Refrigerantes: Propriedades e Nomenclatura

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Ingeniería Térmica Curso 3º Lección VI.2 1
LECCION VI.2 TECNOLOGÍA DE LA PRODUCCIÓN DE FRÍO
 VI.2.1 Refrigerantes. Nomenclatura y propiedades.
 VI.2.2 Elementos básicos del ciclo frigorífico.
 VI.2.3 Tipos de compresores.
 VI.2.4 Válvulas de expansión.
 VI.2.5 Condensadores y evaporadores.
 VI.2.6 Otros elementos del ciclo.
 VI.2.7 Procesos que utilizan ciclos frigoríficos.
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VI.2.1 REFRIGERANTES. NOMENCLATURA Y PROPIEDADES
Se denomina refrigerante al fluido que cambia de fase en el
condensador y el evaporador, al modificar su presión,
intercambiando energía con el entorno.
Como primera clasificación se denomina fluido frigorígeno al fluido
utilizado en la generación de frío (refrigerante). Los fluidos
frigoríferos son los que se utilizan para la distribución del frío
(por ejemplo agua glicolada).
Las propiedades que debe tenerse en cuenta a la hora de
seleccionar un refrigerante son:
Termodinámicas (o físicas) características térmicas.
Químicas (Ej reacción con materiales NH3-Cu).
Seguridad (Ej. explosivo, tóxico, etc.).
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VI.2.1 REFRIGERANTES. NOMENCLATURA Y PROPIEDADES
PROPIEDADES TERMODINÁMICAS
Calor latente de cambio de fase Cambio de fase Presión/Temperatura
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VI.2.1 REFRIGERANTES. NOMENCLATURA Y PROPIEDADES
Propiedades químicas:
Comportamiento frente a la humedad.
Comportamiento con los materiales.
Interacción con el aceite lubricante.
Propiedades seguridad:
Toxicidad
Límites de concentración en aire
Fugas
Detección de fugas
Clasificación según Norma 34 de la American Society of Refrigerating
Engineers (Norma 34 de ASRE):
Hidrocarburos halogenados.
Mezclas azeotrópicas, 
Mezclas zeotrópicas o no azeotrópicas
Hidrocarburos saturados
Compuestos inorgánicos
Sustancias orgánicas no saturadas
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VI.2.1 REFRIGERANTES. NOMENCLATURA Y PROPIEDADES
Clasificación por presión de trabajo o ebullición a presión atmosférica:
Baja presión, temperatura de ebullición es alta. > 20 ºC.
Media presión, temperatura de ebullición entre 20 ºC y -30 ºC.
Alta presión, temperatura de ebullición es baja -30 ºC y -80 ºC.
Muy alta presión, temperatura será muy baja. < -80 ºC.
Clasificación según el Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones
frigoríficas:
Grupo de alta seguridad (L1):, no combustible y con acción tóxica 
ligera o nula.
Grupo de media seguridad (L2), acción tóxica o corrosiva, o mezcla 
con el aire combustible o explosiva a un 3,5% en volumen o más. 
Grupo de baja seguridad (L3), inflamables o explosivos mezclados 
con aire en un porcentaje < 3,5%. 
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VI.2.1 REFRIGERANTES. NOMENCLATURA Y PROPIEDADES
Criterios de selección de los refrigerantes:
Permitidos por legislación.
Temperatura.
Tipo de aceite a utilizar.
Presión de trabajo.
Prestaciones del refrigerante.
Deslizamiento (Refrigerantes zeotrópicos).
Pérdida de gas (Reposición o renovación completa).
Requerimientos de limpieza.
Impacto ambiental:
Efectos sobre la zapa de ozono (ODP)
Efecto invernadero (calentamiento global – GWP).
Horas de operación.
En la actualidad la legislación es muy restrictiva por el impacto ambiental
que genera su emisión.
Se esperan normativas para la eliminación de los refrigerantes halogenados:
CFC´s, HCFC´s, HFC´s.
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VI.2.1 REFRIGERANTES. NOMENCLATURA Y PROPIEDADES
Nomenclatura de los refrigerantes:
Siempre se nombran con una R inicial.
Refrigerantes orgánicos:
CmHnFx Rm-1,n+1,x.
Si el primer valor es 0 no se pone: Ej R12, R11, R22, R23.
Se completa la molécula orgánica con átomos de cloro.
Si existen isómeros se diferencian utilizando letras:
Sin letra: distribución de átomos más uniforme.
