Refrigerante R717 Fórmula Química NH3 (amoniaco)

Entre los refrigerantes "naturales", el R717 mantiene uno de los primeros lugares como unaalternativa al R22 y R502. La producción mundial de amoniaco alcanza 120 millones de toneladasy solo una pequeña porción de este (hasta un 5 %) es usado en los equipos de refrigeración.

El amoniaco no degrada la capa de ozono (ODP = 0) y no contribuye directamente al incrementodel gas de invernadero (GWP = 0). El gas con un fuerte olor característico es dañino para elorganismo humano. La concentración de tolerancia en el aire es 0,02 mg/dm3, lo que correspondea una fracción en volumen de 0,0028%. En combinación con el aire a una fracción en volumen de16...26,8% y la disponibilidad de fuego abierto el amoniaco es explosivo. La temperatura deignición en el aire es 651 oС.

Los vapores de amoniaco son más ligeros que el aire, es bien soluble en agua (una unidad deagua puede disolver 700 unidades de amoniaco que excluye la humedad congelada en el sistema).El amoniaco se mezcla fuertemente con aceites minerales. No afecta metales ferrosos, el aluminioy el bronce fosfórico, pero en la la presencia de humedad destruye los metales no ferrosos (zinc,cobre, y sus aleaciones) La proporción en masa de humedad en el amoniaco no debe exceder0,2%.

De acuerdo con las cualidades termodinámicas, el amoníaco es uno de los mejores refrigerantes:según la productividad de enfriamiento supera considerablemente a los R12, R11, R22 and R502,tiene más alto coeficiente de transferencia de calor que permite usar tuberías de más pequeñodiámetro en los aparatos de transferencia de calor. Debido al fuerte olor del amoniaco, las fugas enel sistema de refrigeración pueden ser fácilmente detectado por el personal. Debido a estasrazones, el R717 encuentra sus amplios usos en las grandes capacidades de refrigeración. Elrefrigerante R717 tiene bajo costo.

Una de las desventajas del amoniaco es el más alto valor de la línea adiabática (1,31) comparadaal R22 (1,18) y R12 (1,14), que causa un incremento considerable de la temperatura de descarga.En conexión con esto, los aceites de refrigeración usados en combinación con amoniaco debenpresentar requirimientos estrictos de estabilidad térmica durante un largo período de tiempo deoperación de la capacidad de refrigeración.

Relación entre la temperatura y la presión de vapor saturado de algunos refrigerantes de losgrupos CFC, HCFC and HFC groups

Tem-

pera-

tura,oC

Presión del Refrigerante, 105 Pa

R11 R12 R13 R13B1 R22 R23 R113 R114 R134aR142b R500 R502 R503 R717

-120 0,069 0,100-100 0,331 0,318 0,475-80 1,094 0,315 0,104 1,144 0,039 0,146 1,560-60 0,226 2,818 0,908 0,374 3,135 0,163 0,072 0,270 0,487 3,968 0,219-50 0,391 4,215 1,445 0,643 4,810 0,299 0,135 0,464 0,814 5,898 0,408-40 0,641 6,070 2,199 1,049 7,090 0,131 0,516 0,240 0,756 1,296 8,448 0,717

-30 0,092 1,004 8,464 3,222 1,635 10,10

00,02

7 0,226 0,847 0,402 1,179 1,979 11,730 1,195

-20 0,157 1,509 1,480 4,568 2,448 13,99

00,05

1 0,369 1,330 0,642 1,771 2,910 15,860 1,901

-10 0,25 2,191 5,200 6,292 3,543 18,91 0,08 0,579 2,007 0,983 2,572 4,143 20,97 2,908

