Introducción

Originalmente, cuando se desarrolló el concepto de sistema de refrigeración moderno a mediados del siglo 19, un pequeño número de fluidos fueron usados como refrigerantes. Estos incluían amoníaco (NH3, R717), dióxido de carbono (CO2, R744), dióxido de sulfuro, ente otros. Sin embargo, debido a la combinación de toxicidad, inflamabilidad y a algunos detalles con las presiones, estos refrigerantes fueron reemplazados por un nuevo grupo de químicos fluorados que exhibían poca reactividad, baja toxicidad y no inflamables. Sin embargo, durante la década de los años 80, se descubrió que estos refrigerantes contribuyen al deterioro de la capa ozono, tras lo cual se desarrolló el Protocolo de Montreal en el año 1987.

Con la atención continua en los refrigerantes de reemplazo, y el crecimiento de las aplicaciones de aire acondicionado y refrigeración, existen actualmente cientos de fluidos refrigerantes y la variedad de sus características pueden crear dificultades en el manejo y aplicación de estos para muchos técnicos. En este artículo técnico podremos ver las características de los refrigerantes, clasificación, aplicación, identificación y sus lubricantes.El Protocolo de Montreal solicitó la suspensión del consumo y producción de todos los gases refrigerantes fluorocarbonados (CFC) e hidroclorofluorocarbonados (HCFC), y desde la puesta en vigencia del protocolo, la industria del aire acondicionado y refrigeración se ha comprometido con la comunidad para establecer sustitutos para los refrigerantes que deterioran la capa de ozono.

Desde esa época, un gran número de refrigerantes se ha introducido a nivel mundial, de los cuales algunos son alternativos de largo término, y otros son del tipo transicional. Con la creciente atención a la problemática del deterioro de la capa de ozono, ahora existe una presión más fuerte para adoptar los nuevos refrigerantes con poco o ningún factor de calentamiento global.

Existen generalmente dos situaciones que necesitan la selección de un refrigerante, la primera surge de la fabricación de sistemas frigoríficos, y la segunda surge de la reparación de una unidad. Para la fabricación de unidades frigoríficas, el proceso de selección del refrigerante es en teoría complejo, e involucra la consideración de un gran número de parámetros.

Propiedades químicas y estabilidad

La estabilidad de un refrigerante está relacionada a la manera en que se comporta en presencia de otras sustancias, particularmente dentro del sistema frigorífico. Es importante que el refrigerante no reaccione con, o actúe como solvente con cualquiera de los materiales dentro del sistema. Esto incluye los metales usados para las tuberías y otros componentes, aceite del compresor y aditivos asociados, materiales plásticos del motor, elastómeros en válvulas y uniones, y desecantes alojados dentro del filtro secador. También debe considerarse con respecto a pequeñas cantidades de contaminantes tales como la humedad y el aire.

En general, los refrigerantes CFC, HCFC, hidrofluorocarbonados (HFC) y HC son compatibles con la mayoría de los materiales (dado que la mayoría de los componentes son diseñados para estos refrigerantes). Sin embargo, muchos componentes son diseñados empleando mezclas y aditivos, de manera que existe la posibilidad de incompatibilidad con ciertos materiales si se utiliza un refrigerante sin especificar. El dióxido de carbono tiene algunos problemas de compatibilidad con ciertos elastómeros, y debido a esto sólo se usan componentes dedicados para el refrigerante R744.

El amoníaco no es compatible con muchos materiales, como el cobre y muchos materiales aisladores de circuitos eléctricos. Por lo tanto, los elementos metálicos dentro de un sistema con amoníaco, generalmente se limitan al acero de carbono y acero inoxidable.

En todos los casos, deben consultarse las especificaciones del fabricante del componente para verificar si el material es compatible con el refrigerante.

