La refrigeración se define como “la transferencia de calor desde un lugar donde no se desea a otro donde no importa cederlo.” El medio que realmente absorbe este calor y lo transporta es el refrigerante. El ciclo de refrigeración es el camino por el que este medio viaja.
PROPIEDADES TERMODINÁMICAS
Son aquellas que tienen relación con el movimiento del calor.
Las propiedades termodinámicas de principal interés son:
- Presión
- Volumen
- Densidad
- Entalpía
- Entropía
Como cada propiedad es estudiada, se harán las pertinentes comparaciones entre los diferentes refrigerantesy fácilmente se comprenderá que no existe el “mejor” refrigerante en términos generales. Todos ellos tienen alguna característica deseable pero hasta que no se decide el uso que se pretende de ellos, no puede calificarse a ninguno como él mejor refrigerante.
Para cada refrigerante hay publicadas tablas, que dan en detalle las propiedades termodinámicas para varias temperaturas y presiones.
PRESIÓN
Las presiones que actúan en un sistema de refrigeración son extremada mente importantes ya que ellos determinan la robustez requerida en el equipo para comprimir y mover el gas. Cuando más alta es la presión, más robusto y por lo tanto más caro deben ser los componentes del sistema.
Por lo tanto, las presiones de funcionamiento deberán ser lo suficientemente bajas como para reducir la robustez y costo del equipo Sin embargo, si las presiones de funcionamiento normales son negativas con respecto a la presión atmosférica (vacío) nos encontramos con el problema de las entradas de aire y humedad dentro del sistema.
Esto quiere decir que un buen refrigerante deberá tener una presión de condensación tan baja como sea posible y una presión de evaporación por encima de la atmosférica con objeto de mantener en todo momento una pequeña presión positiva en el sistema.
VOLUMEN
El volumen específico de refrigerante en estado de vapor son los pies cúbicos de gas formado cuando una libra de refrigerante se evapora.
Las variaciones de los volúmenes específicos de los refrigerantes en estado líquido son ligeras comparándolas con las correspondientes el estado de vapor.
DENSIDAD
La densidad de un refrigerante puede definirse como su peso por unidad de volumen y se expresa normalmente en libras por pies cúbicos
ENTALPÍA:
1.Energía a nivel molecular que tiene la sustancia cuando entra a un sistema abierto.
2.Es la suma de energía interna y trabajo producido.
3.Cantidad de calor que la sustancia de trabajo intercambia con el medio exterior cuando evoluciona a presión constante entre la temperatura inicial y final.
ENTROPÍA:
En termodinámica, la entropía (simbolizada como S), es una magnitud termodinámica que indica el grado de desorden molecular de un sistema.
Mide el grado de organización del sistema, o que es la razón de un incremento entre energía interna frente a un incremento de temperatura del sistema.
Es un parámetro que se utiliza para la investigación y desarrollo en la industria.
EFECTO DE REFRIGERACIÓN
Es el trabajo real producido por el refrigerante dentro del sistema de refrigeración. Son los BTU o calorías absorbidos por el sistema que dan como resultado un enfriamiento útil. Puede determinarse conociendo el contenido de calor, ó entalpía, del refrigerante cuando entra al evaporador y entalpía, o contenido de calor del gas que abandona el evaporador. La diferencia entre estas dos cantidades es el trabajo real producido ó efecto de refrigeración.
Puede observarse que cuanto más alto sea el efecto de refrigeración, menos refrigerante se requiere para producir una tonelada de refrigeración.
Todas las propiedades termodinámicas deben ser tenidas en cuenta para escoger un refrigerante.TONELADA DE REFRIGERACIÓN
La tonelada de refrigeración (TRF) es la unidad nominal de potencia empleada en algunos países, para referirse a la capacidad de extracción de carga térmica (enfriamiento) de los equipos frigoríficos y de aire acondicionado. Puede definirse como la cantidad de calor latente absorbida por la fusión de una tonelada de hielo sólido puro en 24 horas; en los equipos, esto equivaldría a una potencia capaz de extraer 12 000 BTUs por hora, lo que en el Sistema Internacional de Unidades (SI) equivale a 3517 W.
No obstante que es una unidad llamada a desaparecer con la adopción global del SI, actualmente se sigue empleando de manera convencional en el medio. El cambio se está dando de manera gradual, pues los fabricantes e ingenieros ahora especifican la capacidad de los equipos tanto en BTU/h como en watt o vatios, mientras que algunos ya sólo lo hacen en watt.
LAS PROPIEDADES FÍSICAS
Son aquellas que no determinan directamente el calor que un refrigerante puede absorber o mover.
