Cap 1b Refrigerantes Inproter 25338

CAPITULO 1B

REFRIGERACIÓN

LOGO Dirección: Urb. Magisterial III Etap. Mz. A Lt. 19. Umacollo, Yanahuara Teléfonos: 054-270269 Cel.:RPM #99 9751175, RPC:97 4207326 , RPM #95 5880162, RPC:95 8206004, RPC 98 0728092 Página web: www.inproter.com Email: [email protected]

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REFRIGERANTES

REFRIGERANTES Definición: Se denomina refrigerante a toda sustancia que actúa como agente de trabajo para transmitir calor desde una fuente a baja temperatura a otra de alta temperatura, gracias a una variación de su calor latente o calor sensible o una combinación de ambos.

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• Comercialmente se venden con diversos nombres según el fabricante: FREON FRIGEN GENETRON ISOTRON ARCTON FORANE ATOCHEM

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 E.I.Pont de Memours and Company  Farbwerke Hoechst  Allied Chemical Ind.  Pensylvania Salt Manufacturing Company  Imperial Chemical of England  Produven ( Venezuela)  (Francia)

ANTECEDENTES  Los fluidos utilizados como sustancias de trabajo en las máquinas frigoríficas se denominan REFRIGERANTES. Los que se utilizaron en los inicios de la refrigeración mecánica fueron: - Cloruro de etilo (1717) - Éter etílico (1856) - Éter metílico (1864) - Anhídrido Sulfuroso (1874) - Amoniaco (1876) - Cloruro de metilo (1878) - Anhídrido carbónico (1878)

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• Estos son inflamables, corrosivos, tóxicos, no compatibles con muchos materiales, por ello se buscaron sustitutos que no tengan estos inconvenientes. Sin embargo, por sus buenas características termodinámica aún se usa el amoníaco. • Los sustitutos, que constituyen la segunda generación de refrigerantes se encontraron haciendo ensayos con los hidrocarburos, sustituyendo en sus moléculas total o parcialmente sus átomos de hidrógeno por los de cloro y/o flúor. Los más conocidos y usados son: - R-12 (1930) Diclodifluorometano - R-11 (1932) Triclofluorometano - R-22 (1935) Monoclorodifluorometano - R-502 (1963) Azeotropía de 48,8% de R-22 y 51,2 % de R-115 WWW.INPROTER.COM

TIPOS DE REFRIGERANTES

Hidrocarburos halógenos Mezclas azeotropicas Mezclas zeotropicas Compuestos inorgánicos Hidrocarburos Sustancias puras sintéticas

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-

Hidrocarburos halógenos.- Comprende refrigerantes que contienen uno ó más de los tres halógenos: cloro, flúor y bromo. Estos refrigerantes marcaron toda una etapa de utilización en la refrigeración y que aún relativamente siguen vigentes.

-

Mezclas azeotrópicas.- Nos referiremos mas adelante a ellas.

-

Hidrocarburos.- Algunos hidrocarburos se utilizan como refrigerantes, especialmente para uso en la industria del petróleo y petroquímica.

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REFRIGERANTES HIDROCARBUROS Designación Numérica

Nombre químico

Fórmula química

50

Metano

CH4

170

Etano

CH3 CH3

290

Propano

CH3 CH2 CH3

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HIDROCARBUROS H C

⇨ Hidrógeno y carbono

No son perjudiciales para la capa de ozono. No propician el calentamiento global. Europa: ¿Serán el reemplazo definitivos de los CFC?

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- Compuestos inorgánicos.- Muchos de los primitivos refrigerantes eran compuestos inorgánicos, algunos de los cuales todavía siguen utilizándose Designación Numérica

Nombre químico

Fórmula química

717

Amoníaco

NH3

718

Agua

H2 0

729

Aire

744

Anhídrido carbónico

C02

764

Anhídrido sulfuroso

S02

- Sustancias

orgánicas no saturadas.- Usados raramente, entre

estos tenemos el R-1150 Etileno y el R-1270 Propileno. WWW.INPROTER.COM

CLASIFICACIÓN SEGÚN NÚMEROS

R-10, 300 sustancias puras (propano 290) R-400 mezcla zeotropicas R-500 mezclas azeotropicas R-600 hidrocarburos R-700, 1000 sustancias inorgánicas

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REFRIGERANTES NATURALES  R-50  R-170  R-290  R-600  R-600a  R-717  R-718  R-728

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metano etano propano butano isobutano amoniaco agua nitrógeno

