lata de aceite Polioléster se debe de utilizar, de inmediato, todo su
contenido, vaciándolo en el interior del sistema sin perdida de tiempo, y proceder a
hacer el vacio al sistema, debido a que el solo contacto del lubricante con el aire
atmosférico provoca que sus niveles de humedad aumenten por encima de los
valores tolerables para el sistema de refrigeración.
• No se debe cargar el sistema usando un embudo, sino mediante una bomba de
aceite, ya que solo se dispone de 12 min antes de que el aceite se vuelva húmedo.
• De quedar algo de aceite en el interior de la lata, deberá desecharse.
• Si se excede el tiempo con el sistema abierto, una vez que el lubricante se vuelva
húmedo es irreversible el proceso, ya que el enlace que se forma de la humedad con
el lubricante es a nivel molecular, es decir que ni con el vacio, ni tampoco con los
deshidratadores se podrá componer.
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REFRIGERANTES MARCA Suva DE DUPONT GUIA DE ACEITES SUGERIDOS PARA USO EN REFRIGERACION ESTACIONARIA APLICABLES A EXPANSION DIRECTA
Refrigerante 1o. 2o. R12 ² AM o AB POE
•134a (R-134a) ⁴
POE •MP39 (R-401A) ³ AM o AB POE •409A (R-409A) ³ AM o AB POE
•Refrigerante Suva ¹Datos provisionales ² Refrigerante CFC
³ Refrigerante HCFC ⁴Refrigerante HFC ⁵ Refrigerante PFC
Tabla 3.4.- Tipos de aceite correspondiente al refrigerante.
3.4.- RECOMENDACIONES DE LOS LUBRICANTES.
Aceite Mineral (AM).
• Se recomienda su uso con los gases CFC.
• El vacío se deberá mantener en 500μ.
Aceite Alkilbenceno (AB).
• Se recomienda su uso con las mezclas que contienen HCFC.
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• Se recomienda al menos reemplazar el 50% del aceite mineral
• El vacío se deberá mantener en 500μ
Aceite Polioléster (POE).
• Único recomendado para los gases HFC.
• Efecto Detergente.
• Altamente Higroscópicos.
• Se deben utilizar deshidratadores aprobados.
• El vacío se deberá mantener en 250μ.
Aceite Polyalquilenglicol (PAG).
• Único recomendado para uso automotriz R-134a.
• Efecto Detergente.
• Altamente Higroscópicos.
• Se deben utilizar deshidratadores aprobados.
• El vacío se deberá mantener en 25.
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CAPITULO IV 4.1.- METODOLOGIA PARA LA CONVERSION DEL R-12
A continuación se presenta una descripción detallada sobre el procedimiento
recomendado para reconvertir un sistema de CFC-12 con cualquier de sus alternativas.
1.- Establezca en base de datos, el desempeño de su equipo con CFC-12: Se
recomienda que se recolecte información sobre el rendimiento del sistema con CFC-12,
con el objeto de establecer las condiciones normales de operación para el equipo. Esta
información de temperaturas y presiones a varios puntos en el sistema (evaporador,
condensador, succión y descarga del compresor, dispositivo de expansión, etc.) a
temperaturas especificas de operación y condiciones ambientales, puede ser útil cuando se
optimice el sistema con cualquier de sus alternativas [6]. La tabla de registro del sistema
debe de contener los siguientes puntos:
Fecha / hora Refrigerante Volumen de carga (libras,oz/gramos) Temperatura ambiente (°F/°C) Humedad relativa Compresor: Temperatura de succión (°F/°C) Presión de succión (psig,psia/kPa) Temperatura de descarga (°F/°C) Presión de descarga (psig,psia/kPa) Temperatura del evaporador (°F/°C) Evaporador: Temp. de admisión del refrigerante (°F/°C) Temp. de salida del refrigerante (°F/°C) Temp. de entradas del aire del serpentín/H2O (°F/°C) Temp. de salida del aire del serpentín/H20 (°F/°C) Temp. del refrigerante a punto de control del sobrecalentamiento (°F/°C) Condensador: Temperatura de entrada del refrigerante (°F/°C) Temp. de salida del refrigerante (°F/°C) Temp. de entrada del aire del serpentín/H20 (°F/°C) Temp. de salida del aire del serpentín/H2O (°F/°C)
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Temp. de entrada del dispositivo de exp. (°F/°C) Amperaje del motor Tiempo de corrida / ciclo Comentarios
Tabla 4.1.- tabla de registro de condiciones iníciales de equipo. 2.- Remover el CFC del sistema a un cilindro de recuperación: El CFC-12
deberá ser removido del sistema y recolectado en un cilindro con un dispositivo de
recuperación capaz de extraer 10-20 pulgadas de Hg al vació (34-67kPa). Si no se sabe el
volumen de carga de CFC-12 recomendado para el sistema, pese a la cantidad del
refrigerante removido si es posible, de esta manera la cantidad inicial de la mezcla o
refrigerante cargada en el sistema se determinará de esta cifra.
