miércoles, 22 de mayo de 2019

GASES REFRIGERANTES

¿QUE ES UN REFRIGERANTE?


Teoricamente es cualquier fluido ó sustancia que pueda absorber CALOR  a una baja presión y a una baja temperatura, y que lo pueda liberar a una presión mayor y a una temperatura mayor.


EL REFRIGERANTE TRANSPORTA EL CALOR 

  • Alta presión                                               Baja presión  
  •  Alta temperatura                                       Baja temperatura 
COMPUESTOS PUROS 

R-11 R-12 R-13 R-23 R-134a

  • Substancias formadas por un solo tipo de moléculas ó componente. 
  • Las fugas del refrigerante no alteran su composición.
MEZCLAS AZEOTROPICAS

R-507 R-508B R-515A R-502 R-513A
  • Refrigerante formado por 2 ó mas tipos de moléculas ó componentes y tiene la misma composicion en la fase líquida o en la fase gaseosa. 
  • Las fugas no alteran su composición.  
MEZCLAS ZEOTROPICAS 

  • Refrigerante formado por 2 ó mas tipos de moléculas ó componentes y tiene diferente composición en la fase liquida que en la gaseosa. 
  • Las fugas sí alteran su composición. 
  • Ejemplos: R-410A, R-404A, R-407C.
MEZCLAS CASI-AZEOTROPICAS

  • R-404A                                   R-410A
  • Mezcla zeotropica con un deslizamiento de temperatura muy pequeño. 

CFCs
  • Los clorofluorocarbonos (CFCs) consiste en:
    • Cloro
    • Flúor
    • Carbono
  • Como no contienen hidrógeno, los refrigerantes CFC son quimicamente muy estables, inclusive cuando son liberados a la atmósfera. 
  • Pero debido a que contiene cloro en su composición, están dañando la capa de ozono. 
  • Permanecen en la atmósfera de 60 a 1700 años. 
  • El potencial de Agotamiento de la capa de Ozono de los clorofluorocarbonos varía de 0.5 a 1.0. 
REFRIGERANTES  CFC 

PAO - Potencial de Agotamiento de Ozono 
PCG - Potencial de Calentamiento Global 

R - 11  
  • PAO - 1               PCG = 4750
  • Vida atmosférica 45 años
R-12
  • PAO - 0.82           PCG =10.900
  • Vida atmosférica 100 años.
HCFCs

  • Los hidroclorofluorocarbonos (HCFCs) son la segunda categoría de refrigerantes que estan vigentes actualemnte. 
  • Aunque contiene cloro, que daña la capa de ozono, los refrigerantes  HCFCs tambien cotiene hidrógeno, que los hace químicamente menos estables una vez que suben a la atmósfera. 
  • Su potencial de agotamiento es muy abajo y varia de 0.001 a 0.11.
  • Para los países en desarrollo está permitido su uso hasta el año 2040. 
REFRIGERANTES HCFC

R-22
  • PAO = 0.05
  • PCG = 1810
R-401A 
  • R22-53%/R152a-13%/R124-34%
  • PCG = 1200
R-401B
  • R22-61%/R152-11%/R124-28%
  • PCG = 1300
HFCs
  • Los hidroflourocarbonos (HFCs) son la tercera categoria de refrigerantes que están vigentes actualmente.
  • Son sustancias que contienen hidrógeno, flúor y carbono.
  • No contienen cloro y por consiguiente no dañan la capa de ozono, su PAO es igual a cero.
  • Los HFCs que se utilizan comúnmente en nuestro país son:
  • R-134a, R-404A, R-410A, R-407C.