 R-729  R-732  R-740  R-744

aire oxigeno argon dióxido de

carbono  R-1150 etileno  R-1270 propileno

REFRIGERANTES SUSTANCIAS PURAS  R-11  R-113  R-144  R-12  R-123  R-13  R-134a  R-14

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 R-152a  R-21  R-22  R-23

MEZCLAS DE REFRIGERANTES ¿Para que se mezclan los refrigerantes? Para que se comporten como otro refrigerante Para disminuir su inflamabilidad Para lograr propiedades termodinámicas adecuadas ( presión, temperatura, capacidad volumétrica.) Para reducir su toxicidad

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MEZCLAS DE REFRIGERANTES a)Mezclas Azeotrópicas Se denominan a las mezclas de dos ó mas refrigerantes en una proporción que no cambian su composición cuando se están evaporando o condensando desde que los componentes tiene el mismo punto de ebullición o de condensación a cualquier presión se comportan como una sustancia pura.

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A este tipo de mezclas pertenecen el R-502 que está formado por: 48,8% de HCFC-22 y 51,2% de CFC-115 ( a presión atmosférica hierve a -45ºC ó -49ºF). El R-500 está formado por 73,8% de CFC12 y 26,2% de HFC-152a ( a presión atmosférica hierve a -34ºC ó 29ºF). WWW.INPROTER.COM

b) Mezclas zeotrópicas Se denominan a las mezclas de dos ó mas refrigerantes que se evaporar ó se condensan cada uno a temperatura diferentes, sin lograrse en ningún momento un comportamiento como si se tratase de un solo fluido. No es recomendable usarla en refrigeración ó en aire acondicionado.

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c) Mezclas cuasi-Azeotrópicas Son mezclas zeotrópicas que representan en algún punto de su concentración un acercamiento entre sus curvas de saturación. Este punto de cercanía ó punto de deslizamiento hace que su comportamiento se acerque a una mezcla azeotrópica. Es recomendable que al usar estas mezclas se agite bien el recipiente que los contiene antes de proceder a su uso y es preferible cargar en fase de mezcla líquida para tener una composición homogénea de refrigerante en el equipo frigorífico.

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REFRIGERANTES MEZCLAS  Azeotropicos

 Zeotropicos

 R-500  R-502  R-507  R-508a

 R-401A,B,C  R-402A,B  R-404A  R-406A  R-407A,B,C  R-408A  R-409A,B  R-410A,B

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• El Código de Seguridad para la Refrigeración mecánica ( Safety Code for Mechanical Refrigeration del American National Standards Institute ANSI), clasifica los refrigerantes en tres grupos. Esta clasificación abarca tanto la toxicidad como la inflamabilidad. Grupo 1  De alta seguridad. No se les considera ni tóxicos, ni inflamables, aquí se incluyen los refrigerantes halocarbonados. Grupo 2.  De media seguridad. En este grupo los refrigerantes tienen la toxicidad como característica dominantes y pueden ser inflamables y explosivos a un 3,5% en volumen. No pueden ser utilizados en equipos de Aire Acondicionado y el equipo debe estar fuera del edificio o del local.  Grupo 3  De baja seguridad. Comprende los refrigerantes que pueden ser combustibles ó explosivos por debajo del 3,5% envolumen. No son generalmente tóxicos, aunque requieren de reglamentos especiales para su empleo y personal altamente calificado; aquí estarían comprendidos los refrigerantes hidrocarburos. • La Underwriters Laboratories (UL) clasifica asimismo la seguridad de los refrigerantes, utilizando una escala de 1 al 6. WWW.INPROTER.COM

ENVASES DE LOS REFRIGERANTES

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El dispositivo mas usado es el tapón fusible que consiste en un tapón metálico de una aleación especial que se derrite rápidamente al llegar a los 165ºF ó 74 ºC. Aún cuando un cilindro esté dotado de un tapón fusible debe evitarse un llenado excesivo, porque un cilindro lleno mas allá de la capacidad marcada puede alcanzar una presión peligrosa antes de alcanzar la temperatura de fusión del tapón.

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DETECCIÓN DE FUGAS  Los métodos de fugas que se discuten se relacionan con los refrigerantes, ya que una descripción más detallada corresponde a un Manual de Servicio.  Las fugas se pueden detectar ya sea presurizando el sistema y comprobando las fugas al exterior, o produciendo un vacío parcial en el sistema, y luego comprobando la existencia de un aumento en la presión.

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 Los métodos para detectar las fugas, y los equipos utilizados difieren en cuanto sus sensibilidad, costo y refrigerantes para los que resultan apropiados.  El detector electrónico de fugas, utilizado en los refrigerantes halocarbonados, es un dispositivo muy sensible que puede detectar fugas extremadamente pequeñas ( 0,01 onzas en 1 año).