Figura 4.1.- Sistema de recuperación.
3.- Drene el lubricante del compresor: La mayoría de los compresores con CFC-
12 usan un lubricante de aceite mineral. A fin de proporcionar la misma miscibilidad que el
CFC-12/aceite mineral, se debe de usar un lubricante de Polioléster. Por lo tanto, debe
reemplazarse el aceite mineral en el compresor. El drenaje del lubricante del compresor
puede requerir la remoción del sistema, particularmente con compresores pequeños
herméticos que no contienen drenaje de aceite.
En este caso, el lubricante puede ser drenado de la línea de succión del compresor.
En la mayoría de los sistemas pequeños, del 90-95% del lubricante puede ser removido del
compresor de esta manera.
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Mida la cantidad de lubricante removido del compresor y compare con las
especificaciones del compresor /sistema para asegurarse de que se ha removido la mayoría
del lubricante del sistema.
Anote la cantidad de lubricante removido, ya que la necesitará en el próximo paso.
NOTA: Para poder hacer el vacío y eliminar rápidamente la humedad, se
recomienda usar el agente de limpieza R-141b para tuberías y compresores; después
realizar un barrido con nitrógeno gaseoso para poder expulsar la mayor cantidad de
humedad posible, básicamente soplándolo al exterior del sistema, ya que se aprovecha
la higroscopicidad del nitrógeno seco, el cual al ingresar al sistema se pone en contacto
con las moléculas de vapor de agua que el proceso de vacío evapora, absorbiéndolo del
aceite, de los materiales aislantes y gases no condensables contenidos en el sistema.
Figura 4.2.- Barrido de Nitrógeno.
4.- Cargue el lubricante Polioléster, en el compresor: Cargue el compresor con
lubricante Polioléster usando el mismo volumen que el del lubricante de aceite mineral
removido en el paso 3. Utilice una viscosidad del Polioléster, similar a la del aceite mineral
usado en el sistema (150SUS o 32cSt es típico para sistemas con CFC-12 de temperatura
media).
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Figura 4.3.- Carga de lubricante al sistema.
5.- Reinstale el compresor: Use las practicas de servicio normal.
6.- Reemplace el filtro deshidratador: Existen dos tipos de filtros deshidratadores
que comúnmente se utilizan en los equipos con CFC-12 de temperatura media:
1) deshidratadores de relleno suelto, que contienen sólo el desecante de malla molecular u
otro tipo, y sólo el desecante de malla molecular u otro tipo, y;
2) deshidratadores de centro sólido (piedra), en los cuales el desecante de la malla
molecular se dispersa dentro de un aglutinante de centro sólido.
7.- Vuelva a conectar el sistema y evacue: Emplee prácticas de servicio normal.