Letras a, b, c, etc… las siguientes distribuciones.
Ejemplos:
CFC´s R11 R12
HCFC´s R 22 HFC R134-a
C
F
H
Cl
F
C
F
Cl
Cl
FC
Cl
Cl
Cl
F
C
H
H
FC
F
F
F
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VI.2.1 REFRIGERANTES. NOMENCLATURA Y PROPIEDADES
Nomenclatura de los refrigerantes:
Mezclas de refrigerantes orgánicos:
Se numeran por el orden de aparición.
Las letras hacen referencia a la composición de la mezcla.
Si son zeotrópicos: a partir del 400.
Zeotrópicos cambia temperatura a presión constante.
Cambia composición por fugas.
Si son azeotrópicos: a partir del 500.
Azeotrópicos se comportan como componente puro.
Permite reposición por fugas.
Ejemplo:
R407C es mezcla de 23% de R32, 25 % de R125 y 52% de R134a 
R410A es mezcla de 50% de R32 y 50 % de R125.
(El R410A es casi azeotrópico)
R 507 es mezcla de 50% de R 125 y 50 % de R 143a
R 417A es mezcla de 50% de R 134a, 46,6 % R125 y 3,4 % de R 600
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VI.2.1 REFRIGERANTES. NOMENCLATURA Y PROPIEDADES
Ejemplo de refrigerante Zeotrópico: R407C
P
T
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VI.2.1 REFRIGERANTES. NOMENCLATURA Y PROPIEDADES
Ejemplo de refrigerante Azeotrópico: R507A
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VI.2.2 ELEMENTOS BÁSICOS DEL CICLO FRIGORÍFICO.
QC
QF
W
Evaporador
Condensador
Compresor
Válvula
de
expansión
Además: Necesario el refrigerante
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VI.2.3 TIPOS DE COMPRESORES.
Por disposición motor – compresor: (posibilidad de reparación)
Abiertos Semiherméticos Herméticos
Separado motor / compresor.
Posible reparación.
Sin contacto:
refrigerante / motor.
Ej: siempre NH3
Misma carcasa:
Motor / Compresor
NO REPARACIÓN
Misma carcasa:
Motor / Compresor
Posible reparación
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VI.2.3 TIPOS DE COMPRESORES.
Por tecnología utilizada para la compresión:
Compresores de paletas multicelular. 
Compresor de paleta excéntrica monocelular
1 Eje de giro 2 Cilindro
3 Rodillo móvil 4 Sello (aceite)
5 Paleta 6 Carril de paleta
7 Muelle de desplazamiento. 
(Herméticos)
(Herméticos)
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VI.2.3 TIPOS DE COMPRESORES.
Por tecnología utilizada para la compresión:
Compresores Scroll. (Herméticos)
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VI.2.3 TIPOS DE COMPRESORES.
Por tecnología utilizada para la compresión:
Compresores de Membrana.
Poca potencia
(Herméticos)
Compresores centrífugos.
Gran potencia
Abiertos(Abiertos)
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VI.2.3 TIPOS DE COMPRESORES.
Por tecnología utilizada para la compresión:
Compresores de pistón. (abiertos, semiherméticos 
o herméticos)
Alternativo 
de Pistones
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VI.2.3 TIPOS DE COMPRESORES.
Por tecnología utilizada para la compresión:
Compresores de tornillo: Abiertos
Posible inyección intermedia.
Habitual en industria (NH3)
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VI.2.4 VÁLVULAS DE EXPANSIÓN.
Reducen la presión del refrigerante, mediante algún procedimiento 
que provoque una elevada pérdida de carga.
Válvula de expansión termostática de bulbo remoto
Controla la temperatura a la salida del evaporador
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VI.2.4 VÁLVULAS DE EXPANSIÓN.
Válvula de expansión automática
Controla la presión de descarga en el evaporador.
Tubo capilar
No se controla el flujo.
El flujo solo depende de la diferencia
de presiones entre la zona de alta y la
de baja.
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VI.2.5 CONDENSADORES Y EVAPORADORES
Son sistemas que permiten el intercambio de calor entre el refrigerante y el 
medio que se pretende calentar y/o enfriar.
INTERCAMBIADORES DE CALOR:
Seleccionar por fluidos que intercambian calor
Refrigerante / Gas (Aire)
BateríaRefrigerante / Líquido
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VI.2.5 CONDENSADORES Y EVAPORADORES
Características específicas de condensadores y evaporadores
Condensador evaporativo
Cuidado con la
Legionella
Desescarche evaporador
Inversión de ciclo
Resistencia eléctrica
Baño con salmuera.