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RELACIÓN ENTRE EL REFRIGERANTE Y EL ACEITE

 La capacidad de un refrigerante líquido para mezclarse con aceite, se llama MISCIBILIDAD y en general todos los refrigerantes cloro fluoro carbonados (CFC) son miscibles en mayor o menor grado con el aceite.  El amoníaco ( R-717) es un refrigerante no miscible con el aceite en todos los rangos de temperatura, debiendo usarse para ello separadores de aceite la descarga de los compresores.

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TONELADA NORMA DE REFRIGERACIÓN  En las Tablas anteriores se observa que se han tomado como temperaturas de comparación de todos los refrigerantes los valores de 5ºF y 86ºF.  Estos valores no se escogido al azar porque son resultados de múltiples discusiones y reuniones de los representantes de las principales fábricas de equipos de refrigeración.  Por otro lado también se estableció una unidad que sirva de comparación de CAPACIDADES de los equipos fabricados, esto es la cantidad de calor horaria que son capaces de evacuar desde un ambiente; dicha unidad es la: TONELADA NORMA DE REFRIGERACION

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• LA TONELADA DE REFRIGERACION SE DEFINE COMO: • “ CANTIDAD DE CALOR QUE SE NECESITA PARA DERRETIR UNA TONELADA DE HIELO A PRESIÓN ATMOSFÉRICA, DURANTE EL DÍA” • Como para derretir una libra de hielo se necesita 144 BTU, numéricamente tendremos:

BTU 2000lbx144 lb 1Ton  24 hr

1 Ton = 12000 BTU/lb 1 Ton = 3024 kcal/hr = 50,4 kcal/min.

• También se considera: • En el S.I.: WWW.INPROTER.COM

1 Ton = 200 BTU/min

1 Ton = 3,51 kW

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REFRIGERAN TES ECOLÓGICOS

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ANTECEDENTES • En 1974 un grupo de científicos investigaban los efectos del Oxido de nitrógeno que los motores de reacción del avión supersónico CONCORDE entregaban a la estratosfera porque ya tenían conocimiento que este gas destruía al ozono presente en esta zona conocida como la CAPA DE OZONO Con asombro encontraron átomos de cloro en cantidad tal que estaban destruyendo rápidamente al ozono presente.

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Diversos tipos de Carcinoma Basal WWW.INPROTER.COM

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Proceso de agotamiento del ozono estratosférico. El proceso comienza con la emisión de gases fuentes de halógenos en la superficie terrestre y termina cuando los gases de halógeno reactivos son dispersados por las precipitaciones en la tropósfera y depositados en la superficie terrestre. En la estratósfera, el monóxido de cloro (ClO) y el monóxido de bromo (BrO) destruyen el ozono. WWW.INPROTER.COM

 CLORO Y BROMO PRODUCIDOS POR EL HOMBRE

- La actividad del hombre produce gases fuentes de halógenos que contienen átomos de cloro y bromo. - Estos compuestos llegan a la atmósfera y terminan destruyendo el ozono de la estratósfera. - Las sustancias agotadoras de ozono que sólo contienen carbono, cloro y flúor se llaman “clorofluorocarbonos”, que se abrevian CFCs.

Las sustancias que contienen cloro fueron usadas ampliamente en refrigeración, aire acondicionado, espumas, propulsores de aerosol, limpiadores de metales y componentes electrónicos. WWW.INPROTER.COM

Qué productos destruyen la capa de ozono?

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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 construcción, la industria automotriz y la fabricación de envases, la limpieza y funciones similares.

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El bromuro de metilo se utiliza como un fumigante de múltiples aplicaciones y se usa en algunos procesos químicos y en la síntesis orgánica. Otros compuestos de cloro y bromo, como el tetracloruro de carbono, el metil cloroformo y el bromuro de metilo, también son dañinos para la capa de ozono WWW.INPROTER.COM

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PROTOCOLO DE MONTREAL - En 1985, 20 países firmaron en Viena el tratado denominado Convenio para la Protección de la Capa de Ozono, acordando tomar medidas necesarias para proteger la capa de ozono. - El Convenio de Viena ha apoyado investigaciones, intercambio de información y futuros protocolos. - Debido al creciente interés, se firmó en 1987 y se ratificó en 1989 el Protocolo de Montreal relativo a las sustancias que agotan la Capa de Ozono. - En este Protocolo se establecen normas de control para los países desarrollados y en desarrollo sobre la producción y consumo de las sustancias agotadoras de ozono.

