GASES REFRIGERANTES Y SISTEMAS DE LIMPIEZA … · Web viewEs el refrigerante destinado a sustituir las aplicaciones en general del A/A. Su tecnología de compresión y sus componentes

4º Curso Técnico 2003: Totalmería, S.A./Castellana de Suministros Frigoríficos, S.A.

GASES REFRIGERANTES Y SISTEMAS DE LIMPIEZA DE CIRCUITOS FRIGORÍFICOS

Ponente: Fernando Gutiérrez Antolín. Ingeniero Técnico Industrial.

ÍNDICE:a) Gases Refrigerantes Alternativos.b) Concepto de Aceites.c) Mezclas no Azeotrópicas. Deslizamiento de Tª (Glide).

Ajuste de la Carga de Gas.d) Normativa Vigente en la Gestión de Residuos.e) Sistema de Limpieza de Instalaciones Frigoríficas.

SEPTIEMBRE 2003


REFRIGERANTES ALTERNATIVOS, USOS Y APLICACIONES

1. INTRODUCCIÓN:

En 1928, en el Departamento de Investigación de General Motor, buscando un

refrigerante seguro (no inflamable, de baja toxicidad), para aplicaciones del A/A del

automóvil, se descubrió el CFC-12. Como en aquellos entonces, Du Pont era propietario

de una gran cantidad de acciones de la Compañía y, además, una empresa de importante

capacidad en la Industria Química, tuvo la oportunidad de desarrollar comercialmente

(1931) el primer refrigerante halocarbonado totalmente halógeno (CFC-12), con el

nombre comercial de Freon, razón por la cual, durante muchos años sólo ha existido

este producto, y en el mundo de la refrigeración ha utilizado esta nomenclatura de forma

genérica.

También fue Du Pont quien desarrolló otros productos halogenados como el

HCFC-22 (1936) o azeotropos, como el R-502 para bajar la Tª de descarga cuando el

R-22 evapora a baja Tª, etc. hasta incluso algunos HFC como el R-152-a para usar con

R-12 como azeotrópico y mejorar la capacidad frigorífica del R-12.

Estos refrigerantes posteriormente se han fabricado por otros 18 productores de

la industria química con otros nombres comerciales, como FORANE, KALTRON,

FRIGEN, etc. durante 60 años aproximadamente con otros usos además de cómo

refrigerante, como: “agentes para la espuma de poliuretanos”, “agentes de

limpieza” y “agentes para la Industria de Aerosoles”, “agentes para extinción de

incendios”, etc.

Todo ello, hasta que Ronald & Molina (dos científicos americanos) se

plantearon que, dada la estabilidad de los refrigerantes halogenados, cuando se escapan

a la atmósfera, podrían tardar mucho tiempo en combinarse con otros productos y/o

destruirse su propia molécula, con lo que pensaron que podrían subir a la estratosfera y

crear algún problema medioambiental, reaccionando con la molécula del O3 (Ozono)

que sirve de filtro de los rayos ultravioletas del sol Tipo B que nos protegen la vida en

La Tierra.


Después de una investigación científica y profunda al respecto y demostrado que

este desastre ecológico, los países desarrollados a nivel mundial, llegaron a un consenso

que se llamó “Protocolo de Montreal”(1987), para eliminar los refrigerantes que

contienen Cloro, cuyos átomos reaccionan negativamente para destruir el O3. La

propuesta inicial fue eliminar al menos el 50% del CFC que se fabricaba entonces para

las distintas aplicaciones de la Industria, antes del año 2000.

La Investigación y desarrollo de la Industria Química de los primeros productos

como refrigerantes y otra vez Du Pont a la cabeza en este trabajo, han sido capaces de

encontrar soluciones alternativas para salir de todas las aplicaciones de CFC’s y

HCFC’s, y por tanto, los políticos de los Países Desarrollados, han ido reduciendo la

producción de dichos sustancias, de forma que hoy, es posible disponer de soluciones

alternativas con productos HFC’s (sin Cloro) para las aplicaciones de la Refrigeración

y el A/A, así como para otras aplicaciones de la espuma, limpieza, aerosoles y extinción

de incendios con otros productos sustitutos.

