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Los sistemas de refrigeración y aire acondicionado se encuentran en un gran ámbito de aplicaciones a niveles comercial, industrial y doméstico disponibles para usarse en el confort humano , en la conservación de los alimentos y en los procesos industriales entre otros, con el fin de que estos equipos logren su propósito de funcionamiento con eficiencia, seguridad y preservación del medio ambiente, es necesario disponer de personas con capacidades y conocimientos teóricos y prácticos que puedan lograr su adecuada elección y instalación y un correcto mantenimiento y operación.

Breve historia de la refrigeración

Desde los tiempos más remotos el hombre de forma empírica encontró el uso de los espacios cerrados que debido a su disposición permitía conservar alimentos a temperatura menor que la temperatura del medio por lo general estos espacios eran cavernas que al tener entrada y salida de corriente de aire, permitían el fenómeno de menor temperatura.

Que es refrigeración

Es la transferencia de calor, de un lugar donde no se desea a otro donde no importa.

Siempre que se resta calor va acompañado de una caída o diminución de temperatura del espacio refrigerado.

Formas de energía que generan calor

Luz del sol Electricidad Combustión Compresión fricción

TERMINOLOGIA

Frio: ausencia de calor

Calor: es una forma de energía

Temperatura: es la medida de la intensidad del calor

Transmisión de calor por conducción: es la transmisión de calor entre solidos

Transmisión de calor por conveción: es la transmisión de calor entre gases

Transmisión de calor por radiación: es la transmisión de calor por medio de ondas electromagnéticas

BTU: es la capacidad de calor que eleva la temperatura de una libre de agua en un estado líquido en grados Fahrenheit

Calor específico: es la cantidad de BTU requeridos para aumentar la temperatura de una libra de cualquier sustancia en un grado Fahrenheit

Calor latente: es la cantidad de calor necesario para cambiar de estado una sustancia sin cambiar su temperatura

Calor latente de vaporización: es la cantidad de calor necesaria para pasar una libra de líquido a vapor sin variar su temperatura a la misma presión

Calor sensible: produce en una sustancia un efecto que se puede ver sentir y medir

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Cambio de estado: solidificación, vaporización, licuefacción

Sobrecalentamiento: es el calor añadido a un gas después de que todo el líquido se ha evaporado se mide en grados

Tonelada de refrigeración: es el efecto de refrigeración producido al derretirse una tonelada de hielo en 24 horas. 1Tr=12000BTU/hr

Refrigerante: es un fluido que absorbe calor por evaporación a baja temperatura y presión y sede calor por condensación a más alta temperatura y presión

Condensación: es un proceso de enfriamiento a causa que la temperatura descienda, este proceso que los gases se transformen en líquidos

Evaporación: es un proceso de calentamiento, la evaporación transforma un líquido en gas

Humedad: es la cantidad de agua que está presente en el aire cuando el aire continúe toda la humedad posible decimos que está saturado

Humedad relativa: es la medida del grado de saturación del aire.

La cantidad de saturación se expresa como un porcentaje=

HR 0% aire completamente seco

HR 100% aire completamente saturado

Punto de rocío: es el punto en el cual el aire no puede tenerse más agua en forma de vapor por lo cual esta pasa a estado líquido, el resultado son góticas de agua las cuales se les llama rocío

Temperatura del punto de rocío: el contenido de humedad en el aire determina la temperatura del punto de rocío.

Esta es la temperatura a la que el vapor de agua comienza a condensarse

REFRIGERANTES

Más comunes

Los refrigerantes más usados comúnmente son:

R-12…. CL2F2C…. (Diclorofluorurometano): se utiliza en situaciones de temperatura media, como conservación de productos frescos y en 0ºC

R-22… HCLF2C… (Clorodifluormetano): se utiliza en aplicaciones de alta temperatura como: aire acondicionado, bombas de calor, salas de preparación

R-502… Mezcla azeotropica de R-22 y R-115… CLF2 (48.8%)-CF3 (51.2%): se utiliza en cámaras de congelación y túneles de enfriamiento

R-11… CL3FC… (Triclorofluormetano): se utiliza en instalaciones con compresores centrífugos (chiller y aerosoles)

R-717… NH3… (Amoniaco): se utiliza en frigoríficos

Menos comunes

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R-13B1… BRF3C… (Cromotrifluormetano): se utiliza en aplicaciones de muy baja temperatura

R-500… Mezcla azeotropica del R-12 y R-152a… CH2-F (73.8%) y CH2F (26.6%): se utiliza en transporte frigorífico

CLASIFICACION DE LOS REFRIGERANTES

1. Derivados alógenos saturados: proceden del metano y propano por sustitución parcial o total de los átomos de hidrogeno por átomos de cloro y flúor pueden ser del tipo: CFC: se denomina clorofluorcarbonados descontinuados en 1994 HCFC: se denomina hidroclorofluorcarbonados, dejaran de producirse en

Europa a finales del 2014 y finales del 2029 los países que firmaron el protocolo de Montreal

HFC: se denomina hidrofluorcarbonados son compuestos que no perjudican la capa de ozono ya que tienen ODP nulo