Para remover el aire u otro elemento no condensable el en sistema, se recomienda que el
sistema sea evacuado al vacío total (30 pulgadas de Hg al vacío /o KPa).
8.- Sistema de verificación de fugas: Emplee prácticas de servicio normal. Vuelva
a evacuar el sistema después de la verificación de fugas.
9.- Cargue el sistema con el nuevo refrigerante: Para asegurarse de que la
composición adecuada de la mezcla es cargada en el sistema, es importante que sólo se
remueva el líquido del cilindro.
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La posición correcta se indica con flechas en el cilindro y en la caja del cilindro.
Una vez removida la fase liquida del cilindro, se puede recargar el refrigerante ecológico en
fase vapor al sistema mientras el vapor de todo el refrigerante removido es transferido al
sistema. Nunca debe cargarse el refrigerante como un líquido en la línea de succión del
compresor, ya que esto puede dañar el compresor. Se debe usar una válvula de
estrangulación para controlar el flujo de refrigerante al lado de la succión para asegurarse
de que el líquido es convertido en vapor antes de entrar al sistema.
Para muchos sistemas, la carga óptima será del 75-90% en peso de la carga original
de CFC-12. Por ejemplo, si la carga original de CFC-12 fue de 10 onzas, cargue
inicialmente 7-7.5 onzas del nuevo refrigerante.
Figura 4.4.- Carga del nuevo refrigerante R-134a en estado liquido.
10.- Arranque el sistema y ajuste la carga: Arranque el sistema y deje que se
estabilicen las condiciones. Si se cargó menos el sistema, agregue más refrigerante en
incrementos de 3-5% en peso de la carga original de CFC-12. Por ejemplo, si la carga
original fue de 10 onzas, cargue en incrementos de 0.5 onzas. Continúe hasta lograr las
condiciones deseadas de operación. Cuando el sistema esté estabilizado las presiones de
succión del compresor estarán dentro de lo normal.
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Las presiones de descarga del compresor serán típicamente alrededor de 10-20 psi
(70-140 kPa) más altas que la operación normal del sistema con CFC-12. La mezcla nueva
es más sensible al volumen de carga que las del CFC-12. Por lo tanto, el rendimiento del
sistema cambiará más rápidamente si el sistema es sobrecargado (o menos cargado) con el
nuevo refrigerante.
NOTA: Muchos sistemas de tipo remoto tienen indicador de nivel en la tubería
de líquidos cerca del condensador. Es mejor que cargue su sistema midiendo las
condiciones de operación (presiones de descarga y succión, temperatura de la línea de
succión, amperaje del compresor, sobrecalentamiento, etc.) primero, antes de usar el
indicador de nivel en la tubería de líquidos como guía. Esto puede evitar una
sobrecarga.
11.- Etiquete los componentes y el sistema: Después de reconvertir el sistema con
el refrigerante ecológico, etiquete los componentes del sistema para identificar el tipo de
refrigerante y el lubricante (alkilbenceno) en el sistema, con el fin de asegurar que se usarán
el refrigerante y lubricante correctos para dar servicio al equipo en el futuro.
4.2.- MEDIDAS DE PREVENCIÓN PARA LAS BUENAS PRÁCTICAS EN LA
PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO.
4.2.1.- Gases no condensables en el sistema.
• Si queda aire en el sistema:
1. Ocasiona que suba la temperatura en el lado de alta presión del sistema.
2. La válvula de la descarga se calienta más de lo normal.
3. Se forman sólidos orgánicos que ocasionan fallas en el compresor.
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4.2.2.- Humedad en el sistema.
• Esta puede provocar presencia de hielo en el sistema.
• Puede tapar los elementos de control del sistema.
1. Tubo capilar
2. Válvula de expansión
• Provoca problemas en el sistema.
• Puede dañar partes del compresor.
4.2.3.- La válvula no suministra suficiente refrigerante.
• Temperatura de la carga demasiado alta. (Aire ó Agua que sale del evaporador)
• Sobrecalentamiento Alto.