HFOs
  • Son la cuarta generacion de refrigerantes sintéticos.
  • Los HFO no agotan la capa de ozono y tiene un bajo potencial de calentamiento global, pero tiene importantes riesgos ambientales y de seguridad humana asociados con estas nuevas sustancias.
  • Los HFO son ligeramente inflamables A2-L .
  • Cuando se quema, libera sustancias peligrosas, como el fluoruro de hidrógeno (HF), cuya toxicidad es elevada y es potencialmente letal para los humanos en espacios sin ventilación.
HCs
  • Son utilizados  en unidades condensadoras hechas en el norte de europa, así como también indirectamente en sistemas rack como refrigerante primario.
  • Un numero en aumento de equipos auto contenidos utiliza R-290 en vez de R-134a. 
  • Todos los refrigerantes de hidrocarburo son altamente inflamables.
  • Clasificación "A3" en el standdard 34 - 2010 de ASHRAE.
  • El equivale europeo a la clasificación "A3" que se utiliza en la norma EN 378 es "L3" 
  • Independientemente de la inflamabilidad de refrigerante utilizado, existen numeros requisitos de seguridad que deben considerarse. 
REFRIGERANTES NATURALES 
  • Son sustancias producidas por por procesos bioquimicos de la naturaleza, no agotan la capa  de ozono, tiene un muy bajo o nulo potencial de calentamiento global. 
  • Los refrigerantes naturales más usados son:
    • Amoníaco (NH3)
    • Dioxido de carbono (CO2)
  • Los hidrocarburos.
    • Propano/R-290
    • Isobutano / R-600a).
DIÓXIDO DE CARBONO CO2
                  PCG= 1

Ventajas
  • No tiene cloro
  • Su PCG es la unidad
  • No es inflamable
  • En aplicaciones subcríticas se puede usar el CO2 como fluido secundario en un sistema en cascada.
Desventajas
  • La presión de descarga es extremadamente alta en operación transcrítica con presiones superiores al as 1450.38 PSI.
  • Tiene limitaciones de uso en países de temperatura ambiente promedio anual de los 25°C.

SUBCRITICO; CO2 COMO FLUIDO SECUNDARIO.
  • En el primer estado el HFC o HC enfría el CO2, del segundo estado manteniendo el CO2 liquido.
  • El CO2 se enfria hasta los 26°F (275 psig) para MT.
  • El CO2 se enfria hasta los -13°F (181psig) para BT
  • La bomba mantiene al CO2  circulando.
  • El CO2 es volátil, por lo que siempre se está evaporando.
  • Todas las tuberías deben de estar aisladas.
SISTEMA EN CASCADA 

Primer estado HFC o HC
  • Este suministra enfriamiento al segundo estado. 
  • Absorbe el calor que transporta el CO2 en el intercambiador de calor intermedio, liberandolo en el condensador. 
Sugundo estado CO2
  • La temeperatura de condensación del CO2 se mantiene por debajo del punto critico.
  • Las presiones del CO2  se expanden en la valvula de expasión antes de entrar al evaporador.
  • El compresor es de tipo subcrítico.
  • Las lineas de liquido deben estar aisladas.
  • Las valvulas electronicas de expasión con EEVs para mantener el sobrecalentamiento constante.
SISTEMA CON BOOSTER EN OPERACIÓN TRANSCRÍTICA
  • El CO2 circula por el lado de MT y el BT. 
  • En el enfriador de gas opera en modo supercrítico
  • El intercambiador de calor opera en modo subcrítico.
USO DEL SISTEMA DE R744
  • El transcritico se usa en areas donde la temperatura ambiente promedio anuel es generalmente baja.
    • 20°C a 25°C como el norte de europa y canadá. 
  • Los sistemas en cascadas y secundarios (subcríticos R744) se usan en ambientales altas. 
  • Sur de europa, los estados unidos, gran parte de america central y del sur, el sudeste de asi, africa y australia. 
ESTÁNDAR 34 ASHRAE

Clasificación de números estándar
  • Serie  - 000             Metano          R-12
  • Serie  - 100             Etano             R-134a
  • Serie  - 200             Propano         R-290 Hidrocarburo
  • Serie  - 400             Zeotropos      R-410A
  • Serie  - 500             Azeótropos    R-507
  • Serie  - 600             Compuestos orgánicos diversos. Hidrocarburo R-600a (Isobutano)
  • Serie  -700             Compuestos Inorgánicos R-744 R-717
  • Serie  -1000           Compuestos Orgánicos no saturados, HFO R- 1234yf  Hidrofluorolefina.
DENSIDAD DE LIQUIDO
  • Cada refrigerante tiene una densidad específica de liquido a una temperatura dada.
  • Cuando la densidad de un refrigerante de reemplazo es diferente a la del refrigerante original, las cargas van a ser diferentes.
  • Cuando usemos una báscula para caragar el gas, debemos de seguir las recomendaciones del fabricante. 
EL REFRIGERANTE LÍQUIDO SE CONVIERTE EN VAPOR CUANDO:
                                       