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Producción de CFC’S y su proyección con los protocolos: PRODUCCION DE CFC's (% DE 1956)

100

MONTREAL

50

COPENHAGUE

1986

90

LONDRES

95

AÑOS 2000

2000

Fig. 2.1 Gráfico que muestra la producción de CFC's y su proyección con los Protocolos WWW.INPROTER.COM

• El consumo de las sustancias controladas, fueron divididas en dos grupos distintos y un grupo de Transición:

GRUPO I (CLOROFLUORCARBONOS O CFCs) - Utilizados en su mayoría como refrigerantes, agentes expansores, propelentes y agentes de limpieza. GRUPO II (HALONS) - Utilizados en su mayoría como agentes para combatir el fuego. GRUPO DE TRANSICIÓN (HIDROCLOROFLUORCARBONOS ó HCFC’s - Utilizados como refrigerantes y agentes expansores. WWW.INPROTER.COM

REFRIGERANTES DEL GRUPO I Y EL FACTOR ODP SUSTANCIA

FORMULA QUIMICA

ODP

CRONOGRAMA DE DESACTIVACION

CFC-11

CFCl3

1,0

Ver observaciones

CFC-12

CF2Cl2

1,0

“

CFC-113

C2F3Cl3

0,8

“

CFC-114

C2F4Cl2

1,0

“

CFC-115

C2F5Cl

0,6

“

CFC-13

CF3Cl

1,0

“

CFC-111

C2FCl5

1,0

“

CFC-112

C2F2Cl4

1,0

“

CFC-211

C3FCCl7

1.0

“

CFC-212

C3F2Cl6

1,0

“

CFC-213

C3F3Cl5

1,0

“

CFC-214

C3F4Cl4

1,0

“

CFC-215

C3F5Cl3

1,0

“

CFC-216

C3F6Cl2

1,0

“

CFC-217

C3F7Cl

0,6

“

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Observaciones: Países Desarrollados:  En 1994 el nivel calculado de consumo no debe exceder a 25% del nivel calculado de consumo del año 1986  En 1996 el nivel calculado e consumo no debe exceder a cero, o sea, durante el año 1995 debe ser realizada la eliminación completa de los CFC’s. Algunas de las naciones europeas adoptaron medidas aún más restrictivas, proponiendo la eliminación total de los CFC’s hasta el final de 1994. Países en Desarrollo:  Más 10 años de las fechas indicadas para los Países en Desarrollo.  Deben ser consideradas las presiones del mercado y la disponibilidad de clorofluorcarbonos. WWW.INPROTER.COM

Nota: - No obstante las sustancias del GRUPO II presentan potenciales de destrucción de la capa de ozono muy superiores a las del GRUPO I, el nivel de producción mundial de los halones es significativamente bajo en relación a los CFC’s. - Tanto las sustancias del GRUPO II, así como las del GRUPO DE TRANSICION, han sido mencionadas aquí por su relación, aunque no presentan una aplicación directa con el uso en la Refrigeración. Las disposiciones del Protocolo deben ser aceptadas por los países firmantes, pero han hecho excepciones con países cuyo consumo sea igual o menor a 0,3 kg. de gas/año/cápita, por razones de cambios de tecnología más lentos, razones económicos y principalmente por el bajo consumo de refrigerantes, estos países entre los cuales está el Perú tienen un trato especial para que utilicen los CFC por mayor tiempo y se acomoden gradualmente al uso de los REFRIGERANTES ECOLÓGICOS que irán apareciendo. WWW.INPROTER.COM

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 P5: ¿Cuándo se recuperaría la capa de ozono?

- Se espera que la capa de ozono se recupere a mediados del siglo XXI, asumiendo un cumplimiento global del Protocolo de Montreal. - Las sustancias que contienen cloro y bromo, causantes del agotamiento de ozono, disminuirán en las próximas décadas bajo las normas del Protocolo. - Sin embargo, las erupciones volcánicas en las próximas décadas pueden retrasar la recuperación del ozono por varios años y el cambio climático puede retrasar o acelerar dicha recuperación.