Los países llamados “del Artículo 5º del Protocolo de Montreal”, es decir, los

países NO desarrollados o en vías de desarrollo, se van adaptando paulatinamente con el

tiempo, para salir también de los productos con Cloro, ayudados por los Países

desarrollados y por la propia inercia de la fabricación de componentes cada día más

disponibles con los refrigerantes alternativos y menos disponibles para uso de CFC’s.

Otro concepto global que afecta al medioambiente que no podemos pasar por

alto, es el Calentamiento Global o Efecto Invernadero, cuyo valor total TEWI es

importante para evitar posibles deshielos de los polos, que dificultarían la vida en La

Tierra, al crecer el nivel del mar, si esto llegase a ocurrir.


2. ELECCIÓN DE UN REFRIGERANTE.2.1. FACTORES A OPTIMIZAR:

2.2. CLASIFICACIÓN DE LA SEGURIDAD:

TOXICIDAD INFLAMABILIDAD

OZONO ESTRATOSFÉRICO

CALENTAMIENTO GLOBAL DEGRADAC IÓN DE PRODUCTOS

OZONO TROPOSFÉRICO

PROPIEDADES FÍSICAS EFICIENCIA ENERGÉTICA

COMP. DE MATERIALES ECONOMÍA

INFLAMABILIDAD MÁS ALTA

A3

INFLAMABILIDAD BAJA

NO PROPAGALA LLAMA

B3

B2A2

B1A1TOXICIDAD

BAJATOXICIDAD

ALTA


Para productos nuevos, ASHRAE los clasifica antes de nominar con el nº R-____, como A1, A2, etc. como indica la imagen nº4. Cuando un producto es mezcla no azeotrópica, hay que significar, por ejemplo, A1/A2, la segunda parte, hasta después de la barra sería la que podría formar el producto en el caso más desfavorable de su posible descomposición.

2.3. EFECTO INVERNADERO.DIRECTO: El que realiza la molécula directa en sí misma cuando se escapa a la

atmósfera inferior y es capaz de absorber directamente el calor de la Tierra.INDIRECTO: Los que realiza el CO2 producido en Centrales Térmicas al

quemar combustibles fósiles (petróleo, carbón) para producir energía eléctrica para el frigorífico.

TEWI: la suma del directo más el indirecto.

IMPACTO TOTAL EQUIVALENTESOBRE EL CALENTAMIENTOAislante: 1%Agente Frigorífico: 1%CO2 de la ProducciónDe Electricidad: 98%

Congelador domésticoó

Equipo de A/A, movidosPor electricidad

Central Eléctrica Térmica

CO2


3. TIPOS DE PRODUCTOS A EMPLEAR.

4. CLASIFICACIÓN SEGÚN SU CONTENIDO EN CLORO Y ESTABILIDAD.

5. REFRIGERANTES ALTERNATIVOS, USOS Y APLICACIONES.

5.1. REFRIGERANTES PARA NUEVOS EQUIPOS.

Optimizando el refrigerante a elegir, según la recomendación expuesta en este trabajo resumen, podremos observar que el aumento de la presión de trabajo mejora la capacidad frigorífica(menor afectación al calentamiento global o efecto invernadero), reduciendo el tamaño de los equipos, por lo que la tendencia se puede observar en la siguiente figura.

- Hidrocarburos: propano, butano.- Refrigerantes Inorgánicos: CO2, SO2, NH3, CICH3

- Refrigerantes Halocarbonados:• CFC: Cloro-Fluoro-Carbonos: Cl2F2C- R-12• HCFC: Hidro-Cloro-Fluoro-Carbonos: HClF2C- R-

22• HFC: Hidro-Fluoro-Carbonos: HF3C- R-23

BajaNuloHF3CR-23HFC

MediaMedioHClF2CR-22HCFC

MuchaAltoCl2F2CR-12CFC

Estabilidad en la atmósfera

Contenido en Cloro

ComposiciónEjemploTipo de Producto


Las aplicaciones generalizadas quedan reducidas a:

MEDIA PRESIÓN DE TRABAJO.---------------PRODUCTO: 134-a.