• Presión de succión más baja de lo normal.
4.2.4.- La válvula suministra demasiado refrigerante.
• Retorno de líquido al compresor
• Sobrecalentamiento demasiado bajo
• Presión de succión normal o más alta
4.2.5.- Aire y humedad.
• Combinando estos dos elementos y los gases refrigerantes con cloro (R-22) obtenemos:
• Ácidos
• Lodos
• Provocan fallas prematuras en los compresores de refrigeración.
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4.2.6.- ¿Qué pasa si hago vacío con el compresor?
• Daño el aislante de la bobina del compresor desde el arranque
• Hago trabajar la bobina sin su medio de enfriamiento y daño el aislante. (Gas Refrigerante)
• Las bobinas eléctricas producen un arco eléctrico por trabajar en condiciones de vacío.
4.2.7.- ¿Cómo escoger la bomba de vacío correcta?
1. Determinar las toneladas de refrigeración del sistema.
2. Ver cuál es la capacidad de la bomba.
Sabemos que 1 cfm puede evacuar un sistema de 7 toneladas de refrigeración.
4.3.- HERRAMIENTAS Y EQUIPOS REQUERIDAS PARA BUENAS
PRÁCTICAS EN LA RECONVERSIÓN DE UN REFRIGERANTE.
• Lentes o gafas de seguridad.
• Camisa de algodón de manga larga.
• Guantes de piel.
• Zapatos de seguridad con punta de acero.
• Manómetros de servicio
Succión: de un rango de 0 a 11 Kg/cm2
y de 0 a 160 psia.
Descarga: de rango de 0 a 21 Kg/cm2
y de 0 a 300 psia.
Figura 4.5.- Manómetros.
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• Termómetro electrónico.
• Juego de mangueras para cada tipo de refrigerante.
Figura 4.6.- Juego de mangueras.
• Una bomba de vacío capaz de aspirar 250 micras.
Bomba recuperadora TST-92.
230 TR ÷ 7 = 33 cfm
Tensión (v)=220/110
Caudal (220v) 1/min=184
Caudal (110v) 1/min=227
Potencia (hp)=1/2
Figura 4.7.- Bomba de vacio Peso (Kg.)=23.5
• Manómetro de vacío.
Rango de 25 μ A 5000μ de atm.15°/29˝
Figura 4.8.- Juego de manómetros.
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• Refractómetro.
• Detector electrónico de fugas.
Figura 4.9.- Detector de fugas.
• Válvulas perforadoras o de aguja.
• Multímetro digital.
• Una unidad recuperadora de gas refrigerante.
Peso de la estación 50.5kg (sin refrigerante)
DIMENSIONES (W*D*H) mm 430*630*1030
Refrigerante R-12, R-134ª (usando cilindro de carga)
Voltaje nominal 110v, 60Hz
Potencia máxima 640vA
Máximo vacío (McLead) 25 micrones (0.03 mbar)
Cilindro de carga MLSS 2200g
Unidad de recuperación refrigerante MINI-R2-C26/
Modulo de reciclaje CM-1
Bomba de vacío 27-5
Capacidad de aceite / tipo 450ml/HFV-M100
Botella refrigerante AMTROL 11.9lts.
Presión de prueba 800 psig (56bar)
Presión de trabajo 400 psig (27bar)
Peso tara 7 Kg.
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• Un cilindro para recuperar gas refrigerante.
Capacidad: 30 lbs.=13.6 kgs.
Figura 4.10.- Cilindro de recuperación.
• Una báscula electrónica para pesar el cilindro de recuperación.
• Un depósito para el lubricante que se va a retirar del sistema.
• Un dispositivo de control de flujo, ya sea capilar o de válvula
• de expansión, cuando se aplique el cambio.
• Filtro deshidratador, para la línea de líquido.
• Latas de lubricante.
• Tablas de Presión - Temperatura del gas con el que se va a trabajar.