7 0 9 0

0 0,401 3,086 19,73

0 8,454 4,976 25,050

0,148 0,875 2,928 1,452 3,626 5,731 27,23

0 4,294

10 0,605 4,233 25,18

011,12

0 6,807 32,640

0,236 1,278 4,145 2,079 4,981 7,730 34,81

0 6,150

20 0,833 5,673 31,71

014,35

0 9,099 41,930

0,362 1,811 5,716 2,896 6,686 10,20

0 8,574

30 1,254 7,449 18,22

011,29

00,53

8 2,500 7,701 3,938 8,794 13,190

11,670

40 1,735 9,607 22,83

015,34

00,77

8 3,372 10,164 5,244 11,36

016,77

015,55

0

50 2,346

12,190

28,280

19,420

1,094 4,454 13,17

6 6,856 14,430

21,010

20,330

60 3,111

15,260

34,690

24,270

1,501 5,775 16,81

3 8,819 18,080

26,010

70 4,052

2,018 7,364 21,16

211,18

2

80 5,192

2,659 9,254 13,99

9

90 3,444

11,480

17,329

100 4,390

14,080

110 5,518

17,100

El amoniaco tiene un extremadamente alto valor del calor de vaporización y, como consecuenciapresenta un comparativamente pequeño consumo de masa del refrigerante circulante (13... 15%comparado con el R22). Esta es una cualidad ventajosa para grandes capacidades de refrigeraciónpero hace dificil la regulación de la entrega del amoníaco al evaporador con bajas potencias.

Dificultades adicionales se presentan por la agresividad del amoniaco hacia el cobre y susaleaciones, lo cual exige que las tuberías, intercambiadores de calor y los accesorios sean hechosde acero. Debido a la alta toxicidad y combustibilidad del amoniaco, las conexiones soldadasdeben ser cuidadosamente controladas. Debido a la alta conductividad del R717, la creación decompresores herméticos y semiherméticos está impedida. Al msmo tiempo para capacidadesindustriales con potencia de más de 20 kWt, el amoníaco es la mejor alternativa.

Se espera que se extienda el empleo de amoniaco en pequeñas máquinas de refrigeración paracapacidades comerciales.

Los aceites usados en el presente no se mezclan con el amoniaco y por tanto es necesario insertaren el modelo de la maquina de refrigeración eliminadores de aceites lo cual incrementa los costos.Recientemente se han conducido investigaciones para el desarrollo de aceites solubles enamoniaco y la creación de equipos de refrigeración con el evaporador "seco". La solubilidad delaceite en amoniaco excluye la formación de la película de aceite sobre la superficie delintercambiador lo que incrementa el coeficiente de transferencia de calor desde 2700 hasta 9100Вtons/(m2*K).

Los progresos alcanzados recientemente en el desarrollo de los aceites de refrigeración solublesen el amoniaco R717 pueden cambiar las tendencias en el desarrollo de la construcción de lasmáquinas de refrigeración.El refrigerante R744 Fórmula Química СО2 (dióxido de carbono)

Es una sustancia barata, no tóxica, no combustible y ecológicamente limpia (ODP = 0, GWP= 1). Elcosto del dióxido de carbono es 100...120 veces más bajo que el R134a.

El dióxido de carbono tiene una temperatura crítica baja (31 oС), un punto triple comparativamentealto (-56 oС), una presión relativamente alta en el punto triple (más que 0,5 МPа) y presión crítica(7,39 МPа). Este puede servir como un refrigerante alternativo. Forma parte de la atmósfera y labiosfera de la Tierra, tiene las ventajas siguientes: bajo precio, serviciaje simple, compatibilidad conaceites minerales, materiales estructurales y de aislamiento. Al mismo tiempo, mientras usamosdióxido de carbono se requiere agua de enfriamiento del condensador de la máquina derefrigeración.Su alta presión crítica tiene también el positivo aspecto relacionado con el bajo nivel de compresióny como una consecuencia, la efectividad del compresor se hace considerable. Existen perspectivaspositivas de usar el dióxido de carbono en sistemas de aire acondicionado en automoviles y trenes.Tambien existen posibilidades de emplearlo en refrigeradores domésticos y bombas decalentamiento.El refrigerante R728. Fórmula Química N2

El nitrógeno líquido es usado como sustancia refrigerante criogénicaen algunos países (Inglaterra,USA, etc.). Bajo la presión atmosférica, la temperatura de ebullición del nitrógeno es -196 oС, y elcalor específico de vaporización es 199 kJoule/kg. Es un refrigerante no tóxico y ecológicamentelimpio. (ODP = О, GWP = 0). El método criogénico de enfriamiento con nitrógeno líquido presuponesu simple uso. Este método se realiza en sistemas donde el agente actuante no desempeña unproceso cíclico cerrado.