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UNA ATMÓSFERA DIFERENTE EN 2050 - Para mediados del siglo XXI, la cantidad de halógenos en la estratósfera sería similar a la de 1980, previo al agujero de ozono . Sin embargo, no todo volvería a ser igual que en 1980. - Por ejemplo, desde 1980 se ha registrado un aumento en la concentración de importantes sustancias de efecto invernadero producidos por el hombre, incluyendo dióxido de carbono, metano y óxido nitroso. - La acumulación de estas sustancias causaría un calentamiento de la superficie y un enfriamiento de la estratósfera. WWW.INPROTER.COM

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FUENTE BIBLIOGRAFICA - Organización Meteorológica Mundial (WMO) - Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) istración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) - istración Nacional de Aeronáutica y Espacio (NASA) Comisión Europea David W. Fahey - Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático y Grupo de Evaluación Tecnológica y Económica - CIAR 2007 IX CONGRESO IBEROAMERICANO DE AIRE ACONDICIONADO Y REFRIGERACIÓN Lima – Perú WWW.INPROTER.COM

NOMENCLATURA Las siglas que comúnmente se emplearán son: - CFC Cloro Fluoro Carbonado; denominación que abarca algunos de los productos reglamentados por el Protocolo de Montreal. - HFA  Hidro Fluoro Alcano; denominación que engloba los productos de sustitución, los cuales pueden ser clasificados en HCFC ó HFC según que contenga o no cloro. - HCFC  Hidro Cloro Fluoro Carbonado - BFC  Bromo Fluoro Carbonado - HFC  Hidro Fluoro Carbonado - MP; HP  Mezclas - ODP  Coeficiente de Depleción del ozono (Ozone Depletion Potential) WWW.INPROTER.COM

- GWP Coeficiente de calentamiento de la atmósfera (Global Warning Potential) - AFEAS  Alternative Fluorocarbon Environmetal Acceptability; Consorcio en el que participa los principales productores de CFC, entre ellos ATOCHEM, y que estudia el impacto potencial de los nuevos productos en el ambiente. - PAFT  Program for Alternative Fluorocarbon Toxicity. Consorcio en el que participa los principales productores de CFC, y que estudia la toxicidad de los nuevos productos. - PVD  Países en vías de desarrollo. - UNEP  PNUE ;United Nation Enviroment Program. Programa de las Naciones Unidas sobre el medio ambiente. WWW.INPROTER.COM

RELACIÓN ENTRE LOS REFRIGERANTES ECOLÓGICOS Y LOS ACEITES

 El refrigerante HCF-134a es el Tetra Fluoro Etano (CF3 - CH2 F ó C2 H2 F4 ) que no contiene cloro en sus moléculas y por ello no destruye la capa de ozono. Este refrigerante no puede ser utilizado con los aceites minerales que tradicionalmente se han venido utilizando en los compresores de refrigeración y de aire acondicionado porque no son MISCIBLES, habiéndose desarrollado, por ello aceites sintéticos como el POLYALKYLENGLICOL (PAG) que tiene el inconveniente de ser muy higroscópico y el POLYOLESTER (POE) que es menos higroscópico que el anterior. El uso de uno u otro lubricante es recomendado por el fabricante del compresor empleado. WWW.INPROTER.COM

• El refrigerante HP-62 es un refrigerante de la familia SUVA, nombre con el que se designa a los refrigerantes que son MEZCLAS CUASIAZEOTROPICAS que tampoco contienen cloro. Otros fabricantes también han producido mezclas de este tipo pero tienen otros nombres y otra nomenclatura numérica. • Debido a la diversidad de mezclas no se han puesto de acuerdo para tener una nomenclatura universal.

• Estos refrigerantes tampoco pueden utilizarse con los aceites minerales conocidos, habiéndose desarrollado otro tipo de aceites como es el ALKYLBENZENICO. El único de esta familia de mezclas que debe usar aceite POLYOLESTER es el SUVA HP-62 WWW.INPROTER.COM

• Los aceites sintéticos ALKYLBENZENICOS tienen la ventaja de que también pueden usarse con los refrigerantes CFC ó HCFC que contienen cloro. Pero los aceites PAG y/o POE no pueden porque reaccionan con las tuberías principalmente, produciéndose lo que se denomina “cobreado” que no es otra cosa que la destrucción de las superficies internas de las tuberías por efecto del aceite y del cloro presentes. Si hay humedad la reacción es mayor.

