www.apuntesdeclima.com
PROPIETATS DELS REFRIGERANTS
CFC
Els CFC són gasos refrigerants les molècules dels quals contenen àtoms de clor, fluor i carboni.
Entre els CFC més utilitzats podem citar al R11, R12, R502, R500, R13B1, R13, R113.
Els CFC són els quals tenen major capacitat de destrucció de la capa d'ozó. Els HFC no afecten a la capa d'ozó (ODP zero).
El desenvolupament de la refrigeració, es deu principalment als gasos fluorats coneguts com clorofluorocarbonis. Els CFC, desenvolupats fa més de 60 anys, van reemplaçar al amoníac i a altres hidrocarburs gràcies a les seves propietats tals com la baixa toxicitat, no flameabilitad, la seva no corrosivitat i la seva excel·lent compatibilitat amb altres materials. A més, els CFC oferien i ofereixen propietats termodinàmiques i físiques que els fan ideals per a molts usos, com agents espumants en la manufactura d'aïllants, empaquetatges, agents netejadors de metalls i components electrònics, per nomenar algunes aplicacions.
HCFC
HCFC són gasos refrigerants les molècules dels quals contenen àtoms d'hidrogen, clor, fluor i carboni
A causa de el seu baix contingut en clor i la presència d'àtoms d'hidrogen, els HCFC posseeixen un potencial reduït de destrucció de l'ozó (O.D.P.).
En aquest grup es troba el R-22 i una sèrie de barreges ternàries (incloses en la fitxa de cada gas) que amb la base del R-22, serviran per a la fabricació d'alternatius dels CFC, a l'una que mantenint els equips existents.
Els HCFC més utilitzats són el R22, R141b, VAIG DONAR36, VAIG DONAR44, R403B, R408A, R401A, R401B, R402A, R402B i el R409A.
HFC
Els HFC constituïxen els gasos refrigerants definitius, sense clor i amb àtoms d'hidrogen, sense potencial destructor de l'ozó (ODP) i molt baix efecte hivernacle (GWP). Els HFC més utilitzats i considerats com gasos definitius són el R134a, R413A, R404A, R507, R407C, R417A i el R410 . Aquests gasos són ja els futurs refrigerants en aire condicionat i refrigeració.
HIDROCARBURS DIRECTES
Els hidrocarburs directes són un grup de fluids composts en diverses proporcions dels dos elements hidrogen i carboni. Alguns són el Metà, età, butà, etilè i isobutà. Tots són extremadament inflamables i explosius. Encara que cap d'aquests compostos absorbeixen humitat en forma considerable, tots són extremadament miscibles en oli per a totes les condicions. El seu ús ordinàriament està limitat a aplicacions especials on es requereixen els serveis de personal especialitzat.
TOXICITAT
Degut al fet que tots els fluids no són altra cosa que aire tòxic, en el sentit que poden causar sufocació quan es tenen en concentracions suficientment altes que eviten tenir l'oxigen necessari per a sustentar la vida, la toxicitat és un terme relatiu el quin cobra major importància sol quan s'especifica el grau de concentració i temps d'exposició requerits per a produir efectes nocius.
El grau de perill que s'incorre amb l'ús de refrigerants tòxics depèn de diversos factors, tals com la quantitat de refrigerant usat en relació amb el grandària de l'espai dintre del quin es poden tenir fugides de refrigerant, del tipus d'ocupació, de si l'espai on s'emmagatzema és inflamable i que personal experimentat tingui l'obligació d'atendre a l'equip.
Els refrigerants tòxics (incloent productes de descomposició) acomiaden olors molt peculiars que tendeixen a donar avís de la seva presència. Són perillosos per al cas de nens i persones que per raons de malaltia o confinament són incapaços d'escapar dels fums.
D'acord a la seva toxicitat el american Standard Safety Code for Mechanichal Refrigeration (codi Americà Estàndard de Seguretat per a la refrigeració Mecànica) i la norma ASHRAE 12-58 agrupen els refrigerants en tres classes. Ja que molts d'ells no s'utilitzen, solament descriurem els d'ús més corrent.