En Rusia se han descubierto grandes reservas de gases subterráneos (alrededor de 340 billonesde m3 ) con un alto contenido de nitrógeno, que hace más bajo el costo del nitrógeno naturalcomparado con el costo del nitrógeno obtenido por la licuación del aire y la separación fraccionadade sus componentes, que permitirá aplicar en escala industrial el método de enfriamiento en lasmáquinas para la rápida congelación de los productos alimenticios. Para incrementar el nivel deempleo del potencial de baja temperatura del nitrógeno gasiforme, los especialistas han sugerido elsistema de suministro móvil del frio.El refrigerante R290. Fórmula Química С3Н8 (propano).El potencial de agotamiento del ozono es ODP = 0, y potencial de calentamiento global GWP = 3.Es caracterizado por el bajo costo y es no tóxico. Con el uso de este refrigerante no hay problemacon la selección de materiales estructurales para las partes del compresor, condensador, yevaporador. El propano es fácilmente mezclable es aceites minerales. La temperatura de ebulliciónbajo la presión atmósferica es -42,1 oС. La ventaja del propano es tambien la baja temperatura dela salida del compresor. Sin embargo el propano como refrigerante tiene dos desventajasfundamentales. Primero presenta riesgo al fuego, segundo el tamaño del compresor debe sermayor que el usado con R22.

En las capacidades de refrigeración industrial, el propano ya ha sido usado durante muchos años.En años recientes, se sugiere el uso del propano en capacidades del transporte de refrigeración.

En Alemania en 1994 fueron fabricados mas de 1000 refrigeradores domésticos con propano,isobtano y sus mezclas.Similares refrigeradores están siendo fabricados en China, Brasil,Argentina, India, Turquía y Chile. De acuerdo con las estimaciones de los desarrolladores de esteequipo, el factor de refrigeración al usar los hidrocarburos es casi el mismo (+(-)1%), que eloperado con R12. Sólo se exigen pequeñas alteracines en el diseño del compresor. Se usan losmismos aceites minerales, el mismo aislamiento, los mismos materiales sellantes, las tuberías delmismo diámetro y el procedimiento de servcio es casi el mismo. La temperatura de descarga sehace más baja que cuando se trabaja con R22 o R502. El porpano puede ser cargadoinmediatamente en el sistema donde hubo antes un refrigerante degradante del ozono. Como la

investigación ha mostrado en este caso hasta el 10% de la productividad del frío se pierde en elsistema donde hubo antes R22 y 15 % si hubo antes R502. Un número de especialistas creen queesta reducción puede prevenirse mediante adición del polipropileno al propano.

En Estados Unidos se prohibe el uso de los hidrocarburos en refrigeradores domésticos. LaAgencia de Potección del Medio Ambiente estadounidense prevee en el caso de su uso eldesencadenamiento de hasta 30 000 fuegos por año.

La instalación de equipos de refrigeración comercial con propano en lugares públicos debeacompañarse de reglas especiales de seguridad. En caso de exceder la carga normada (más de2,5 kg de R290), el equipo de refrigeración debe ser instalado en un lugar especialmente equipadocon el incremento en ls gastos.

El refrigerante R600a Fórmula química С4Н10 (isobutano).

En comparación con el R12 y el R134a, el isobutano tiene ventajas ecológicas considerables. Estegas natural no degrada la capa de ozono y apenas contribuye al efecto de invernadero (GWP =0,001). La masa del refrigerante circulante en el egregado de refrigeración cuando se emplea elisobutano se reduce considerablemente (aproximadamente el 30%). La masa específica delisobutano es dos veces más altas que la masa específica del aire. El isobutane se disuelvefácilmente en el aceite mineral tiene más alto factor de refrigeración que el R12 y reduce la energíaconsumida. Las cualidades físicas del R600a comparada con el R12 y el R134a se dan en la tabla.

El isobutano es combustible, fácilmente inflamable y explosivo. easily inflammable and explosive,pero solo en la presencia de llama cuando el refrigerante alcanza la fracción volumétrica de 1,3 -8,5%. El ímite inferior del riesgo explosivo (1,3%) corresponde a 31 g de R600a en un m3 del aire;el límite superior (8,5%) - 205 g of R600a en 1 m3 del aire. La temperatura de inflamación es 460oС.

En la actualidad, las compañias alemanas e italianas usan R600a en equipos de refrigeracióndoméstica. Compañias internacionales como "Electrolux compressors" fabrican compresores queoperan con isobutano. Los agregados de refrigeración con R600a se caracterizan por más bajonivel de ruido debido a la baja presión en el contorno operacional del refrigerante.

