Gases refrigerantes

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¿Que son los gases refrigerantes?

Los gases refrigerantes son fluidos de transporte que conducen la energía calorífica desde el nivel a baja temperatura (evaporador) al nivel de alta temperatura (condensador), donde pueden ceder su calor.

Estos gases refrigerantes son el fruido frigorigeno que contiene una instalación frigorífica y cuya misión es la de absorber calor de la fuente fría a baja presión y temperatura para cederlo a la fuente caliente a alta presión y temperatura, todo ello con las correspondientes variaciones de estado de líquido a vapor y de vapor a líquido.

Características básicas de los gases refrigerantes

Los gases refrigerantes se destacan por tener un punto de ebullición bajo, un punto de condensación bajo y adicionalmente el punto crítico más alto posible para hacer más eficiente el proceso de evaporación.

Características que definen un refrigerante

• Baja temperatura de ebullición: Un punto de ebullición por debajo de la temperatura ambiente, a presión atmosférica.
• Fácilmente manejable en estado líquido: El punto de ebullición debe ser controlable con facilidad de modo que su capacidad de absorber calor sea controlable también.
• Alto calor latente de vaporización: Cuanto mayor sea el calor latente de vaporización, mayor será el calor absorbido por kilogramo de refrigerante en circulación.
• No inflamable, no explosivo, no tóxico.
• Químicamente estable: A fin de tolerar años de repetidos cambios de estado.
• No corrosivo: Para asegurar que en la construcción del sistema puede usarse materiales comunes y la larga vida de todos los componentes.
• Moderadas presiones de trabajo: Las elevadas presiones de condensación (mayores de 30kg/cm²) requieren un equipo extrapesado. La operación en vacío (menor de 0Kg/cm²) introduce la posibilidad de penetración de aire en el sistema.
• Fácil detección y localización de fugas: Las fugas y perdidas de gas producen la disminución del refrigerante y la contaminación del sistema y medio ambiente.
• Inocuo para los aceites lubricantes o refrigerantes: La acción del refrigerante en los aceites lubricantes no debe alterar la acción de lubricación.
• Bajo punto de congelación: La temperatura de congelación tiene que estar muy por debajo de cualquier temperatura a la cuál pueda operar el evaporador.
• Alta temperatura crítica: Un vapor que no se condense a temperatura mayor que su valor crítico, sin importar cuál elevada sea la presión. La mayoría de los refrigerantes poseen temperaturas críticas superiores a 93º.
• Moderado volumen específico de vapor: Para reducir al mínimo el tamaño del compresor.
• Bajo costo: A fin de mantener el precio del equipo dentro de lo razonable y asegurar el servicio adecuado cuando sea necesario.

¿Como se clasifican los gases refrigerantes?

Los gases refrigerantes están clasificados de varios modos, según su seguridad, su inflamabilidad y por su estructura molecular, veamos todas sus clasificaciones con más detalle.

Clasificación según su seguridad (RD 138/2011)

• Grupo de alta seguridad (L1): En esta clasificación encontramos los refrigerantes R11, R113, R114, R12, R502, R22, R500, R410A, R407C, R424…, estos refrigerantes se caracterizan por ser refrigerantes no inflamables y de acción tóxica ligera o nula.
• Grupo de media seguridad (L2): En este grupo podemos encontrar al Amoníaco, Cloruro de etilo, Cloruro de metilo, Dióxido de azufre, sus características destaca la posibilidad de resultar inflamables, corrosivos, tóxicos o explosivos en un porcentaje en volumen igual o superior al 3,5% en mezcla de aire.
• Grupo de baja seguridad (L3): Estos refrigerantes son muy inflamables y explosivos mezclados con aire a un porcentaje inferior en volumen de 3,5%. A causas de su bajo costo se utilizan donde el peligro está siempre presente y su uso no agrega otro peligro, como por ejemplo en plantas petroquímicas y refinerías de petroleo, otra de sus características principales es la necesidad de trabajo a una mayor presión que la presión atmosférica para evitar que aumente el peligro de explosión debido a la imposibilidad de penetración de aire al circuito. En este grupo se pueden incluir el butano, propano, isobutano, etano, etileno, propileno y metano.

Clasificación según su inflamabilidad (RD 138/2011)

Los refrigerantes deberán incluirse dentro de uno de los tres grupos, 1, 2 o 3 basándose en el límite inferior de inflamabilidad a presión atmosférica y temperatura ambiente, sus características son las siguientes.

• Grupo 1: Refrigerantes no inflamables en estado de vapor a cualquier concentración en el aire.
• Grupo 2: Refrigerantes cuyo límite inferior de inflamabilidad cuando forman una mezcla con aire es igual o superior a 3,5% en volumen (V/V).
• Grupo 3: Refrigerantes cuyo límite inferior de inflamabilidad cuando forman una mezcla con aire, es inferior a 3,5% en volumen (V/V)

Clasificación según su estructura molecular

Según su estructura molecular los gases refrigerantes se clasifican en 3 grandes grupos, los CFC, HCFC y los HFC.

Refrigerantes CFC (clorofluorcarbonos)

• Son los refrigerantes que contienen cloro, flúor y carbono en su molécula como el R-12 (2 átomos de cloro) y el R-11 (3 átomos de cloro).
• Los conocidos como clorofluorcarbonos fueron prohibidos tanto su venta como su uso el 1 de octubre del año 2000 por el Reglamento Europeo CE nº 2037/2000, por ser sustancias que agotan o destruyen la capa de Ozono (CFC12 y CFC11), su potencial de agotamiento de la capa de ozono (PAO o ODP) es igual a 1 (CFC11).

Refrigerantes HCFC (Hidroclorufluorcarbonos)

• Son los refrigerantes que contienen hidrógeno, cloro (un solo átomo), flúor y carbono como el refrigerante R-22.
• Fueron prohibidos el 1 de enero del año 2004 para su uso en cuanto a la fabricación de equipos tanto de frío como de bomba de calor y prohibido su uso en todos los casos, incluido el mantenimiento a partir del 1 de enero del 2015 según el Reglamento Europeo CE nº 2037/2000, por ser sustancias que destruyen y agotan la capa de ozono.

Refrigerantes HFC (Hidrofluorcarbonos)

• Son los refrigerantes que no contienen cloro, pero contienen hidrógeno, flúor y carbono en su estructura molecular.
• Su SAO (sustancia agotadora de la capa de ozono) es 0
• En este grupo de refrigerantes podemos encontrar al R404A, R407A, R407C, R410A, etc…
• Los HFC son gases «mezcla» esto quiere decir que están compuestos por la mezcla de varios gases o sustancias puras, estos a su vez se pueden separar en 2 grandes grupos y un subgrupo (mezclas zeotrópicas o no azeotrópicas, mezclas Azeotrópicas y mezclas casi azeotrópicas) como vimos en una entrada anterior las mezclas no azeotrópicas y casi azeotrópicas deben de ser cargados en estado líquido.

¿Por qué hacer una recarga de gas en estado líquido? Características de las mezclas zeotrópicas y azeotrópicas.

Evolución de los refrigerantes

Antes la situación actual de los refrigerantes, la prohibición de los CFC y de los HCFC, las familias de refrigerantes que HFC puros o mezclas son la alternativa actual a la sustitución a largo plazo de estos refrigerantes con base de cloro, no obstante se están barajando otras alternativas como los refrigerantes naturales como el amoniaco, los hidrocarburos lineales o cíclicos y sus mezclas, el CO2 y el agua (algunos de estos ya están siendo utilizados desde largo tiempo en instalaciones industriales o de gran capacidad).