PFC: se denomina perfluorcarbonados el prefijo per hace referencia a que tiene máximo número de átomos de flúor

HALONES: contienen hidrogeno bromo flúor y carbono se denomina hidrobromofluorcarbonados

2. Derivados alógenos insaturados, destituyen hidrogeno por flúor bromo o cloro: R-1140

3. Mezclas zeotropicas: son mezclas de refrigerantes puros que se caracterizan por tener a la misma presión una temperatura diferente de ebullición y evaporación R-404a contiene R-125 (44%) R-143a (52%) y R-134a (4%)

4. Mezclas azeotropicas: son mezclas de refrigerantes puros con la particularidad que tienen un único punto de ebullición, ósea aun tratándose de una mezcla se comporta como una sustancia pura R-502 contiene R-22 (48.8%) y R-115 (51.2%)

5. Hidrocarburos saturados: algunos hidrocarburos pueden utilizarse directamente como refrigerante, otro forman parte de mezclas y han sustituido los CFC y los HCFC R-600

6. Hidrocarburos insaturados: algunos hidrocarburos insaturados forman parte de mezclas que reemplazan los HCFC R-1270

7. Compuestos orgánicos no acrílicos: estos compuestos son inflamables y tóxicos Éter etílico Metil-amina Éter metílico

8. Compuestos inorgánicos O2

N2

H2O NH3

PROPIEDADES DE LOS REFRIGERANTES

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Propiedades físicas: las propiedades físicas dependen principalmente de la temperatura excepto de la masa molecular.

Masa molecular Densidad Viscosidad Conductividad Valor especifico Valor latente de vaporización Pensión superficial

Propiedades químicas:

Relación presión-temperatura para estado de saturación Volumen especifico Entalpia Entropía Punto de ebullición Punto de congelación Propiedades criticas como presión, temperatura, densidad

Propiedades ambientales: se trata de propiedades que ponen de manifiesto la interacción del refrigerante con el medio ambiente fundamentalmente son dos:

Efecto sobre la capa de ozono Efecto invernadero

TABLA 9: PROPIEDADES FISICAS DE ALGUNOS REFRIGERANTES

PROPIEDADES R-22 R-23 R-134a R-407c R-410aMasa molecular (kg/mol)

86.47 70.02 102 86.2 72.58

Calor especifico del líquido a 25ºC (kJ/kgK)

1.25 1.44 1.44 1.537 1.834

Conductividad térmica de líquido a 25ºC (w/mK)

0.088 0.098 0.0824 0.0824 0.085

Viscosidad del vapor a 25ºC (kg/mS)

0.0127 0.0118 0.012 1.28x10-5 1.31x10-5

Toxicidad

Un tema importante a considerar es la descomposición de los refrigerantes a elevadas temperaturas con motivo de un accidente explosión o incendio. Los derivados alógenos producen sustancias toxicas cuando se descomponen principalmente

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fosgeno que es un gas venenoso con un color acre; en el caso del amoniaco que es especialmente toxico se indican algunos resultados:

NH3

Concentración (ppm)

Efectos

5 Olor característico50 Ligera irritación de nariz, ojos y garganta100 Picazón vía respiratoria 134 Fuerte irritación en ojos y garganta (lagrimas)500 a 700 Picazón en mucosas1700 Mortal si permanecen más de 30 minutos 3500 a 7300 Rápidamente letal 160000 Límite de inflamabilidad

Compatibilidad con la carga

Hace referencia al hecho de que en caso de una fuga el refrigerante puede entrar en contacto con los productos refrigerados y hay que tener presente el efecto de este contacto; los refrigerantes halogenados son relativamente inocuos con los productos de alimentación no así el amoniaco que se disuelve en agua. Una exposición prolongada de los alimentos con el amoniaco puede hacer que estos tomen mal sabor y lleven incluso a ser perjudiciales para la salud.

Compatibilidad con los materiales

Establece la tolerancia de los refrigerantes con los materiales con los que se estará en contacto. Por ejemplo el amoniaco no es compatible con el cobre con lo que las tuberías deben ser de acero, los halogenados si son compatibles con el cobre.

Compatibilidad con el aceite

Es un tema muy importante para tener en cuenta para la selección del refrigerante. Los lubricantes son necesarios para engrasar las partes móviles del compresor y para sellar las camisas de los cilindros si es un compresor alternativo o las cavidades en el caso de un compresor rotatorio.

Estabilidad

Durante muchos años una de las propiedades que han propiciado los auspiciantes de frigoríferos ha sido la estabilidad. Esta es una propiedad que evita muchos problemas relacionados con el uso seguido de estos problemas relacionados con el uso seguido de estos productos una sustancia estable es casi sinónimo de inerte si es estable no es ni oxidante ni reductora ni acidad ni básica ni inflamable.

Refrigerantes

Vida media (años)

R-11 45R-12 100R-113 85R-114 300R-115 1700R-22 12

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R-134a 10.6

1Propiedades termodinámicas

Son necesarias para evaluar y estudiar los ciclos termodinámicos de refrigeración. En la práctica frigorífica se utiliza únicamente las siguientes propiedades: presión, temperatura para determinar el estado del fluido, entalpia, entropía, volumen específico para el análisis de los ciclos termodinámicos.