El uso del isobutano en los equipos de refrigeración existentes se relaciona con la necesidad de lasustitución de los compresores por compresores de mayor productividad de acuerdo al efectorefrigerante de volumen específico que el R600a casi duplica al del R12.

Propiedades físicas básicas del R6ООа comparadas con las del R12 y R134aParametro R12 R134a R600a

Temperatura de ebullición normal (p = 0,1МPа), oС -29,8 -26,5 -12Temperatura de congelación, oС -158 -101,1 -159Temperatura crítica, oС 122 101,15 135Presión crítica, МPа 4,11 4,06 3,65Presión de succión a -15 oС, МPа 0,182 0,164 0,089Solubilidad en aceite No limitadaSolubilidad en agua (a15.5 oС), masa % 0,005 0,015 0,0057Potencial de degradación del ozono (ODP) 1 0 0Refrigerantes relacionados con el grupo de los HFCsRefrigerante R 125 Fórmula Química СНF2СF3

Perteneciente al grupo de los HFC, no contiene cloro en su estructura. El potencial de degradacióndel ozono es cero y el potencial de calentamiento global es, GWP = 860. La temperatura deebullición a la presión atmosférica es -48,1 oС. Se recomienda sus so como componente puro o enmezclas alternativas para sustituir al R22, R502 y R12. El R125 no es combustible. Por sudesempeño energético y coeficiente de transferencia de calor se situa detrás de los refrigerantesR22 y R502. Comparado con el R502, tiene una curva más abrupta de la dependenciacaracterística de la presión de vapor saturado con la temperatura, la temperatura crítica es baja, yno es alta la temperatura específica del vapor caliente ascendente, lo cual provoca la necesidad deincrementar el nivel de la compresión. Por esto las posibilidades de usar el R125 en los equipos derefrigeración que tengan condensadores con enfriamiento por aire son extremadamente limitadas.

Al mismo tiempo, el R125 tiene más baja (comparado con R22 y R502) la temperatura de descargay alto flujo másico bajo las presiones de baja sución. Los compresores de refrigeración de pistónque operan con R125 se caracterizan por su carga óptima del cilindro y en consecuencia tienenuna gran eficiencia de volumen.El refrigerante R134a Fórmula Química CF3CFH2 (tetrafluoretano).

La molécula de R134a tiene más pequeño tamaño que el R12 lo cual lo hace más peligroso alescape. El potencial de degradación del ozono es = 0, y el potencial de calentamiento global esGWP = 1300.

El refrigerante R134a es no-toxico y no se enciende dentro del intervalo completo de lastemperaturas operacionales. Sin embargo en el caso de ingreso de aire al sistema y hayacompresión pueden formarse mezclas combustibles. No deben mezclarse el R134a con el R12porque se forma un azeótropo de alta presión con proporciones en masa 50 - 50%. La presión devapor saturada de este refrigerante es un poco mayor que la del R12 (respectivamente 1,16 y 1,08МPа a 45 oС). El vapor R134a se descompone bajo la influencia de la llama con formación deproductos venenosos e irritantes tales como el fluoruro de hidrógeno.

De acuerdo con la clasificación ASHRAE, este producto se relaciona a la clase А1. En el equipo detemperatura media (temperatura de ebullición -7 oС y más alta), el R134a tiene un desempeñopróximo al R12.

El R134a se caracteriza no por una alta temperatura de descarga (aproximadamente 8...10oС másbaja que la del R12) y no altos valores de presión de vapor saturado.

En capacidades de refrigeración operando bajo temperaturas de ebullición más bajas que -15 oС,los datos de energía del R134a son peores que aquellos del R12 (el efecto de refrigeración delvolumen específico es 6% más bajo a -18 oС). En tales capacidades es mejor usar refrigerantescon más baja temperatura de ebullición o compresores con un incremento del volumen tiempolimitado por los pistones.

En capacidades de refrigeración de temperatura meia y sistemas de aire acondicionado, el factorde refrigeración del R134a es igual o más alto que el factor del R12.

En capacidades de refrigeración de alta temperatura, la productvidad de enfriamiento específicacuano se opera con R134a es también in poco más alta (6% más a t = 0 oС), que la del R12. Losintervalos de uso del refrigerante R134a se muestran en la figura, y la dependencia de laproductividad de enfriamiento y el factor de refrigeración del punto de ebullición se muestra másabajo en la figura.