Presiones de operación

Es importante considerar las presiones de operación tanto del lado de succión como de descarga de un sistema frigorífico. Preferentemente, se elije un refrigerante que tendrá una presión de evaporación por sobre la presión atmosférica bajo condiciones normales de operación, con el fin de evadir el ingreso de aire y humedad en el caso de una posible fuga de refrigerante. Es por esto, que el refrigerante debe seleccionarse con un punto de ebullición normal que sea menor a la temperatura de evaporación anticipada. El refrigerante seleccionado también deberá tener una presión de condensación que no exceda la presión límite de los componentes del sistema frigorífico, por cuestiones de seguridad.

Propiedades termodinámicas y de transporte

El criterio de performance más importante para un sistema frigorífico es la capacidad frigorífica y la eficiencia , o Coeficiente de Performance (COP). Estas características son influenciadas por un número de propiedades que incluyen:

• Características de saturación de presión - temperatura
• Temperatura crítica
• Calor latente
• Densidad
• Viscocidad
• Conductividad térmica
• Calor específico

La capacidad frigorífica y el COP se dictan principalmente por el diseño y control del sistema por sí mismo (compresor, intercambiadores de calor, tuberías, etc.), aunque también las propiedades del refrigerante juegan un papel en esto. EL COP puede verse afectado por el radio de compresión (que es dictado por las características de presión - temperatura), perfomance del intercambiador de calor y pérdidas de presión alrededor del sistema., las cuales son todas influenciadas por el calor latente, densidad, viscosidad, conductividad térmica, calor específico. Para una presión de evaporación y condensación dadas, la capacidad frigorífica de un sistema es fuertemente influenciada por el calor latente y densidad del gas que ingresa al compresor.

Características de seguridad

Los refrigerantes se clasifican en términos de dos criterios generales de seguridad: toxicidad e inflamabilidad.

Toxicidad: se considera la toxicidad tanto a corto y largo plazo en el ser humano durante la manipulación de los refrigerantes y para los ocupantes de espacios acondicionados o refrigerados.

Inflamabilidad: la inflamabilidad del refrigerante puede afectar la seguridad de las personas y las propiedades adyacentes durante el servicio de unidades.

De acuerdo a varios tratados internacionales de estándares de seguridad, los refrigerantes pueden ser clasificados en seis tipos de acuerdo a su toxicidad e inflamabilidad. Esta clasificación consiste de dos caracteres alfa numéricos; la letra en mayúscula corresponde al nive de toxicidad y el dígito a la flamabilidad. La letra A representa el nivel de toxicidad más bajo, y la letra B el nivel más alto. No existen refrigerantes que no sean tóxicos. El nivel de ausencia de llama se representa por el valor "1", el nivel más bajo se representa por el número "2" y el nivel más alto de inflamabilidad por el número "3".

Los niveles de clasificación se muestran en la siguiente tabla:

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CLASIFICACIÓN DE REFRIGERANTES

Parámetros medioambientales

Cuando se libera un gas hacia la atmósfera, esto tiene cierto impacto. Los impactos más importantes relacionados con los refrigerantes son el calentamiento global y deterioro de la capa de ozono.

Costo y disponibilidad

El costo de los refrigerantes varía ampliamente, con los HCFC tendientes a ser más baratos, y las mezclas HFC más caras. De manera similar, los refrigerantes HCFC más usados (por ejemplo el R-22) y los más ocmunes HFC (por ejemplo R-134a) tienden a ser los más disponibles. Los refrigerantes hidrocarbonados tienden a tener menor disponibilidad, y el amoníaco es normalmente distribuido por vendedores especializados.

En términos de selección de refrigerantes para el servicio de unidades, la selección depende mucho de si el refrigerante está disponible o no en el mercado actual. Si el refrigerante no cuenta con alguna restricción, entonces debe usarse el mismo refrigerante que recomienda el fabricante. Si el refrigerante se encuentra restringido (debido a regulaciones), entonces tendrán que aplicarse varias consideraciones.

Fuente original: Manual for Refrigeration Servicing Thecnicians - United Nations Environment Programme 2010

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