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• Podemos hacer una recomendación tabulada sobre el comportamiento de los aceites CFC-12 y el HFC-134a: CFC-12

HFC134a

MINERAL NAFTENICO

+

-

MINERAL PARAFINICO

+

-

SINTETICO ALKYLBENZENICO

+

-

SINTETICO POLYALKYLENGLICOL (PAG)

-

+

SINTETICO POLYOLESTER

-

+

TIPO DE ACEITE

RELACION DE LOS REFRIGERANTES Y EL TIPO DE ACEITE

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A continuación presentamos un cuadro de refrigerantes que son mezclas que son mezclas cuasi-azeotrópicas que podríamos reemplazar transitoriamente al R-12 y al R-502 REFRIG R-12

R-512

SUSTITUTO O APLICACIÓN MP-33 MP-39 MP-52 MP-66

(temp. (temp. (temp. (temp.

media) media -10ºF) alta AA) baja -10ºF)

HP-62 (temp. media y baja)

HP-80 (temp. media y baja) HP-81 (temp. media)

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HCF

HFC152a

HCFC124

40 52 33 60

17 15 15 13

43 33 52 27

HFC-125

HFC143a

HFC134a

42

52

4

HCFC-22

HFC125

HC290 Propano

38 60

60 38

2 2

REFRIGERANTES SUSTITUTOS

• Recientemente

se

han

encontrado

otras mezclas

para

remplazar al R-502 tales como AZ-.50 (Allien Chemical) FX-10 y FX-70 (ELF Atochem).

• Como hay muchos fabricantes que dan diversos nombres a similares productos, para tener nomenclaturas genéricas, la ASHRAE está identificando las mezclas, de la siguiente manera: R-401a (MP-39) R-401b (MP-66)

R-402a (HP-80) WWW.INPROTER.COM

R-404a (HP-62; FX-70)

REFRIGERANTES SECUNDARIOS  A menudo es inconveniente o antieconómico el hacer circular un refrigerante directamente por la zona que se quiere el enfriamiento. Por ello se emplea un sistema de refrigeración “indirecta” que consiste en enfriar el agua, salmuera o una solución anticongelante por medio de un refrigerante en un enfriador de líquidos, bombeándose luego a través de tuberías apropiadas hacia la zona que se desea enfriar.

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El líquido bombeado recibe el nombre de:

REFRIGERANTE SECUNDARIO.

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Los refrigerantes secundarios mas utilizados son los siguientes:  AGUA  SALMUERA  SOLUCIÓN ANTICONGELANTE

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a) Agua.- Muy usada en sistemas grandes de acondicionamiento de aire. Se limita sus aplicaciones de temperatura superior a su punto de congelación. Gracias a su fluidez, alto calor específico y alto coeficiente convectivo del calor, relativo bajo costo, es un refrigerante secundario excelente. b) Salmuera.- Como el agua se emplea en aplicaciones con temperaturas superiores a su punto de congelación, para menores temperaturas se emplean soluciones salmas o salmueras. WWW.INPROTER.COM

 Cuando se disuelve una sal en agua, la temperatura de congelación de la solución es menor que la del agua pura, pero si se aumenta mas y mas sal llega un momento en que se alcanza la mas baja temperatura de congelación de la solución, a esto se llama “SOLUCION EUTECTICA” . Si se agrega mas sal la temperatura de congelación nuevamente aumentara por que el exceso de sal comienza a precipitarse como cristales.

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• Gráficamente se puede mostrar ese comportamiento:

Gráfico T vs. WWW.INPROTER.COM

concentración

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 Por ejemplo una salmuera de Cloruro de Calcio con una densidad BAUME de 39,1 se congelará a 0ºC a pesare de tener más sal que una salmuera de densidades BAUME de 22,1 que se congela a 17,4ªC. Para fabricar hielo y chupetes se recomienda una densidad BAUME entre 25 y 30.  La densidad de las salmueras debe comprobarse continuamente porque varía al perderse líquido cuando se sacan los moldes y también existe condensación de la humedad del ambiente.  También debe verificarse que el HP de las salmueras esté entre 7 y 8,5, si pH > 8,5 corregir alcalinidad agregando DICROMATO DE SODIO si pH < corregir acidez agragando SODA CÁUSTICA WWW.INPROTER.COM

• Las salmueras que más se utilizan son: Salmuera de Cloruro de calcio.- Para aplicaciones de temperaturas inferiores a -18ºC ó 0ºF. La temperatura más baja de congelación ( Concentración eutéctica) que se obtiene es de -55ºC ó -67ºF con una concentración de CaCl2 de 30% en peso. Su desventaja es su efecto deshidratante y su tendencia a impartir un sabor amargo a los alimentos. Punto de Congelación (ºC)

ºBAUME

Densidad (kg/m3 )

Peso de sal en 100 litros de agua (kg)