ESTUDI DEL CICLE DELS REFRIGERANTS
R 22 (CHClF2)
Conegut amb el nom de Freón 22, s'empra en sistemes d'aire condicionat domèstics i en sistemes de refrigeració comercials i industrials incloent: càmeres de conservació i instal·lacions per al processat d'aliments: refrigeració i aire condicionat a bord de diferents transports; bombes de calor per a escalfar aire i aigua. Es vaig poder utilitzar en compressors de pistó, centrífug i de cargol.A causa de les seves excel·lents propietats termodinàmiques el R22 s'utilitza com component en barreges de refrigerants com el R403B, el DI36, VAIG DI44, etc., per a aplicacions de mitjana i baixa temperatura.
Gráfica presió-temperatura
ESTUDI DEL CICLE DELS REFRIGERANTS
R 134 a (CH2F/CF3)
El refrigerant marca R 134a, ha estat introduït, com reemplaçament dels clorofluorocarbonats (CFC) en moltes aplicacions. La producció de CFC és reemplaçada pel hidrofluorucarbonat.
Aquest refrigerant no conté clor i pot ser usat en moltes aplicacions que actualment usen CFC-12. No obstant això en algunes ocasions es requereixen canvis en el disseny de l'equip per a optimitzar l'acompliment del R134a en aquestes aplicacions.
Les propietats termodinàmiques i físiques i la seva baixa toxicitat ho converteixen en un reemplaçament segur i molt eficient del R12 en molts segments de la refrigeració industrial mes notablement en l'aire condicionat automotriu, equips domèstics, equip estacionari petit, equip de supermercat de mitja temperatura i chillers, industrials i comercials. El Suva134a ha mostrat que és combustible a pressions tan baixes com 5,5 psig a 177 °C quan es barregen amb aire a concentracions generalment majors al 60% en volum d'aire. A baixes temperatures es requereixen majors pressions per a la combustibilitat. No han de ser barrejats amb l'aire per a proves de fugida. En general no s'ha de permetre que estiguin presents amb altes concentracions d'aire dalt de la pressió atmosfèrica. Es comercialitzen en cilindres retornables, cilindres d'un sol ús, caixes i llandes.
No és miscible amb els olis tradicionals del R12 (mineral i alquilbencénic); en canvi el seu miscibilitat amb els olis polièsters (POE) és bona, per tant deu utilitzar-ne sempre amb aquest tipus d'olis.
Evapora a -26ºC a pressió atmosfèrica.
Els HFC són molt higroscòpics i absorbeixen gran quantitat d'humitat.
Dels HFC el 134a és l'únic definitiu els altres s'empren per a barreges (R-125, R-143a, R-152a).
Es detecten les fugides mitjançant buscafuitas electrònics o amb altres mitjans com colorants o el sabó de "tota la vida".
Actualment es comenta que els gasos que pertanyen al grup dels HFC agreugen més l'efecte hivernacle i al reescalfament del planeta que les emissions de CO².
El R134a és una substància amb molt poca toxicitat. L'índex per inhalació LCL0 de 4 hores en rates és inferior a 500.000 ppm i el NOEL en relació a problemes cardíacs és aproximadament 75.000 ppm. En exposicions durant 104 setmanes a una concentració de 10.000 ppm no s'ha observat efecte algun. Els envasos de R134a han de ser emmagatzemats en llocs frescos i ventilats lluny de focus de calor. Els vapors del R134a so més pesats que l'aire i solen acumular-se prop del sòl.
Gráfica presió-temperatura
R404A
El R404A és una barreja ternària composta per R125, R143a i R134a. Les seves característiques termodinàmiques ho constituïxen com el substitut ideal del R502 per al sector de la refrigeració en noves instal·lacions per a baixes i mitges temperatures.
El R404A se caracteritza per la seva notable estabilitat química i d'un baix lliscament de temperatura (Glide), de 0,5 ºC.
La seva principal aplicació són les instal·lacions noves per a baixes i mitges temperatures.
També existeix la possibilitat de reconvertir una instal·lació de R502 a R404A, eliminant el 95% de l'oli mineral o alquibencen original, per un oli polioléster. És necessari canviar el filtre secador i la vàlvula d'expansió per una de R404A, i sobredimensionar el condensador.
El R404A és una barreja de refrigerants a força de HFC, els quals no són compatibles amb els lubrificants tradicionals com olis minerals que treballaven amb R502. L'únic lubrificant idoni per a utilitzar amb el R404A és l'oli polioléster.
