Refrigerantes Multicomponentes

 Refrigerantes Multicomponentes 

de HFCs

Compilado por Rolando Delgado y Sergio Montelier 

      Versión español                                                                       English version  

Refrigerante R404A  Es una mezcla cuasi-zeótropa constituida por R125/R143a/R134a en proporción másica 44/52/4. La temepratura de rocío es meor que  0,5 K. Las cualidades físicas básicas del R404A se dan en la tabla.

Dependiendo de las condiciones de operación la productividad de enfriamiento incrementa de un 4 -5 % y hasta un  8% es la reducción que experimenta la temperatura de descarga comparada con las características del R502. 

Características físicas básicas de los refrigerantes R402A y R404A

Parámetro

R402A

R404A

Masa Molecular, gm/mole

101,55

97,6

Temperatura de ebullición a la presión atmosférica, oС

-49,2

-46,7

Temperatura crítica, oС

75,5

72,7

Presión crítica, кPа (abs.)

4135

3735

Densidad del líquido crítica, kg/m3

541,7

485,1

Densidad a 25 oС, kg/m3:
del líquido
de vapor saturado


1132
19,93


1048
18,04

Capacidad de calor específico del líquido

a 25 oС, kJoule/(kg*K)

1,313

1,502

Capacidad de calor específico del vapor

a 25 oС y presión atmosférica, kJoule/(kg*К)

0,757

0,871

Presión de vapor saturado de líquido

a 25 oС, кPа (abs.)

1353

1257

Calor de vaporización

a temperatura de ebullición normal, kJoule/kg

194

198,7

Coeficiente de conductividad térmica del líquido a 25 oС, Wt/(m*K)

(4,48...9,0) х 10-2

7,46 х 10-2

Coeficiente de conductividad térmica del vapor

a 25 oС y presión atmosférica, Wt/(m*K)

1,21 х 10-2

1,2 х 10-2

Mezclado del agua en el refrigerante a 25 oС, mas.%

-

-

Nivel de inflamabilidad en el aire

a la presión atmosférica, vol. %

No

No

Potencial de degradación del ozono ODP

(para R12 ODP = 1)

0,02

0,0

Potencial de calentamiento global (PCG)

0,63

0,94

Tolerancia de concentración inhalada (TC), mln-1

1000

1000

Después de haberse introducido la venta desde 1993, el R404A ha sido empleado primero en los nuevos equipos diseñados para medias y bajas temperaturas de ebullición. Hasta el presente, el R404A es usado como una alternativa al R502.   Para esto es necesario sustituir los aceites minerales por poliestere y un filtro deshidratante.

El cambio de composición de la mezcla (R404A) circulando en el sistema de refrigeración puede causar deterioro de su desempeño energético especialmente en los modelos con un receptor o en el caso de considerable longitud en las líneas de comunicación.  

El componente R143a del R404A, puro se torna combustible a presión de  1*105 Pа y temperatura de 177 oС, y mezclado con el aire en  fracción volumétrica 60 %. A más baja temperatura para que alcance la combustibilidad se requieren altas presiones. Por tanto no se debe mezclar  R404A con el aireni usar o permitir altas concentraciones de aire con una presión más alta que la atmosférica o a temperaturas altas.


Refrigerante R407C 

Como una alternativa al refrigerante R22, la compañía "Du Pont" ha desarrollado para usarlo en sistemas de aire acondicionado el refrigerante R407C, cuyos valores de presiones de ebullición y condensación son próximos a los correspondientes valores del R22. 

El refrigerante R407C es una mezcla zeotrópica de R32/R125/R134a (proporciones de masa de los componentes, es respectivamente, 23/25/52%). Primero, el refrigerante de la composiciónsiguente fue elaborado: 30/10/60 %. Luego, con el objetivo de reducir el riesgo de fuego las proporciones fueron fijadas a  23/25/52% (R407C); 20/40/40% (R407A); 10/70/20% (R407B); 10/45/45 % (FX40).

La principal ventaja es que al cambiar de R22 a R407C, no se requieren considerables alteraciones del sistema de refrigeración.  En la actualidad el R407C se considera como una alternativa óptima de R22 de acuerdo con la productividad de enfriamiento y la presión de los vapores saturados. 