Producto puro de la química, no inflamable, poco tóxico, de capacidadFrigorífica, COP y Tª y presión de descarga similar al R-12, siempre que se evapora por encima de –10ºC, sus aplicaciones son reducidas a:

- Aire Acondicionado del automóvil.- Aire Acondicionado en grandes máquinas con sistemas de turbo-

compresión-- Frío comercial/doméstico en pequeñas capacidades y aplicación en la

conservación de productos frescos.

ALTA PRESIÓN DE TRABAJO.(Hasta 25 bar) -----------PRODUCTO: R-407.

Refrigerante equivalente al R-22 en aplicaciones de A/A. Mezcla no azeotrópica de productos puros HFC.

No es el producto para el futuro en aplicaciones de A/A, si bien servirá para dos cosas:

A) Llevar a la obsolescencia los equipos de A/A que contienen R-22 hoy, simplemente limpiando los circuitos de residuos de aceite mineral o alquilbenzénico.

B) Construir equipos, hoy del tipo HFC, sin Cloro, con la Tecnología disponible de compresión, mientras se desarrolla la fabricación de componentes para usar otro refrigerante de mayor presión de trabajo como el R-410-A.

En ningún caso podrá servir para sustituir máquinas de sistemas de turbo-compresión que hoy utilicen R-22, ya que es una mezcla y el sistema de compresión no lo permite.

R-11 R-12R-500

R-22R-502

R-134a R-404AR-407C R-410A

Mayor Presión de Trabajo


(Hasta 40 bar) -------------PRODUCTO: R-410A.

Es el refrigerante destinado a sustituir las aplicaciones en general del A/A. Su tecnología de compresión y sus componentes están desarrollados hoy para equipos domésticos y están en fase de desarrollo para equipos de mayores potencias. Hay grandes máquinas que soportan más alta presión hoy. Pueden, y de hecho la utilizan, siempre con compresión del tipo alternativo o rotativo.

El R-410 A es un producto mezcla prácticamente azeotrópico (muy cerca) con mayor presión de trabajo que el R-22 y permite mejorar el COP, la capacidad frigorífica, con buenos resultados de Tª de descarga y presión de descarga y reducir el tamaño de los equipos.

R-404 A: Producto destinado a la refrigeración (casia azeotrópico) como estándar (mezcla de HFC). Es lo más parecido al R-502. Sirve para la media y baja Tª de evaporación dentro de la refrigeración comercial, en un hipermercado, por ejemplo, como se ha venido empleando en los últimos 20 años.

Una alternativa que se ha apreciado paralela en la Industria ha sido el R-507 durante los últimos 5 años. La Industria quiere sólo 1 producto para la aplicación de la refrigeración y ha elegido como estándar el R-404 A.

04.90Deslizamiento de Tª(ºC)

261217631662Presión de Descarga(kPa abs)

74.675.177.3Tª de Descarga del Compresor (ºC)

2.622.832.66Relación de Compresión

6.076.276.43Coeficiente de Prestaciones(COP)

1.451.001.00Capacidad Frigorífica(R-22=1.0)

Suva*410ASuva*407CR-22Concepto


5.2. EQUIPOS EXISTENTES.

Se puede observar en este esquema que hay solución para la continuidad de los equipos que hoy utilizan refrigerantes halogenados con contenido en Cloro, con otras tantas soluciones, a saber:

1. LIMPIAR residuos de aceite mineral o alquilbenzénico y disponer el producto equivalente del HFC destinado a nuevos equipos, así como carga de aceite POE. Esta solución ha sido empleada por países como Suecia, Holanda... saliendo completamente de los productos con Cloro.