El R404A és molt poc tòxic fins i tot amb exposicions perllongades de temps. Els envasos del R404A han d’emmagatzemar-ne en llocs frescos i ventilats lluny de fonts de calor. Els vapors, en cas de fugida tendeixen a acumular-se a nivell del sòl
Gráfica presió-temperatura comparen R 404A amb R 502
R407C
El R407C és una barreja ternària no azeotròpica composta de R32 (23%), R125 (25%) i R134a (52%).
És un dels refrigerants menys azeotròpics que s'utilitzen en l'actualitat; el seu lliscament de temperatura és de 7,4 ºC. Té pressions molt semblants al R22, encara que el seu rendiment i eficiències energètiques són inferiors especialment a baixes temperatures.
Químicament és estable, té unes bones propietats termodinàmiques, un baix impacte ambiental i molt baixa toxicitat.
A pesar que un dels seus components, el R 32, és inflamable la composició global de la barreja ha estat formulada perquè el producte no sigui inflamable en situacions que es pot produir fraccionaments de la barreja.
El R 407C té un lliscament de temperatura (efecte Glide) de 7,4 ºC. És el substitut definitiu del R 22, principalment en el sector de l'aire condicionat (temperatures d'evaporació superiors a -10 ºC). En aquestes situacions el seu comportament és molt semblant al del R 22.
El R 407C és una barreja no azeotròpica, per a obtenir el seu màxim rendiment i evitar fraccionaments del mateix, deu carregar-se sempre el producte per fase líquida.
Degut al fet que no és miscible amb olis minerals, el R 407C deu utilitzar-se amb olis poliolésters.
La toxicitat del R 407C és molt petita, fins i tot després d'estar subjecte a exposició. Els envasos que continguin R 407C han d'emmagatzemar-se és llocs frescos i ventilats, a més d'estar allunyats de focus de calor.
Gráfica presió-temperatura comparan el R 407C amb el R22
R 410A
El R410A és una barreja no azeotròpica composta de HFC 32 i HFC 125 (50/50), sent ambdós hidrofluorcarbonats que no contenen clor, pel que el seu potencial de destrucció de la capa d'ozó és nul. A més, per a oferir una alternativa al R-22 més segura mediambientalment parlant, ofereix majors eficiències en unitats optimitzades per al seu ús.
És el substitut definitiu per al R 22 en noves instal·lacions, en el sector de l'aire condicionat comercial i domèstic. És un producte químicament estable, amb un baix lliscament (efecte Glide), de menys de 0.3 ºC i a més perquè es comporta en forma similar a un refrigerant d'un únic component. D'aquesta forma el servei i la recarrega de les unitats no presenta cap tipus de problemes.
A pesar del caràcter inflamable del R 32, la formulació global del producte fa que aquest no sigui inflamable, fins i tot en cas de fugides.
Les seves propietats termodinàmiques ofereixen unes eficiències d'energia superiors, experiències en laboratori han mostrat que el R 410A pot arribar a increments del coeficient d'eficiència energètica de fins a 7% per sobre del R 22 en equips d'aire condicionat i, degut al fet que transfereix òptimament la calor millor que el R22, redueix els costos energètics. Permet dissenys més compactes d'unitats.
Degut al fet que aquest producte no és azeòtrop ha de transvasar-se i carregar-se sempre en fase líquida.
El R 410A no és miscible amb els olis minerals; els olis que s'han d'utilitzar amb aquest gas refrigerant són els poliolésters.
El R410A pot oferir un important avantatge en el desenvolupament d'unitats eficients, rendibles i compactes que compleixin a més amb les regulacions actuals i futures sobre eficiència mediambiental
El R410A té molt baixa toxicitat fins i tot després de repetides exposicions. Els envasos que continguin R410A han d'emmagatzemar-se en àrees fredes i ventilades lluny de fonts de calor. En el cas de fugides els vapors es concentraran a nivell de sòl desplaçant a l'oxigen de l'aire ambient; en tal cas cal prendre precaucions a l'hora d'evacuar l'àrea afectada.
Gráfica presió-temperatura comparant R410A amb R 22
Amoníac R 717 (NH3)
És el fluid refrigerant mes antic. En Europa al voltant del 60% d'instal·lacions de fred industrial funciona amb amoníac.
És un gas tòxic, és incolor i irrespirable. Una concentració del 0.2% de volum en l'aire provoca riscos mortals si ho respirem més de ½ h
Si la concentració en l'aire està entre el 15% i el 27% es forma una barreja inflamable. Es autoinflama als 650º.
És molt dissolvent en aigua.