0

0,1

1000

0,1

-1,8

4,3

1030

3,7

-3,7

8,3

1060

7,6

-6,1

12,0

1090

11,7

-9,1

15,6

1120

15,9

-12,7

18,0

1150

20,2

-17,4

22,1

1180

24,1

-23,3

25,1

1210

29,6

-43,6

30,8

1270

30,7

-55

32,2

1280

42,7

-50,6

32,5

1290

43,5

-33,9

34,2

1310

47,3

-15,6

36,7

1340

53,2

0

39,1

1370

59,4

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Salmuera de Cloruro de sodio.- Que se emplea en aquellas aplicaciones donde se excluye el uso de la otra salmuera. La temperatura más baja obtenible es de -21ºC ó -6ºF (Concentración eutéctica) que se logra con una concentración de NaCl ó sal común de 23% en peso. Punto de Congelación (ºC)

ºBAUME

Densidad (kg/m3 )

Peso de sal en 100 litros de agua (kg)

0

0,1

1000

0,1

-1,7

3,0

1020

3,0

-3,6

5,7

1040

5,9

-5,5

8,3

1060

9,0

-7,8

10,8

1080

12,3

-10,4

13,2

1100

15,7

-13,2

15,6

1120

19,3

-16,2

17,8

1140

23,1

-19,4

20,0

1160

26,9

-21,2

21,1

1170

29,0

-17,3

22,1

1180

31,1

-11,1

23,1

1190

33,1

-2,7

24,2

1200

35,3

0

24,4

1203

35,7

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c) Solución anticongelante.- Las salmueras de un sólido disuelto en agua y las soluciones anticongelantes son soluciones de líquidos disueltos en agua. Los anticongelantes mas usados y conocidos son: * Glicol etilénico * Glicol propilénico

* Metanol * Glicerina A diferencia de las salmueras, estas soluciones no son corrosivas, no son electrolíticas y por lo tanto pueden emplearse en sistema

que tengan metales diferentes. No se evaporan bajo condiciones de operaciones normales. WWW.INPROTER.COM

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SISTEMA DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR

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CICLO DE REFRIGERACIÓN POR OMPRESIÓN DE VAPOR En este ciclo se utiliza la evaporación para retirar el calor del ambiente a refrigerar y la condensación para eliminar el calor al medio ambiente.

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CICLO TERMODINAMICO ESTANDAR DE COMPRESIÓN DE VAPOR

El ciclo de Carnot en una máquina a térmica ya nos es familiar desde los estudios de termodinámica. La máquina térmica de Carnot está representada esquemáticamente en la Figura 2-1.

CICLO TERMODINAMICO ESTANDAR DE COMPRESIÓN DE VAPOR

Coeficiente de funcionamiento Para poder evaluar el grado de bondad del funcionamiento de un sistema de refrigeración, debe definirse un término que exprese su efectividad. La idea del índice de funcionamiento del ciclo de refrigeración es la misma que la idea que se tiene prácticamente del rendimiento, es así que el índice de funcionamiento en el ciclo de refrigeración se llama coeficiente de funcionamiento, está definido por: refrigerac ión útil coeficient e de funcionamiento  trabajo neto

CICLO ESTANDAR DE COMPRESIÓN DE VAPOR

El ciclo estándar de compresión de vapor se muestra en la figura 3.2. Los procesos que comprende el ciclo estándar de compresión son:

2.2. CICLO TERMODINAMICO ESTANDAR DE COMPRESIÓN DE VAPOR

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EJEMPLO DEL EQUIPO Y DISPOSICIÓN DE LA TUBERÍA DE UN SISTEMA DE COMPRESIÓN DE VAPOR

VALVULA DE EXPANSION TERMOSTATICA

LINEA DEL CONDENSADO,C

LINEA DEL LIQUIDO, D

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DEPOSITO

3

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• En este ciclo estándar de compresión de vapor se tienen los siguientes procesos:  1-2 Compresión adiabática- reversible, desde la presión de vapor saturado del evaporador a la presión del condensador.  2-3 Rechazo de calor del refrigerante desde vapor sobrecalentado hasta su posterior condensación.  3-4 Expansión irreversible a entalpía constante desde líquido saturado a la presión del condensado hasta la presión del evaporador.  4-1 Entrega de calor al refrigerante a presión constante durante la evaporación. • En las siguientes figuras se muestra el Ciclo de Refrigeración por Compresión de vapor en los diagramas h-s; T-s y p-h. WWW.INPROTER.COM

Diagramas h-s; T-s y p-h del Ciclo de Refrigeración por Compresión de vapor.

• En la práctica de la refrigeración, la entalpía es una de las propiedades más importantes al igual que la presión, pueden determinarse fácilmente, por este motivo que el diagrama más utilizado es el de presión- entalpía.