2. La Industria Química ha desarrollado Refrigerantes de Servicio, para intentar ganar con sus patentes diferentes soluciones para que con un droping casi/casi tal cual, se disponga un refrigerante equivalente, mezclas de HCFC/HFC e hidrocarburos. Esta solución ha sido más usada, pero supone un maremagnum total para la identificación de productos y el propio mantenimiento de los equipos existentes.

R-23 Precisan Limpieza de res. AceitesR-503 minerales.

R-13R-503

R-23R-508B

Muy Alta

No se precisa la sustitución.NO EXISTEN APLICACIONES

R-410AMás Alta

R-402B Media Tª Evaporadora.R402A Baja Tª Evaporadora.R-408A Todas.R-408B Todas.DI-44 Sin Clasificar por ASRHAE.R-417A Asumido por un solo fabricante.R-407C Precisa limpieza de Res. Aceites minerales.

R-22R-502

REFRIGERACIÓN

R-22A/ACONDICIONADO

R-404A

R-507

R-407C

Alta

R-410A Media Tª Evaporación.R-401B Baja Tª Evaporación.R-413A Todas.DI-36 Sin Clasificar por ASRHAE.R-409A.

R-12Ó

R-500

R-134aMedia

R-123 Cuestionado en Europa por alta toxicidad. Requiere alta seguridad. Sólo empleado en USA actualmente.

R-11NO HABRÁ APLICACIONES EN EL FUTURO

Baja

Refrigerantes equivalentes, compatibles en miscibilidad/Solubilidad con aceites MO para sustituciones casi tal cual en existentes que funcionen con CFC/HCFC

Sustituye a

Producto HFC L/PNuevos EquiposPresión


6. CONCEPTO DE ACEITES.

0= Ninguna miscibilidad—1= Algo pero poca—2= Más pero no óptima—3= Óptima.

- MO, AB y POE son miscibles entre sí.- La única incompatibilidad de un refrigerante HFC para utilizar con

Aceite Mineral o alquilbenzénico es la no miscibilidad/solubilidad del refrigerante con el aceite, que puede hacer volver al cárter, la cantidad de aceite que envía el compresor al circuito.

- Incompatibilidad de usar HFC con Aceites POE y residuos de más del 3/5% de MO ó AB es la separación de FASES de los aceites con los refrigerantes MO/AB+POE y POE+HFC, que hace un perjuicio en el índice de viscosidad y la máquina se puede deteriorar por falta de lubricación.

- El peligro, en cualquier caso, para el uso del aceite POE viene dado por su reacción reversible en primer lugar, que hace deterioro del índice de viscosidad a corto plazo y la corrosión a medio plazo.

APLICACIÓN ESPECIAL

AUTOMÓVIL

300HFC

N O331HCFC+HFC

N O332HCFC

N O333CFC

PAGPOEABMO ACEITE

REFRIGERANTE


- La solubilidad en agua de los refrigerantes HFC es muy inferior al CFC.

No se pueden olvidar los conceptos de la utilidad de los aceites.- Para lubricar.

Para servir de estanqueidad entre la alta y baja presión.

Esta reacción es REVERSIBLE, por lo que es necesario evitar el contacto del lubricante y el agua.

Ácido de cadena largaHOOC-RCH2OH

HOCH2-C-CH2OHCH2OH

Pentaeritritol

POLIÉSTER

CH2OOC-RR-COOCH2-C-CH2OOC-R

CH2OOC-RAGUA

0,11% en pesoCH2F-CF3HFC-134a

0,009% en pesoCl2F2CCFC-12

Solubilidad en agua a 25ºCFórmulaProducto

CFC-12HCF-134a


7. DESLIZAMIENTO DE Tª (GLIDE).

Los productos simples (o puros) y los azeotrópicos, cuando se evaporan o condensan, es decir, cuando cambian de estado, no varían la Tª mientras se produce el cambio de estado a presión constante.