4.4.- RIESGOS Y MEDIDAS DE SEGURIDAD AL TRABAJAR CON
REFRIGERANTES, EQUIPOS DE REFRIGERACIÓN.
Las siguientes son consideraciones que se deben tomar en cuenta cuando se trabaja
con gases refrigerantes fluorocarbonados.
Antes de trabajar con cualquier gas refrigerante, el técnico deberá estar
familiarizado con los procedimientos de seguridad relativos a cada uno en especial. Esto
toma una relevante importancia cuando se van cambiar refrigerantes. La hoja de seguridad
de cada gas debe ser consultada. Todos los fabricantes las tienen a disposición de los
técnicos.
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4.4.1.- REGLAS DE SEGURIDAD PARA EL TRANSPORTE DE CILINDROS CON
GASES REFRIGERANTES.
• No golpear el cilindro, ni con el suelo, ni con un martillo u otra herramienta.
• No calentar el cilindro con vapor o con un soplete de flama directa.
• No transportar el cilindro, cargándolo de la válvula.
• No tratar de reparar la válvula.
• No bloquear el disco de ruptura.
• No rellenar o recargar un cilindro desechable.
• Al abrir la válvula, hacerlo despacio, y cerrar después de usarlo.
• No utilizar cilindros oxidados o deteriorados.
4.4.2.- RIESGOS DE SALUD.
Debido a que la toxicidad de los refrigerantes fluorocarbonados es baja, la
posibilidad de un accidente menor o de sufrir la muerta son de baja probabilidad. Los
vapores son generalmente mucho más pesados que el aire. No se debe trabajar en áreas
cerradas, ya que si se tiene un derrame o una fuga grande de gas, va a inhibir la presencia
de Oxigeno.
4.4.2.1.- Inhalación.
Inhalar una gran cantidad de vapores es peligroso y puede llegar a ser mortal.
Exponerse a niveles elevados de fluorocarbonados por arriba de lo permitido puede
ocasionar síntomas de asfixia, también es posible que se presente perdida de coordinación,
aumento del pulso cardiaco, sensibilización cardiaca, respiración más profunda o
inconsciencia. Si se presentan algunos de estos síntomas se debe salir al aire fresco.
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4.4.2.2.- Daños en piel.
El contacto del refrigerante líquido sobre la piel puede causar quemaduras por
congelación, la cual se manifiesta por palidez o enrojecimiento, perdida de sensibilidad o
hinchazón. Se debe lavar la parte afectada con agua abundante durante 15 minutos.
4.4.2.3.- Daño en ojos.
Los mismos efectos y medidas preventivas que para la piel.
4.5- MÉTODO DE DESTRUCCIÓN DE LOS CFC.
Los refrigerantes prohibidos están disponibles para su destrucción, la incineración
con gas natural ha sido investigada como tecnología para la disposición de este tipo de
sustancias. Los resultados obtenidos muestran que la incineración de CFC-12 con gas
natural es viable y de bajo costo. En el caso de la industria de refrigeración, los
refrigerantes agotadores de la capa de ozono CFC que en la actualidad están siendo
utilizados en la maquinaria industrial, son recuperados durante labores de mantenimiento y
remplazados por refrigerantes más amigables con el medio ambiente.
Una estimación de la cantidad de CFC que deberán ser dispuestos a nivel mundial
se calcula en 400.000 toneladas constituyentes de equipos de refrigeración que en los
próximos años deberás ser tratadas. En promedio 9000 toneladas de CFC provenientes de la
industria de refrigeración estarán disponibles para tratamientos de destrucción.
Por tanto existe la necesidad de encontrar nuevas alternativas de disposición de los
refrigerantes agotadores de la capa de ozono CFC, que sean de bajo costo y fácilmente
replicables.
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4.5.1- Criterios de evaluación de la metodología.