Las propiedades físicas que los refrigerantes poseen son:
- Miscibilidad
- Tendencia a la fuga
- Olor
- Comportamiento a la humedad
- Localízación de fugas
- Toxicidad
- Inflamabilidad
- Economía
Existen además otras propiedades físicas que no figuran en la relación anterior tales como color, rigidez dieléctrica, conductividad térmica, etc.
MISCIBILIDAD
La primera propiedad física de los refrigerantes que va a ser estudiada es su capacidad de mezclarse con el aceite o miscibilidad.
La miscibilidad del aceite y los refrigerantes tienen ventajas y desventajas. Las principales ventajas son: facilidad de lubricación de las diferentes partes del sistema y relativa facilidad para retornar el aceite al compresor.
Los principales inconvenientes son: la disolución del aceite en el compresor, pobre transferencia de calor y problemas de control.
TENDENCIA A FUGAS
Hay muchos factores que determinan la tendencia de los refrigerantes. Presión, viscosidad, y densidad son algunos de ellos.
Cuando estas características son iguales en varios refrigerantes, el que tiene mayor peso molecular es el que tiene menos tendencia a la fuga.
PESO MOLECULAR
El tamaño de las moléculas es proporcional a la raíz cuadrada del peso molecular.Tiene influencia directa en la tendencia del refrigerante a fugar.
OLOR
Un poco de olor en los refrigerantes puede ser una ventaja, ya que una pequeña fuga de refrigerante podría ser notada, e inmediatamente efectuar la corrección de la fuga antes de que todo el refrigerante se haya perdido o se haya ocasionado una avería física.
Algunas veces se añaden a éstos gases olores irritantes como medida de seguridad.
REFRIGERANTE TOXICO
Es un término usualmente aplicado a los refrigerantes que son realmente dañinos al hombre. Todo los refrigerantes pueden causar asfixia si se encuentran en proporción suficiente en el compartimiento como para crear deficiencia de oxigeno pero algunos son realmente dañinos aún cuando se encuentran en pequeña proporción. La cantidad del daño depende de la concentración de refrigerante, su naturaleza y del tiempo que este expuesto al mismo
FACULTAD DE COMBUSTIÓN
Otro factor que debe ser mencionado cuando se estudia la toxicidad de los refrigerantes es la reacción de los mismos a la llama.
Los refrigerantes halogenados, R-l1, R-12 y R-22 se descomponen por la acción de una llama y forman productos altamente tóxicos aunque estos refrigerantes son en si mismos inocuos. Cuando se utiliza una llama abierta en presencia de algunos de estos refrigerantes halogenados, debe preverse amplia ventilación.
Los refrigerantes varían en extremo en cuanto a su facultad para arder o soportar la combustión. Algunos refrigerantes, tales como el R- 170 (etano) arden tan bien y tan rápidamente que son usados como combustible.
Otros refrigerantes son no inflamables por completo y pueden aun ser usados como agentes extintores.
Cuando exista riesgo de incendio en el lugar a refrigerar o donde esté instalado el equipo deben tomarse extremas precauciones en la selección de un refrigerante.
LOCALIZACIÓN DE FUGAS
En algunos refrigerantes se agregan sustancias especiales o pigmentos especiales para la detección rápida de fugas. También se le pueden agregar algunos componentes para producir olor para los mismos fines.
ECONOMÍA
Es deseable que un refrigerante sea económico y fácil de encontrar en el mercado, además de la compatibilidad con lubricantes y materiales de las juntas y elementos de sellado que posee el equipo en donde va a ser usado. Esto ayuda en la reducción de los costos de mantenimiento y facilita la posibilidad de obtención de refrigerante en puertos extranjeros en los cuales, respetando tratados internacionales de conservación de la capa de Ozono (SAO: Sustancia que agota la capa de ozono), algunos de ellos no son comercializados.
MÉTODOS PARA LA LOCALIZACIÓN DE FUGAS
Método 1
Solución jabonosa se esparce con la ayuda de un pincel o un hisopo por el lugar a inspeccionar y si la fuga es por sobre la presión atmosférica provocará burbujas.
Método 2
Mechero de gas: este mechero posee un dispositivo por el cual la llama pasa a través de una chapa en formato de espiral de cobre puro y un tubo de succión al que está acoplada una manguera destinada a succionar el gas de la fuga por su extremo libre.
Cuando se enciende el mechero regulamos la llama para que sea lo más cristalina posible. Luego con el extremo libre de la manguera recorremos el lugar a inspeccionar. De esta manera cuando encontramos la fuga, dicho gas subirá por la manguera hasta el mechero y se mezclará con el gas que se está quemando. Al pasar la llama por la chapa de cobre, dicha llama cambiara su color a un verde o azul verdoso.