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PARÁMETROS PARA EL ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL SISTEMA

Existen parámetros significativos para analizar el comportamiento tanto del sistema como de los elementos que lo conforman, estos son: - Trabajo de compresión - Efecto refrigerante

- Calor cedido - Coeficiente de performance (COP) - Caudal en volumen por TON - Potencia por TON. WWW.INPROTER.COM

Trabajo de compresión  Se puede obtener mediante la aplicación de la primera ley de la termodinámica en un flujo de estado estable, en el caso en que sean despreciables las variaciones de energía cinética y potencial, queda: h1 + q = h2 + w

• Como normalmente el proceso de compresión es adiabático ( q = 0); el trabajo por unidad de masa será: w = h1 - h2

• El cual tendrá un valor negativo, indicándonos que el trabajo se realiza sobre el sistema. Este cálculo es muy importante porque su costo puede ser uno de los mayores del sistema. WWW.INPROTER.COM

Efecto refrigerante Es el calor absorbido por el sistema en el proceso 4-1; es decir h1 - h4 y su cálculo es necesario por ser el único efecto útil del sistema.

Calor cedido Es el calor cedido durante el proceso 2-3 y tiene por valor : h2 -h3 ; con este valor se puede dimensionar el condensador y encontrar la cantidad de fluido ( aire ó agua) requerido para llevarse este calor. WWW.INPROTER.COM

Coeficiente de Performance (COP) • Es por definición el cuociente entre el efecto de refrigeración y el trabajo de compresión realizado.

h1  h4 COP  h2  h1

h1  h4 COP  h2  h1

Este valor es conveniente que sea lo más alto posible.

• Analizaremos que efecto tienen las presiones del condensador y evaporador sobre el COP. En la Fig. 3.4 se muestra dos ciclos con la misma presión del evaporador; pero con diferente presión de condensación. Los coeficientes de performance serán:

h1  h4 COP  h2  h1 • Del diagrama: • Luego: WWW.INPROTER.COM

h1 - h4 > h1 - h4 COP > COP’

h2 - h1 < h2 - h1

Diagrama p-h mostrando un ciclo de refrigeración por compresión de vapor variando la temperatura de condensación

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Conclusión: “ A menor presión del condensador, mayor será el Coeficiente de performance, por lo tanto el mismo calor puede ser obtenido con menor trabajo.” • La limitación que se tiene para el empleo de presiones lo más bajas posibles del condensador, es la temperatura del fluido que se emplea para extraer el calor del condensador. • Similarmente conoceremos el efecto de la presión del evaporador, considerando en la Fig. 3.6, dos ciclos con la misma presión de condensación pero con diferentes presiones en el evaporador. • Los coeficientes de performance serán:

h1  h4 COP  h2  h1 • Siendo: • Luego: WWW.INPROTER.COM

h1  h4 COP  h2  h1

h1 - h4 = h1 - h4 COP > COP

y: h2 - h1 > h2 - h1

Diagrama p-h mostrando un ciclo de refrigeración por compresión de vapor variando la temperatura de evaporación

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Efecto del cambio de la temperatura de evaporación en un ciclo ideal, sobre hp/TON; PCM/TON; y COP R-12

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TEMPERATURA DE EVAPORACION, ºF

CONCLUSION: “

A

mayor

mayor

presión

será

el

del

evaporador,

coeficiente

de

performance”  La

limitación

está

condicionada

por

la

temperatura que se desea mantener en el medio refrigerado, así como la diferencia de temperatura

entre

el

refrigerante

evaporándose y el medio. Si la diferencia se hace pequeña, es mayor la superficie del evaporador y por lo tanto también su costo.

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Caudal en volumen por TON Es expresado en m3 /min y por TON y se mide a la entrada del compresor. Su utilidad reside en que nos muestra una idea aproximada del tamaño del compresor.

Potencia por TON Es la inversa del coeficiente de performance y similarmente es un índice que mide el funcionamiento de un sistema.

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La modificación el ciclo simple se hace empleando un intercambiador de calor, con el objeto de sub- enfriar el líquido saturado que sale del condensador mediante el vapor procedente del evaporador.

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• El balance térmico en el intercambiador es: h 3 - h 4 = h1 - h 6 • El efecto refrigerante en este caso:

h 6 - h5

• Se puede observar que se ha incrementado con respecto al ciclo estándar; sin embargo el trabajo de compresión h2 - h1, también es mayor, por lo que el COP no sufre una variación apreciable. • De lo anterior se desprende que no hay una aparente ventaja del empleo del intercambiador, sin embargo con esta variante se consigue garantizar que no ingrese ningún líquido al compresor (succión seca).

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