Los criterios desarrollados para evaluar las diferentes tecnologías existentes
utilizadas para la destrucción de sustancias agotadoras de la capa de ozono se muestran en
la Tabla 5.1. Estos criterios buscan evaluar al desarrollo técnico considerando los impactos
potenciales de la tecnología sobre la salud humana y el medio ambiente y fueron tenidos en
cuenta en el trabajo desarrollado.
Tabla 4.2.- Criterios para evaluar técnicas de destrucción
4.5.2- Determinación de los parámetros de operación.
Con el objeto de determinar las condiciones óptimas de incineración, se estableció
analíticamente la composición de los productos de combustión resultantes al incinerar R-12
a diferentes condiciones de operación (presión, temperatura de la cámara de combustión y
caudal de los reactivos). En todos los casos se consideró que los reactantes entran a
condiciones estándar (P = 1 atm y T= 25 C). Como ejemplo del análisis termodinámico se
muestra la curva de formación monóxido de carbono (CO2) en porcentaje de formación
según la máxima concentración esperada Figura 5.7.
Todos los parámetros de la Tabla 5.1 fueron analizados de la misma manera, para
predecir analíticamente las condiciones de mejor operación, cuyo resultado se muestran en
la Tabla 5.2.
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Figura 4.11.- Curva de formación de CO2 producto de la incineración de CFC-12 con GN.
Tabla 4.3.- Condiciones analíticas para la incineración de CFC-12 con Gas Natural.
4.5.2.1.-Diseño del incinerador.
El incinerador permite controlar y cuantificar el caudal y la presión de los diferentes
reactivos y la temperatura de la cámara de incineración. Figura 5.8 muestra el esquema del
incinerador.
En general el proceso de la incineración consistió en mezclar el gas refrigerante
(CFC-12) con el gas natural a una proporción adecuada para que en pre mezcla con el aire
(agente oxidante) ocurra la combustión y se lleve acabo el rompimiento térmico de la
molécula de CFC-12 generando los productos deseados.
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Durante la incineración las variables críticas aparte de la relación adecuada de los
tres caudales (refrigerante, gas natural y aire), fueron la temperatura de la cámara de
combustión y la presión de entrada de los reactivos.
Figura 4.12.- Esquema general del incinerador.
4.5.2.2.- Características de la llama.
La estabilidad de la llama es un primer indicativo de que la mezcla es adecuada
entre combustible, aire y gas refrigerante. Cuando la llama es producto de una proporción
estequiometria, emite radiación de color azul, en el caso contrario, cuando el aire decrece a
menos de la proporción estequiometria requerida, la zona de llama emite radiación verde;
para este caso si la mezcla es demasiado rica, se generan cantidades considerables de hollín
y la llama se caracteriza por ser amarilla.
La llama obtenida presenta dos regiones características, una zona de pre mezcla
(interior) y zona de difusión (externa) como se muestra en la Figura 4.13. La formación de
estas dos zonas se debe al diseño del quemador con el que se busca optimizar la combustión
y minimizar las emisiones de productos de combustión incompleta.
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Figura 4.13.- Llama característica de incineración de CFC-12.
A condiciones específicas de los fluidos (caudal y presión de entrada) se obtiene una
llama estable y autosuficiente. Sin embargo el rango para le estabilidad de la llama es
limitado. Es preciso que exista un equilibrio entre la velocidad de reacción de los gases
precursores de la llama y el caudal de entrada de los flujos para evitar extinción de la llama.
4.5.2.3.- Curva de temperatura de operación.
Una vez identificado un rango de estabilidad de llama Figura 4.13, se identifica el
punto de mayor temperatura. Las condiciones para este punto se determinaron en λ=1.06 y
γ=3.98 con una temperatura de llama de 861°C, como se muestra en la figura 4.14.
Figura 4.14.- Temperatura de llama para la incineración de refrigerante R-12 con Gas Natural a un rango de λ y γ de llama estable.
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CAPITULO V 5.1.-RECONSIDERACIONES POSTERIORES A LA RECONVERSIÒN.