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VI.2.6 OTROS ELEMENTOS DEL CICLO
Son elementos auxiliares que suelen estar en alguno de los ciclos frigoríficos.
Separador de aceite
Amortiguadores y silenciadores
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VI.2.6 OTROS ELEMENTOS DEL CICLO
Visor de líquido Recipiente de líquido
Acumula líquido en alta presión
Sirve para comprobar:
Cantidad de líquido
Cambio de fase en condensador.
(Limpieza)
Evita la entrada de líquido al compresor.
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VI.2.6 OTROS ELEMENTOS DEL CICLO
Filtro secante
Válvulas de carga y medida de presión 
Elimina la humedad del circuito 
frigorífico:
Descompone el aceite.
Afecta al bobinado eléctrico
Congelación en ciclo
Apertura y cierre para comunicar con el 
circuito frigorífico
Válvulas antirretorno 
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VI.2.6 OTROS ELEMENTOS DEL CICLO
Válvulas solenoides Válvula de cuatro vías 
(Inversión de ciclo) 
Control de paso del refrigerante
Cambia evaporador por 
condensador y viceversa.
Ej. Bomba de calor reversible.
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VI.2.7 PROCESOS QUE UTILIZAN CICLOS FRIGORÍFICOS
CÁMARAS FRIGORÍFICAS
Varios tamaños.
Acumulación de productos perecederos o congelados (alimentos)
En el interior se encuentra el evaporador (batería + ventilador)
Análisis de la cargas frigoríficas:
Pérdidas por renovación de aire.
Pérdidas por las paredes
Enfriamiento o enfriamiento y congelación del producto.
(Evitar embalajes muy pesados)
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VI.2.7 PROCESOS QUE UTILIZAN CICLOS FRIGORÍFICOS
TÚNELES DE CONGELADO INDUSTRIALES
Congelado de productos.
Aire recirculado, para evitar la entrada de aire húmedo.
Habitualmente utilizan como refrigerante amoniaco (R717) 
Para reducir la carga frigorífica, es muy importante aportar la menor
cantidad posible de humedad, bien en el producto o con el aire.
Normalmente se para el proceso para proceder al desescarchado de los
evaporadores.
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VI.2.7 PROCESOS QUE UTILIZAN CICLOS FRIGORÍFICOS
TRANSPORTES FRIGORIFICOS
Por camión, barco, tren, etc.
Necesario mantener la cadena del frío.
El transporte en camión: instalaciones 
similares a las domésticas.
Transporte marítimo y barcos congeladores: 
instalaciones de amoniaco.
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VI.2.7 PROCESOS QUE UTILIZAN CICLOS FRIGORÍFICOS
FRIGORÍFICOS Y CONGELADORES DOMÉSTICOS
Las instalaciones más habituales.
Actualmente utilizan hidrocarburos saturados (isobutano).
Siempre mantener adecuadamente refrigerado el condensador.
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VI.2.7 PROCESOS QUE UTILIZAN CICLOS FRIGORÍFICOS
Acondicionamiento de locales
Sistema de Bomba de calor: Dimensionada para calor
CICLO DE REFRIGERACIÓN
CICLO DE CALEFACCIÓN
Cuando la bomba de calor es reversible, utiliza 
una válvula de cuatro vías.
Clasificación:
De donde toma calor a donde lo cede.
Aire-Aire, Aire-Agua, Agua-Aire
Tierra-Agua Tierra-Aire Agua-Agua
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VI.2.7 PROCESOS QUE UTILIZAN CICLOS FRIGORÍFICOS
Acondicionamiento de locales
Sistemas Aire-Aire
Sistemas de expansión directa compactos:
Sistemas de expansión partidos:
Sistemas de distribución: Refrigerante.
Unidades de techo, pared y suelo.
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VI.2.7 PROCESOS QUE UTILIZAN CICLOS FRIGORÍFICOS
Acondicionamiento de locales
Sistemas multi-split (VRV)
Sistemas de distribución: Refrigerante.
Varias unidades interiores.
Posibles a dos o tres tubos.
Sistema a dos tubos.
Modos de operación a tres tubos: Configuración recuperativa
Verano
Invierno
Demanda simultanea de calor y frío
Demanda equilibrada