Debido al considerable potencial de calentamiento global GWP, se recomienda usar R134a

ensistemas herméticos de refrigeración. La contribución del R134a al efecto invernadero es 1300veces tan alto como el del СО2. Así el escape del R134a correspondiente a la carga de unrefrigerador doméstico (alrededor de 140 g) equivale a 170 kg de СО2. En Europa alrededor de 448g de СО2 se forma en la generación de 1 kWt/h de energía, es decir, esta emisión del refrigerantecorresponde a la producción de 350 kWt*h de energía.

Para la operación con el refrigerante R134a, se recomiendad solamente los aceites derefrigeración poliester caracterizados por una elevada higroscopicidad.

El R134a es ampliamente usado en todo el mundo como un sustituyente principal del R12 enequipos de refrigeración que operan en el intervalo de temperatura media. Se usa en airesacondicionados de automoviles, refrigeradores domésticos, equipos de temperatura media derefrigeración comercial, capacidades comerciales, sistemas de aire acondicionados en edificios yáreas industriales, así como en transporte de refrigeración.

El análisis de las publicaciones extranjeras y los resultados de la investigación en Rusia indicanque la sustitución de R12 por R134a, que tiene alto potencial de calentamiento, en compresores derefrigeación está relacionada con la solución un grupo de tareas técnicas básicas entre las cualesse encuentran:

El perfeccionamiento del desempeño de energía y el volumen de los compresoresherméticos.

El incremento de la inercia química del esmalte de los alambres del motor eléctrico delcompresor hermético.

El incremento de la capacidad dehumidificante del filtro deshidratante debido a la elevadapropiedad higroscópica del sistema aceite sintético - R134.

Todo esto se refleja enun considerable incremento del costo del equipo de refrigeración. Al mismotiempo, en plantas de enfriamiento con agua que usan compresores de hélice y centrífugos elempleo del R134a tiene cierta perspectivas.R 143a refrigerant. Chemical formula CF3-СН3 (trifluoroethane)

El R143a tiene un potencial de agotamiento del ozono = 0 y un potencial de calentamiento globalrelativamente alto GWP = 1000, no es tóxico ni tampoco combustible, y no interactúa con losmateriales estructurales ni de empacado. Los tres átomos de hidrógeno en la molécula del R143acontribuye a la buena solubilidad en aceites minerales. El calor específico de vaporización es 19,88kJoule/mole a temperatura de ebullición normal lo cual es un poco más alto que el del R125 (18,82kJoule/mole). La temperatura de descarga es más baja que la del R12, R22 y R502. Como elanálisis energético ha mostrado, la efectividad energética del ciclo de dos etapas con R143a escercana a la efectividad del ciclo con R502, más baja que la del R22, y más alta que las de R125.R143a. Interviene en las mezclas alternativas de composición multicomponente sugeridas para lasustitución del R12, R22 and R502.

Refrigerante R 32 refrigerant. Fórmula química CF2H2 (difluormetano).

Relacionado con el grupo HFC. El refrigerante R32 tiene un potencial de degradación de ozonolODP = О y bajos potenciales de calentamiento global GWP = 220, en comparación con R125 yR143a. No es tóxico pero presenta riesgo a la llama. Tiene un alto calor específico de vaporización20,37 kJoule/mole a la temperatura de ebullición normal y una dependencia abrupta de la presiónde vapor saturado con la temperatura y como resultado, el R32 se caracteriza por una elevadatemperatura de descarga la cual es la más alta de todos los refrigeantes alternativos, excepto elamoniaco. El R32 es soluble en aceites de poliester.

Cuando es usado en capacidades de refrigeración, el R32 se caracteriza por una alta efectividadenergética y productividad de enfriamiento, pero es ligeramente inferior al R22 y R717. El alto nivelde la compresión del R32 exige de modificaciones considerables en el diseño de la capacidad derefrigeración y en consecuencia eleva sus costos. Por tanto el R32 se reecomenda para ser usadocomo un componente de mezcla alternativas de trabajo. Debido al pequeño tamaño de la moléculade R32 comparado con el de las moleculas derivadas del etano, es posible una selectiva pérdidade R32 a través de porosidades en el sistema de refrigeración, lo cual varía la composición de lamezcla multicomponente de trabajo.

Fuente: Company "Allchem" Web Page.