Al mismo tiempo la mayoría de las compañías estan preocupadas con la alta temperatura de rocío   Dtgl = 5...7 К, peculiar para el R407C, por lo que las proporciones en masa de los componentes de las mezclas sugeridas son variadas dentro de un amplio intervalo.  Esta desventaja impide considerablemente el servicio de los sistemas de refrigeración.  Así en los sistemas con algunos evaporadores, la caída de las concentraciones iniciales del fluido actuante cargado en el sistema es posible. Dificultades similares ocurren también en los sistemas de refrigeración con el evaporador desbordado.   

Mientras, el uso del R407C no requiere de cambios en el diseño del sistema de refrigeración se necesita solo sustituir el aceite por un poliester, así como elastómeros, absorbentes o filtros deshidratantes y válvulas de seguridad. Los aceites poliester compatibles con R407C son extremadamente higroscópicos, esto hace necesario una estricta tecnología de ensamblaje de la máquina de refrigeración. Además el  R407C es peculiar por sus muy bajos (25...30 % más bajos que para R22) valores del coeficiente de transferencia de calor; esto explica que los aparatos de intercambio de calor operando con R407C deben ser más completamente de metal.

Salidas del sistema de refrigeración causará cambios en la composición del refrigerante y su mezclado en el aceite de refrigeración, y afectará la eficiencia energética y las condiciones de transferencia de calor en el evaporador y el condensador. El cambio en la composición del refrigerante en el proceso de operación hará mas difícil la regulación y complicará el procedimiento de rellenado.  La ausencia de control de la concentración de aceite en el evaporador puede afectar la efectividad del proceso de transferencia de calor que ocurre allí. Así la presencia de un  0.2% del aceite poliester en el fluido actuante está reduciendo el coeficiente de transferencia de calor del R407C en  2 %. Con un 2 % de aceite en el refrigerante, elcoeficiente de transferncia de calor se reduce en un 14 %.

Las características del R407C comparada con el R22 se dan en la tabla.

Cualidades físicas básicas y desempeño operacional del R407C comparado con el R22

Indicador

R407C

R22

Punto de ebullición a la presión atmosférica oС

-43,56

-40,80

Presión del líquido saturado a 25 oС

1174

1043

densidad del líquido a 25 oС, kg/m3

41,98

44,21

Potencial de agotamiento del ozono ODP

0

0,05

Productividad de enfriamiento relativa Q0 R407C/Q0 R22

1,00

1,00

Potencial de calentamiento global GWP

1600

1700

Factor de refrigeración.

6,27

6,43

Notas: 1.La temperatura de ebullición es 7,2 oС, el punto de condensación es 43,3 oС, la temperatura de sobrecalentamiento a la entrada del compresor es 15,5 oС, la temperatura de sobreenfriamiento al frente de la válvula de expansión es 40,6 oС. 2. Q0 R407C, Q0 R22 - la productividad de enfriamiento durante la operación respectivamente para R407C y R22.

Como se aprecia en la tabla los refrigerantes comparados  R22, R407C tienen menos influencia agresiva sobre el medio ambiente  (el valor del potencial de calentamento global de R407 es casi el mismo que el de R22, y el potencial de degradación del ozono, ODP is zero).

A mas baja temperatura de descarga y a un poco mas alta presión de descarga, la efciencia energética del R407C es próxima a la del R22.

Es importante notar que el R407C no es empleado para operar en mezcla con otros refrigerantes. La adición de R407C a cualquier otro refrigerante puede causar cambios considerables en los indicadores de eficiencia operacional del sistema de refrigeración. Los intervalos de uso del refrigerante se dan en la figura.

Antes de la ejecución de las operaciones de cambio de la mezcla del refrigerante tradicional + el aceite mineral por la mezcla de R407C + aceite de poliester, debe ponerse atención sobre la compatibilidad química del último con plásticos y elastómeros.  La investigación ha mostrado que no existe un grupo de elastómeros o plásticos que fpudieran satisfacer todas las alternativas de refrigerantes.  Se recomienda chequear con el productor del equipo antes de cambiar de refrigerante y hacer las alteraciones estructurales en el sistema de refrigeración en relación con las almohadillas, los sellos y las anillas del pistón. 

El aceite de refrigeración es seleccionado tomando en cuenta tres factores: el retorno del aceite hacia el compresor, la capacidad lubricante y la compatibilidad con materiales de los elementos de la capacidad de refrigeración.  Los aceites de poliester se recomiendan usar en combinación con  R407C. Hay un numeroso grupo de productores de aceites poliester, por tanto antes de seleccionar un aceite es necesario consultar con un representante de la compañia fabricante del compresor así como con otros equipos incluidos en el sistema de refrigeración. 