Eleva su temperatura 
  • Absorbe calor
Baja su presión
  • Se expande.
TEMPERATURA DE SATURACIÓN

PRESIÓN                                     TEMPERATURA 

El vapor y el liquido pueden exirtir simultanemente. 

TEMPERATURA SATURADA DE EVAPORACIÓN 

  1. Tempoeratura ambiente del cuarto frio.
  2. -10°f
  3. = Temperatura saturada de evaporacion
El vapor del refrigerante que sale del evaporador viaja a través de la linea de succion hacia la entrada de compresor. 

El vapor del refrigerante que sale del evaporador viaja a través de la linea de succión hacia la entrada del compresor.

COMPRESOR RECIPROCANTE HERMÉTICO

El compresor toma el vapor a baja presión y lo comprime aumentando tanto su presión como su temperatura. 

CALOR DE COMPRESIÓN 

Se define como el calor agregado al gas refrigerante que resulta de la energia de trabajo usado en el compresor, puesto que el aceite debe pasar por los cilindros del compresor para lubricarlos siempre circula una pequeña cantidad de aceite con el refrigerante. Puesto que el aceite debe pasar por los cilindros del compresor para lubricarlos, siempre circula una pequeña cantidad de aceite con el refrigerante. 


                   

TERMODINÁMICA FUNDAMENTOS DE REFRIGERACION


FUNDAMENTOS DE REFRIGERACIÓN


  • Generalmente confundimos la palabra refrigeracion con FRÍO y con ENFRIAMIENTO, sin embargo la ingeniería de refrigeración trata con la transmisión de calor. 
  • Concepto fundamental que debe ser comprendido para entender la operacion de un sistema de refrigeración. 
TERMODINÁMICA 

  • Es una rama de la ciencia que trata sobre la acción mecánica del calor. La primera ley de la termodinámica dice: la energía no puede ser creada ni destruida, solo se transforma. 
TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA  - EFICIENCIA 

Sistema: proceso de uso y conversión de energía (trabajo- realizado).

FUENTES DE ENERGÍA 

Primera ley de la termodinámica: " La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma". 
Segunda ley de la termodinámica: " El calor siempre viaja del cuerpo a mayor temperatura al cuerpo con menor temperatura".  

CALOR 

Forma de energía, creada principalmente por la transformación  de otros tipos de energia de calor.

UNIDADES DE CALOR 

  • La unidad básica de calor para aumentar 1°C la temperatura de 1 gramo de agua es el gramo caloría.
  • La unidad comúnmente usada es el kilo-caloría ( calor necesario para aumentar 1°C la temperatura de 1 kg de agua).
  • En refrigeracion, normalmente usamos también la unidad conocida como BTU (British Thermal Unit), que es el calor necesario para elevar 1°F la temperatura  de una 1 libra de agua , para calcular los compresores de los cuartos fríos
TONELADA DE REFRIGERACIÓN 

Es la cantidad de calor absorbida por la fusión de una tonelada de hielo puro en 24 horas. 

1 T.R. = 12.000 btu´s / hr
1 T.R. = 3.024 kcal / hr


ENTALPÍA Y ENTROPÍA

Entropía (s) 

Energía perdida o desaprovechada en un sistema; mientras menor  entropía exista en el sistema, este sera mas eficiente. 

Entalpía (H) 

Representa la energía total de una sustancia; por lo que su variación representa la cantidad de energía transferida con el torno.


¿COMO FLUYE EL CALOR? 
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA.

El calor siempre viaja del cuerpo mas cálido al cuerpo más frío

El calor puede viajar de tres formas diferentes:

  • Conducción 
  • Convencional
  • Radiación 

CONDUCCIÓN

Es el flujo del calor a través de una sustancia. Para que haya transmisión de calor entre dos cuerpos de esta forma se requiere el contacto físico real.