El amoníac corroeix al coure i els seus aliatges.
Es descompon a partir de 150º, pel que obliga als compressors a estar sobredimensionats, amb la finalitat de rebaixar la relació de compressió.
Les fugides es localitzen mitjançant l'olfacte o utilitzant paper impregnat de fenolftaleina, aquest es torna vermell al contacte amb el amoníac.
No té incidència sobre la capa d'ozó i no contribueix a aquest efecte hivernacle.
El amoníac és utilitzat en les instal·lacions de fred industrial tant per a la refrigeració, com per a la congelació com per a la conservació a baixa temperatura. És utilitzat també en els sistemes d'absorció.
EFECTES |
Amoníac en aire (ppm) |
Olor perceptible |
5 ppm |
Olor fàcilment detectable |
20-50 ppm |
Efectes tolerables davant grans exposicions |
50-100 ppm |
Malestar general, llagrimeig |
150-200 ppm |
Irritació seria en ulls, oídes, nas, gargamella |
400-700 ppm |
Espasmes bronquials |
1700 ppm |
Exposició < a 1/1 h (pot ser letal) |
2000-3000 ppm |
Edema greu, asfíxia (mort a curt termini) |
5000-10000 ppm |
Mort instantània |
>10000 ppm |
R 507.
Es tracta d'una barreja azeotropia. És a dir que la seva T roman constant durant el canvi d'estat.
Està compost de R 125 (50%) i de R 143a (50%).
És un compost definitiu (HFC), pel que utilitzarem oli del tipus POE.
La càrrega la podrem efectuar per la fase gasosa o per la líquida.
En cas de fugida no serà necessari buidar la instal·lació.
En presència de la flama es descompon produint gasos tòxics irritants.
TAULAS DE CARACTERÍSTICAS taula 1
Gasos Alternatius (HCFC)
| Característiques | R22 | R406 A | DI36 |
Substitueix a |
|
R12 |
R12 |
Tipus de gas |
P |
Z |
Z |
Composició |
22 |
22+142b+600a |
22+600a+124 |
Proporció (% en massa) |
|
55+41+4 |
50+3+47 |
Pes molecular (kg/kmol) |
86.5 |
89.86 |
|
T de evaporació a 1 b |
-40.8º |
-30º |
-33.8º |
T de condensació |
|
|
|
T de descarrega(evap.-7º,-9º ) |
|
|
|
T crítica |
132º |
123º |
|
P crítica |
49.8 b |
45.81 b |
|
T de lliscament a 1 b |
0º |
7.3º |
|
Efecte refrigerant(evap.-7º,-9º) |
|
|
|
Ce líquid a 25º (kj/kgxºc) |
1.26 |
|
|
Ce vapor a 1 b, 25º(kj/kgxºc) |
0.662 |
0.77 |
|
Densitat líquid a 25º (kg/dm3) |
1.19 |
1.30 |
|
Densitat vapor a 1b (kg/m3) |
4.7 |
|
|
CLV a 1 b (kj/kg) |
|
197.13 |
|
Canvi de CFC a HCFC |
|
2 |
1 |
Canvi de lubricant |
|
NO |
NO |
Fuita de HCFC |
1 |
2 |
2 |
Tipus de lubricant |
M-AB-POE |
M-AB-POE |
M-AB-POE |
Carga de HCFC |
I |
L |
L |
Toxicitat/inflamabilitat |
/A1 |
/A1 |
|
Aplicació |
A/A, MT, BT |
AT, MT |
AT, MT |
ODP |
0.045 |
0.05 |
|
GWP |
1700 |
0.33 |
|
TEWI |
|
|
|
Notes
Tipus de gas: P= pur, A= azeòtrop, CA= gairebé azeòtrop, Z= zeòtrop
Canvi de CFC a HCFC: 1= s’aprofita el CFC, 2= es recull el CFC i es
carrega de HCFC, 3= es recull el CFC, es carrega de HCFC i canvi de compressor
Canvi de lubricant: NO, SI %( mineral = M, alquilbencénic = AB, poliol ester = POE)
Fuita de gas HCFC: 1= s’aprofita el HCFC, 2 = recollir HCFC i carrega el nou gas
Carrega de HCFC: L = Líquid, G = Gas, I = Gas o líquid
Aplicació: AT = alta T, MT = mitja T, BT = baixa T, MBT = molt baixa T, A/A = aire condicionat