B A No varía la Tª para productos puros o azeotrópicos.C D - - - Línea Isoterma coincide con la Isobara.

Los productos no azeotrópicos aumentan su Tª cuando se están evaporando y la reducen cuando se condensan. Esto afecta a la Tª media de evaporación y condensación, así como el ajuste de recalentamientos o subenfriamiento en las instalaciones frigoríficas cuando se toman Tª para ello a la entrada y salida de los intercambiadores.


8. AJUSTE DE CARGA DE GAS.

Para ajustar una carga de gas, necesaria para el buen funcionamiento de un equipo frigorífico, podríamos emplear 3 métodos, a saber:

1. PESO DEL REEFRIGERANTE: En los casos de equipos desarrollados por un fabricante sumándole si es partido, el peso de la línea de líquido entre la unidad condensadora y evaporadora. Se puede pesar con báscula o con cilindro de carga.

2. MANÓMETRO TERMÓMETRO:a. Tomar lectura de la Presión de aspiración y s/Tª de Saturación

correspondiente a esta Presión TS.b. Tomar lectura de sonda termométrica a la salida del evaporador(línea

de baja presión) TA.TA - TS = 3ºC a 5ºC más alta TA lógicamente(recalentamiento)

MÁS SONDA TERMOMÉTRICA A LA SALIDA DEL EVAPORADORAjustar 3 a 5ºC de Recalentamiento.

3. TOMAR LECTURA de 2 sondas termométricas a la entrada y salida del evaporador, en cuyo caso hay que añadir el “GLIDE” del refrigerante empleado.

Líneas ----- Isotermas; no coinciden con las Isobaras.


9. LEGISLACIÓN APLICABLE A LA GESTIÓN DE RESIDUOS

9.1. LEGISLACIÓN ESPAÑOLA.

A) R. DECRETO 833/88: * COD. CER Y COD. RESIDUOS.* RESP. ADMINISTRATIVA. RÉGIMEN CUALIFICADO DE RESIDUOS.

B) R. DECRETO 952/97: BOE 05/07/97 * MOD. COD. CER DEL 833/883 RESP. ADMINISTRATIVA COD. RESIDUOS 952

C) O. 304402 BOE 19/02/02 * MOD. COD. CER 952/97 ANEJO MOD. RESIDUOS DEL 952/97 (COD.D)

D) LEY 10/98: *MOD. 833/88 EN EL R. SANCIONADOR

9.2. LEGISLACIÓN EUROPEA.

A) 3093/94 SUSTANCIAS QUE AGOTAN LA CAPA DE OZONO

B) 2037/2000: MODIFICA Y ACTUALIZA LA 3093/94 VIGENTE.FALTA LEY ESPAÑOLA SOBRE R. SANCIONADOR, RESP. ADMINISTRATIVA, ETC. QUE ORDENA EL R. EUROPEO QUE DEBERÍA ESTAR DISPONIBLE NO MÁS TARDE DEL 31/12/01.SE PREVEE PARA EL AÑO 2002 A MÁS TARDAR MIENTRAS SE APLICAEL RÉGIMEN SANCIONADOR/ADMON. 10/98.

EJEMPLO DE LO PRECEPTIVO DEL REGLAMENTO EUROPEO EN LA DISPONIBILIDAD DEL HCFC-22

25% CAP2010

25% CAP2009

30% CAP2008

30% CAP2007

30% CAP2006

30% CAP2005

30% CAP2004

45% CAP2003

85% CAP2002

CAP (2,0% CFC Y HCFC en 1989)2001

CAP (2,0% CFC Y HCFC en 1989)2000

CAP (2,6% CFC Y HCFC en 1989)1999

Cantidad máxima puesta en el mercadoAÑO


10. LIMPIEZA DE CIRCUITOS.

10.1 ¿CUÁNDO?

A)MOTOR/COMPRESOR QUEMADO POR ACIDEZ:- EL ÁCIDO SE MEZCLA CON EL ACEITE.- HAY QUE SACAR EL ACEITE.