5.1.- Acciones necesarias.
‐Verificar que los dispositivos de seguridad necesarios se encuentran en buenas
condiciones, la instalación como: válvulas de seguridad, etc.
‐Ajustar la carga de refrigerante mediante los diagramas de presión y temperatura, hasta
conseguir las condiciones operativas óptimas.
‐Revisar el nivel de aceite y tener de reserva el compatible con el refrigerante (POE).
‐Verificar fugas de refrigerante.
‐ Reducir las vibraciones, reforzando los cimientos e instalando dispositivos antivibración.
‐Etiquetar cada sistema con información clara sobre el equipo, los datos técnicos y el tipo y
el volumen de refrigerante y lubricante que utiliza.
‐Leer detenidamente la documentación disponible sobre la presión de los cilindros y los
certificados de inspección de la presión, y asegurarse de que los contenedores corresponden a las
placas de identificación.
‐Comprobar regularmente las condiciones de funcionamiento y el rendimiento del
sistema.
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CONCLUSIONES.
En esté proyecto se demostró la posibilidad del uso de Hidrocarburos como gases
refrigerantes alternativos, en la república mexicana.
En él se ha podido verificar algunas de las ventajas de esta técnica, tales como, la
sustitución directa, sin tener que cambiar ningún componente en el sistema; la carga
necesaria de gas refrigerante es aproximadamente un 40 % de la del CFC – 12 y obtuvimos
un ahorro de energía, lo que a fin de cuentas se traduce en un ahorro de dinero.
A los técnicos en refrigeración se les brindo una solución al problema del control y
del cambio de los refrigerantes. Además para poder continuar con sus labores necesitan
conocer nuevas técnicas, en este caso limpias y sostenibles. Se les han ofrecido las primeras
herramientas en este sentido, dándoles las herramientas para la implementación de estas
técnicas, ayudándolos así a elevar su nivel de conocimientos a la vez que protegen el medio
ambiente.
Con esta alternativa se les facilita a los consumidores de escasos recursos, una
solución económicamente viable al problema del cambio de las sustancias que afectan a la
capa de ozono y al calentamiento global por sustancias inocuas, ofreciendo así una
alternativa menos costosa y de optimas propiedades. Esto debido que además de las
consideraciones ambientales, la mayoría de nuestros hogares, poseen un refrigerador a base
de CFC-12 y no contamos con los recursos necesarios para una reconversión a HFC.
Además de que con los diferentes puntos que se desarrollan, se intenta crear
conciencia en la forma de cómo enfrentar los problemas ambientales que se viven en la
actualidad y dar una pronta solución.
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REFERENCIAS
[1] E. Gutiérrez A.: Sección de ecología. Articulo publicado en LA JORNADA, el 11 de
marzo de 1993.
[2] The Trane Company: THIS UPSADE. Publishes a summary, written by the U.S. EPA.
That covers the prohibition on venting and regulations to be proposed under. Section 608.
Información técnica de la compañía. 1992
[3] R.J. Dossat: PRINCIPIOS DE REFRIGERACION. Editorial Continental, S.A. de C.V.
versión en español, noviembre de 1991.
[4] J.A. CREUS: TRATADO PRACTICO DE REFRIGERACION AUTOMATICA.
Publicaciones Marcomb, S.A. Barcelona, España. Versión castellana original. Novena
edición, México, España.
[5] SUVATM REFRIGERANTS: SUVATM Blend-MP Series. Articulo 10. Información
técnica de DUPONT S.A. de C.V. México. 1993.
[6] Buenas Prácticas en Sistemas de Refrigeración y Aire Acondicionado. Edición digital
Cromática S.A. de C.V. México DF, Mayo del 2006.
[7] Hernández G.E.: FUNDAMENTOS DE AIRE ACONDICONADO Y
REFRIGERACIÓN. Editorial Limusa. Versión en español. Novena reimpresión, 1990.
México.
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