CONVENCIÓN 

Es el flujo de calor por medio de un fluido, que puede ser un gas o un liquido, generalmente agua o aire.

RADIACIÓN

Es la transmision de calor por ondas similares alas de la luz y las ondas de radio.

CAMBIO DE ESTADO 

La mayoria de las substacias pueden existir en:ESTADO SOLIDO

  • LIQUIDO 
  • GASEOSO
CALOR ESPECÍFICO

No requiere el mismo calor para bajar en 10°F la temperatura del agua que para elevar en 10°F la temperatura del acero. El calor espesifico se puede definir como la energia requerida por una sustancia cualquiera para elevar ó bajar su temperatura. 

K Cal             BTU  
Kg . °C           lb . °F

CALOR SENSIBLE Y CALOR LATENTE 

El calor sensible es el calor que provoca un cambio de temperatura en una sustancia. El calor latente se refiere a la cantidad de calor que se tiene que agregar o retirar a una sustancia para que cambie de estado, aunque en este proceso no cambia la temperatura. 

CALOR SENSIBLE

Es el calor que provoca un cambio de temperatura en una sustancia. 

CALOR LATENTE 

Se refiere a la cantidad de calor que se tiene que agregar o retirar a una sustancia para que cambie de estado. Aunque este proceso no cambia la temperatura. 

CALOR LATENTE DE EVAPORACIÓN

Es el calor necesario para cambiar de una sustancia de estado líquido a vapor o de vapor a líquido. 

CALOR LATENTE DE SUBLIMACIÓN 

Es el calor necesario para hacer un cambio directo de sólido a vapor sin pasar por el estado líquido. 

TEMPERATURA DE SATURACION 

Condicion de temperatura y presión en la cual el vapor y el líquido pueden existir simultáneamente.

VAPOR SOBRECALENTADO

Sólo vapor; no hay líquido.

LIQUIDO SUB - ENFRIADO 

Sólo líquido; no hay vapor. 

ATMÓSFERA TERRESTRE

Vivimos en un planeta que está rodeado por una capa de gases tales por el oxígeno,  hidrógeno, carbono, argón, nitrógeno etc.

PRESIÓN ATMOSFÉRICA 

Como referencia mundial la presión atmosférica se define como el equivalente de la presión causada por una columna de mercurio de 30" de alto (760mm).

PRESIÓN ABSOLUTA

Se expresa en terminos de Kg./cm2 (lb ./ pulg2). Se encuentra a partir del vacio perfecto.

Por lo tanto en el aire a nuestro alrededor, la presión absoluta y la atmosférica son iguales.

PRESIÓN MANOMÉTRICA 

Un manómetro esta calibrado para leer  0 kilos o libras cuando no esta conectado. Las presiones inferiores a cero se llaman milimetros o pulgadas de  vacío. Recuerde que la presión manométrica es relativa a la presión absoluta.

RELACIÓN DE TEMPERATURA - PRESIÓN (LÍQUIDOS)

La temperatura ala cual hierve un líquido, depende de la presión sobre el líquido.

RELACION TEMPERATURA - PRESIÓN (GASES)

Uno de los fundamentos de la termodinámica es la llamada " LEY DEL GAS PERFECTO". Esta se describe las relaciones existentes entre los tres factores básicos que controlan el comportamiento de un gas.

FACTORES BÁSICOS QUE CONTROLAN EL COMPORTAMIENTO DE UN GAS.


  • Volumen 
  • Temperarura 
  • Presión 
LEY DEL GAS PERFECTO

Presión 1*Volumen 1     =       Presión2 * Volumen2
     Temperatura1            =            Temperatura2


Aunque esta relación no es exacta nos da una base para aproximar el efecto causa en un gas por el cambio de los tres factores.

EFECTO DEL FLUJO DE FLUIDOS

Efecto del flujo de fluidos en la transmisión de calor. Cuanto mayor sea la turbulencia del flujo, mayor será la transmisión de calor.

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