B) CONVERSIÓN EQUIPO CFC-HFCC/MO-AB A HFC/POE:- LOS RESIDUOS DE MO Ó AB SON INDESEABLES.

C) FUGA TOTAL HFC/POE:- HA ENTRADO AIRE (CON H2O) Y EL ACEITE POE SE HA MALOGRADO

10.2. COMPOSICIÓN DEL SISTEMA PROPUESTO.

1. EL CIRCUITO QUE SE TRATE DE LIMPIAR.2. MÁQUINA KIMICLEANER PARA CREAR CICLOS AUTOMÁTICOS DE

INYECCIÓN Y ASPIRACIÓN.3. BOTELLA DE REFRIGERANTE COMPATIBLE CON EL ACEITE DEL

CIRCUITO A LIMPIAR.4. KIMIOIL PARA EXTRAER DEL SISTEMA Y DE LA MÁQUINA EL

ACEITE OBJETO DE LA LIMPIEZA.

CIRCUITO A LIMPIAR

MÁQUINA KIMICLEANER

KIMIOIL

BOTELLA PULMÓN

1

2

4

3


10.3. UTILIDADES SISTEMA KIMIKLEANER.

A) LIMPIEZA DE CIRCUITOS FRIGORÍFICOS.B) RECUPERACIÓN DE REFRIGERANTES DENTRO DE UN CIRCUITO:

- POR AVERÍA O REPARACIÓN.- POR DESMONTAJE DEL EQUIPO.

C) TRANSVASE DE RECIPIENTES.D) DEMOSTRAR A POSIBLE INSPECCIÓN QUE EXISTEN MEDIOS PARA EVITAR EMISIONES DEREFRIGERANTES A LA ATMÓSFERA.

10.4. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO.

OBJETIVO

1º) LIMPIAR CON EL MISMO REFRIGERANTE EXISTENTE, AUNQUE EN LA PRÁCTICA SIEMPRE SE UTILIZA EL MISMODESTINADO PARA ELLO EN LA BOTELLA PULMÓN. EN CUALQUIER CASO, RECUPERACIÓN 100%.

3º) EFECTUAR MUCHOS CICLOS INYECCIÓN-ASPIRACIÓN.

4º) POR LA MIRILLA (M. DEL C.) VEMOS FÍSICAMENTE LO QUE ESTÁ PASANDO. SEGURIDAD Y CALIDAD EN LA OPERACIÓN.

SACAR TODO EL ACEITE QUE CONTENGA EL CIRCUITO FRIGORÍFICO

2º) EL R. DE LA BOTELLA PULMÓN SE INYECTA EN EL CIRCUITO,LUEGO SE ASPIRA, Y AL SACARLO SE LE SEPARA EL ACEITE.


10.5. ESQUEMA DE PRINCIPIO DE LA MÁQUINA

1. Toma Vaciado Separación Aceite.2. Toma Conexión Kimioil.3. Tomas Inyección y Aspiración.4. Tomas Líquido y Retorno Líquido A.B. Pulmón.

NOTA: Para entender perfectamente el sistema se recomienda leer el manual de instrucciones de la máquina Kimicleaner. Pedir a CSF o Totalmería.


11. CONCLUSIÓN.

El desarrollo de este trabajo tiene como objetivo formalizar apuntes de los cursos impartidos en Castellana de Suministros Frigoríficos y Totalmería sobre esta materia, a fin de que los alumnos asistentes estén sólo pendientes de las explicaciones y, por tanto, son complementos de los mismos.

Para cualquier aclaración de los temas tratados, no duden en consultarnos. En espera de que nuestra colaboración sirva para desarrollar nuestros objetivos, pongo a su disposición mis conocimientos y experiencia de más de 30 años en esta profesión.

Atentamente,

Fernando Gutiérrez Antolín.Ingeniero Técnico Industrial.

SEPTIEMBRE 2003.

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