Método 3
Detector electrónico: posee un sensor sensible al gas refrigerante, y nos entrega la información en partes por millón.
El principio de operación de los detectores de fugas electrónicos, está basado en la diferente conductividad de diferentes gases. En el detector del tpo fuentes de iones, el refrigerantees descompuesto a alta temperaatura por un alambre de platino, y se mide el cambio de corriente debido a la ionización del refrigerante. Algunos detectores se basan en la diferencia dieléctrica de los gases. Los gases fluyen entre las capas de un capacitor. estos gases actúan como dieléctrico (aislante) para cada capacitor. Las diferentes frecuencias de un oscilador indican la fuga.
COMPORTAMIENTO FRENTE A LA HUMEDAD
Aunque todos los refrigerantes absorben humedad en cantidades variables, la humedad debe evitarse en los sistemas de refrigeración.
Cuando en un sistema de refrigeración existe humedad, ocurren normalmente dos cosas:
La primera es la congelación de las moléculas de agua sueltas en las partes que están a baja temperatura dentro del sistema de refrigeración. Esto ocasionará atascos en los dispositivos de control, flotadores, etc., dando como resultado la paralización del sistema.
La segunda es la formación de los ácidos corrosivos por medio de una reacción química. Estos ácidos, causaran barro cobrizados y en general deterioro del interior del sistema de refrigeración.
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PARA UN BREVE REPASO:
Las propiedades de los refrigerantes, pueden clasificarse en dos principales categorías: Termodinámicas y físicas.
Las propiedades termodinámicas de principal intereses son: Presión, temperatura volumen, densidad, entalpía y entropía. Una propiedad termodinámica es cualquiera que tiene una directa relación con el movimiento del calor por partes del refrigerante.
La presión temperatura, volumen, densidad tienen una relación directa con las dimensiones, robustez y tipo de componentes del sistema.
La entalpía, es el contenido del calor de un refrigerante y es una medida del trabajo que el refrigerante puede realizar. También afecta, al equipo ya que también es un dato para determinar los pies/3 por minuto por tonelada.
Entropía, es una propiedad termodinámica utilizada principalmente en los trabajos de investigación.
Las propiedades físicas son aquellas que no tienen relación directa con la cantidad de calor que un refrigerante puede absorberá mover.
Las propiedades físicas más importantes son miscibilidad, tendencia de la fuga, olor, toxicidad, in localización de fugas y reacción con la humedad.
Todos los refrigerantes, tienen algún grado de solubilidad con el aceite. Un poco de miscibilidad es deseable.
A igualdad del resto de las condiciones la tendencia a la fuga depende del peso molecular del refrigerante.
Un ligero olor irritante en un refrigerante puede ser ventajoso pero un fuerte olor picante no lo seria.
La mayor parte de os refrigerantes usados en la actualidad, no son tóxicos, salvo unos pocos extremadamente peligrosos.
Los refrigerantes en cuanto al grado de inflamabilidad, tienen un amplio margen; los hay que se usan como extintores de incendios, hasta los que se usan como combustibles.
Existen buenos medios de localización de fugas para todos los refrigerantes.
Todos los refrigerantes deben mantenerse secos.
En general no existe el mejor refrigerante. Cada aplicación debe ser estudiada detenidamente para determinar que refrigerante es “mejor” para las condiciones que van a existir en ellos._____________________________________________________________________________________
LAS PROPIEDADES DESEABLES DE UN REFRIGERANTE IDEAL SON:
1. Debe tener un elevado calor latente de vaporización para absorber o sacar mas calor y por ende realice menos ciclos
2. Debe tener un punto de ebullición bajo para hervir el fluido y poder sacar mas calor
3. Una baja relación de compresión y aspiración para evitar compresores robustos, tuberías de gran diámetro y excesivo cantidad de fluido
4. El fluido no debe mezclarse con el aceite ya que pierde las propiedades y podemos dañar el equipo 5. No debe actuar sobre las partes metálicas, juntas y “o”rings, con el fin de evitar perdidas del fluido.
6. No ser inflamable.
7. Fugas que sean fáciles de detectar y de localizar por medios visuales, es decir que con el efecto de la atmosfera produzca una bruma o congelamiento.
8. No debe ser tóxico.
9. No ser corrosivo.
10. Ser barato y de fácil aprovisionamiento.
11. No debe atacar la capa de ozono.
NINGUNO DE LOS REFRIGERANTES USADOS EN LA ACTUALIDAD POSEEN LA TOTALIDAD DE ESTAS PROPIEDADES.
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FUENTES:
M.J.D.
Manual de Refrigeración Carrier
www.wikipedia.org