ACEITES LUBRICANTES USADOS EN REFRIGERACION Y AIRES ACONDICIONADOS

Lubricantes minerales (MO): se obtienen directamente del petróleo y están constituidos por diversas clases de hidrocarburo (parafilas, naftenos y aromáticos). Según predomine una u otra cantidad dará carácter al aceite. Son lubricantes de bajo precio que se utilizaban como los antiguos refrigerantes.

Lubricantes alquilbencenicos (AB): se trata de hidrocarburos con núcleos bencénicos. El lubricante alquilbencenico es totalmente miscible con el aceite mineral por lo que se facilita el proceso de sustitución de un refrigerante antiguo con uno nuevo.

Lubricantes polialquil glicoles (PAG): se utiliza con el R-134a y sobre todo en aplicaciones de automoción, no son miscibles con los aceites minerales esto dará problemas en los procesos de reconvención. Otro inconveniente la elevada higroscopicidad. Por otra parte un inconveniente adicional es que el agua absorbida puede hidrolizar el aceite descomponiendo su molécula y por lo tanto perdiendo su capacidad lubricante. (R-134a retrofiting)

Lubricante poliol ester (POE): tienen una gran ventaja ya que son miscibles con los aceites minerales y con los CFC, HCFC, HFC y una desventaja puede hidrolizarse en presencia de agua por lo que debe preservarse de la humedad aunque son menos higroscópicos de los PAG.

PROPIEDADES DE LOS ACEITES LUBRICANTES

1. Viscosidad: los aceites deben conservar la consistencia o cuerpo suficiente para lubricar a alta temperatura y ser lo suficientemente fluido para que fluya a baja temperatura.La viscosidad es una de las propiedades más importantes a la hora de elegir un aceite lubricante. Es la propiedad de un líquido por el manifiesto su resistencia a fluir.

2. Punto de congelación: el aceite debe de tener un punto de congelación suficientemente bajo para que fluya en cualquier parte del sistema.El punto de congelación de un aceite es la temperatura a la que deja de fluir. Con todos los refrigerantes parte del aceite es transportado hasta el evaporador independientemente de lo pequeña que sea esta cantidad esta aceite debe ser retornado al compresor a lo cual debe poder fluir o circular atravez del sistema.

3. Carbonización: todos los aceites usados en refrigeración pueden ser descompuestos por el calor y cuando esto ocurre queda un depósito de carbón. Un buen aceite no se debe carbonizar cuando entra en contacto con las superficies calientes que encuentra en el sistema durante el funcionamiento normal del equipo. Un aceite de refrigeración debe de tener un valor de carbonización tan bajo como sea posible.

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4. Punto de floculación: los aceites no deben dejar depósito de cara cuando están expuestos a las temperaturas más bajas que se encuentran en el sistema.

5. Acides: casi todos los aceites de refrigeración tienen alguna tendencia a la acidificación: los ácidos pueden corroer partes interiores del sistema y pueden reaccionar con el aislamiento del motor y otros materiales formando lodo que eventualmente puede originar su completo deterioro.

6. Rigidez dieléctrica: es la medida de la resistencia de un aceite al paso de la corriente eléctrica. Los aceites deben tener una resistencia eléctrica alta.

7. Punto de inflamación y combustión: Inflamación de un aceite e la temperatura a la cual el aceite se enciende cuando está expuesto a una llama. Combustión es la temperatura a la que continúa ardiendo. El punto de inflamación de un buen aceite debe ser superior a 148ºC.

TIPO DE LUBRICANTE

Refrigerante

AB MO POE

PAG

R-12 X XR-134a X XR-407c XR-404a XR-410a XR-22 X X

8. Estabilidad de la oxidación: la estabilidad ante la oxidación es la actitud del aceite de refrigeración para mantenerse estable en presencia de oxígeno.

9. Contenido de humedad: la humedad en cualquier forma es nociva para el sistema de refrigeración contribuye a formar una película de cobre y también a la formación de lodos y ácidos así como a la congelación.

10. Color: el color de un aceite de refrigeración debe ser claro, la refinación continua de un aceite lubricante origina un color blanquecino y precarias propiedades lubricantes. La refinación deficiente deja un alto contenido de hidrocarburos no saturados que oscurecen y decoloran el aceite.

11. Tendencia a la corrosión: un buen aceite de refrigeración dará resultado negativo en el ensayo de corrosión si no es así es que el aceite contiene azufre en forma corrosiva.

ESPECIFICACIONES DE LOS ACEITES

Para compresores de pistón abierto y hermético son típicas las características de aceite:

Viscosidad: 150±10ssv Poder dieléctrico: (min) 25Kv Punto de congelación: -37.2ºC Punto de inflamación: 165.5ºC Punto de floculación: -56.6ºC

Para compresores centrífugos:

Viscosidad: 300±25ssv Poder dieléctrico: 25Kv Punto de congelación: -6.67ºC

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Punto de inflamación: 204.4ºC