La desventaja de los aceites de refrigeración poliester es su gran higroscopicidad comparada con los aceites minerales.  (Fig. de arrriba). Por absorber humedad, para lo cual basta el momentáneo contacto del aceite  con el medio, el aceite se hace inapropiado para su uso en los sistemas de refrigeración. Por esta mayor predisposición a absorber el agua del aceite poliester, se hace más díficil eliminarla aplicando vacío.  Se recomienda en consecuencia, cargar el sistema con aceite poliester cuya proporción másica no sea mayor que 50 mln-1. Con la ayuda de un filtro deshidratante del tamaño correspondiente es posible mantener la proporción de la humedad en el sistema a un nivel menor que  50 mln-1. Si el contenido de humedad en el aceite cargado alcanza un punto intolerablemente alto esto puede causar corrosión y deposición del cobre y de los componentes adjuntos.

El propio vacio producido reduce la humedad residual hasta trazas 10 mln-1. El sistema es evacuado hasta la presión de 0,3*102Pа o más baja. Si se desconoce cuanta humedad hay en el sistema es necesario tomar una muestra de aceite y chequear la presencia de humedad.

Usualmente la mirilla (indicador del la humedad), que es parte de la capacidad de operación, puede ser usada con nuevos refrigerantes y aceites. Sin embargo el indicador de humedad puede mostrar resultados erróneos. El nivel de humedad en el aceite será más alto que el que se ve en la mirilla.


Refrigerante R507

Marca registrada "GenetronAZ50" ("Allied Signal"). Composción de la mezcla: R125 y R143a estan en proporción másica 50 - 50 %. La temperatura de ebullición es -46,7 oС.  El refrigerante ha sido desarrollado para emplearse en los sistemas de refrigeración de temperaturas bajas que operan con R502 y para cargar los nuevos equipos en combinación conaceites poliester.  Las características del R507 se dan en la tabla:

Masa Molecular, gm/mole

98,86

Temperatura del vapor a la presión 0,1013 МPа, oС

-47,1

Presión de vapor a 25 oС, МPа

1,29

Densidad del líquido a 25 oС, kg/dm3

1,04

Temperatura crítica, oС

71

Presión crítica, кPа (abs.)

3,72

Calor específico de vaporización a la presión de 0,1013 МPа, kJoule/kg

196

Potencial de degradación del ozono ODP

(para R12 ODP = 1)

0

Potencial de calentamiento global (PCG)

1

De acuerdo con sus características el refrigerante azeótropo R507 es cercano al R502. Cuando usamos el  R50, el factor del ciclo de refrigeración es 8... 11 % más bajo, y la productividad de enfriamiento es  1...3 % más bajo que los sistemas de enfriamiento operando con R502. Sin embargo, los valores más bajos de temperatura de descarga (6...9 oС más bajo) permiten usar este refrigerante en sistemas de baja temepratura donde el uso del R502 tiene restricciones. Los valores de densidad del refrigerante alternativo R507 a la entrada del compresor y el nivel de compresión al ser próximos a los del R502 indican la falta de necesidad de la más mínima alteración en el diseño de los compresores. 


R410A refrigerant.  

Es una mezcla doble de azeótropos de los HFCs R32 y R125 con iguales proporciones en masa  (50 y 50 %). El potencial de agotamiento del ozono es 0. El potencial de calentamento global es 0,45. Sirve como un refrigerante alternativo al R22, y es utilizado para la carga de nuevos sistemas de aire acondicionado de alta presión.  La productividad de enfriamiento específica del  R410A es aproximadamente 50 % más alta que el R22 (al punto de condensación de 54 oС), y la presión de trabajo del ciclo es  35...45 % más alta que la del R22, lo que motiva la necesidad de introducir alteraciones estructurales en el compresor y en los intercambiadores de calor y por consiguiente incrementa los costos de inversión.

Puesto que la densidad del R410A es más alta que la del R22, los compresores, las líneas de comunicación y los intercambiadores de calor deben ser de tamaño más pequeños.

En los sistemas de refrigeración operando con R410A, es recomendado usar aceites poliester.


El refrigerante R508B 

En una mezcla azeotrópica de R23 y R116 con proporciones en masa de 46 y 54 %. La temperatura de ebullición es de -88,3 oС. El potencial de degradación del ozono es = 0. Se emplea para sustituir el R503, R13 y R23 en los equipos de baja temperatura. Es recomendado el uso de aceite poliester como aceite de refrigeración.


Fuente: Company "Allchem" Web Page.

http://www.allchemi.com/eng/refregerants/alternative4.html


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