26 DE AGOSTO AL 11 DE SETIEMBRE DE 2003 MONTEVIDEO, URUGUAY LABORATORIO TECNOLOGICO DEL URUGUAY (LATU)

M I N I S T E R I O D E V I V I E N D A ORDENAMIENTO TERRITORIAL Y MEDIO AMBIENTE PRIMER TALLER EN LA REGION SOBRE: DEMOSTRACION Y ENTRENAMIENTO EN ...
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M I N I S T E R I O D E V I V I E N D A ORDENAMIENTO TERRITORIAL Y MEDIO AMBIENTE

PRIMER TALLER EN LA REGION SOBRE:

DEMOSTRACION Y ENTRENAMIENTO EN EL USO DE HIDROCARBUROS COMO REFRIGERANTES

26 DE AGOSTO AL 11 DE SETIEMBRE DE 2003 LABORATORIO TECNOLOGICO DEL URUGUAY (LATU)

MONTEVIDEO, URUGUAY

CONTENIDO 1.- Panorama de alternativas de medios de refrigeración. • • • •

Alternativas de medios de refrigeración. Refrigerantes “Drop-In“– para R12 y R502. Alternativas libres de cloro, con contenido de flúor. Refrigerantes naturales como alternativas para R12, R22, R502.

2.- Hidrocarburos como Refrigerantes. • • • •

Propiedades y Aplicación. Propiedades físicas. Comparación de las propiedades ambientales. Curva de la presión del vapor del Isobutano, CARE 30, R12, R134a. • Curva de la presión del vapor del Propano, CARE 50, R22, R502, Amoníaco. • Relación de la presión de los diferentes refrigerantes. 3.- Comparación de la capacidad de refrigeración. 4.- Selección de componentes. 5.- Dimensión de las cañerías. 6.- Aceites para equipos de refrigeración con hidrocarburos. • Solubilidad • viscosidad 7.- Combustibilidad. 8.- Requisitos técnicos de seguridad de DIN E 7003. • • • •

Equipamientos de seguridad para la alta presión. Técnica de seguridad para los cuartos de refrigeración. Requerimientos para los cuartos de máquinas. Señalización.

1.- Panorama de alternativas de medios de refrigeración Alternativas de medios de Refrigeración

Refrigerantes de Transición / de servicio

HCFC / HFC Algunos con contenido de Cloro

Mono Refrigerantes

Mezclas

Refrigerantes de Mediano y Largo plazo

HFC Libres de Cloro

Mono Refrigerantes

Libres de Halógeno

Mezclas

Mono Refrigerantes

Mezclas

Predomina el R 22

Refrigerantes “Drop-In“ – para R12 y R502 Refrigerantes Anteriores

Alternativas Clasificación ASHRAE

Nombre del Productor

Composición (En casos de Mezclas)

Alternativas libres de cloro, con contenido de flúor Refriger Refrigerantes Anteriores Clasificación Anteriores

ASHRAE

Alternativas Nombre del Productor

Composición

(En casos de Mezclas)

Diversos

Diversos Diversos

Refrigerantes naturales como alternativas para R12, R22, R502 Refrigerantes Anteriores

Alternativas Clasificación ASHRAE

Nombre del Productor

No hay alternativas directas disponibles

Fórmula

2.- Hidrocarburos como refrigerantes La compañía inglesa CALORGAS es una de las pocas empresas que ofrece un panorama completo de refrigerantes hidrocarbonados para sustituir al R12, R22, R502 en la técnica de refrigeración. CARE 10 – Isobutano R600a CARE 30 – Mezcla de Isobutano y Propano (R600a/R290) CARE 40 – Propano R290 CARE 50 – Mezcla de Propano y Propeno (R290/R1270) Propiedades y Aplicación

Propiedades físicas

Comparación de las propiedades ambientales

Curva de la presión del vapor del Isobutano, CARE 30, R12, R134a

Curva de la presión del vapor del Propano, CARE 50, R22, R502, Amoníaco

Relación de la presión de los diferentes refrigerantes

Entalpía específica en kJ/kg a 40°C de temperatura de licuefacción, 10K sobrecalentamiento, 5K subenfriamiento

Temperatura de Evaporación en ºC

Densidad del vapor a 10K de sobrecalentamiento (estado de succión del compresor)

Temperatura de Evaporación en ºC

De estos diagramas resultan los siguientes valores: Entalpía Densidad a –10°C (líquido)

Unidad kJ/kg kg/m3

R22 213 1319

R290 383 544

La relación de la Entalpía de R290/R22 da 1,8. La relación de la densidad de R290/R22 da 0,4. De esto resulta que la potencia de refrigeración del Propano es aprox. 10% menor que la de R22. La densidad menor, y por ello el volumen específico mayor resultante, reduce a la mitad la cantidad de refrigerante necesario de la instalación al utilizar Propano.

3.- Comparación de la capacidad de refrigeración

En la Escuela Técnica Federal para la Técnica de Frío y Climatización (Bundesfachschule Kälte-Klima-Technik) varias instalaciones de refrigeración se llenaron tanto con R22 como con R290 y se midió su rendimiento bajo varias condiciones de trabajo. Los siguientes resultados se pueden tomar como representativos de la implementación de Propano: Las siguientes mediciones se hicieron con las instalaciones de refrigeración con compresores Danfoss SC18B.

4.- Selección de componentes Como muestran las comparaciones antes mencionadas, la capacidad de refrigeración del R290 está en promedio en un 10% por debajo de la del R22. Ya que aun no se cuenta con más datos sobre la capacidad de refrigeración del Propano, habrá que tomarse en cuenta esta baja capacidad de refrigeración al elegir los elementos de construcción o del equipo de refrigeración ya existente. Equipos ya existentes pueden funcionar con la mitad de llenado de R22. La potencia refrigerante se reduce aproximadamente en un 10%, sin embargo también se reduce la absorción de potencia eléctrica. En instalaciones nuevas se pueden tomar estos datos de rendimiento del R22 a la hora de elegir. Si en equipamientos nuevos se toman los datos del rendimiento refrigerante del R22 de los componentes y se les resta un 10%, se obtiene la potencia establecida del R290 en la práctica. 5.- Dimensión de las cañerías En general se puede utilizar la misma dimensión de tubos tanto para R290 como para R22:

6.- Aceites para equipos de refrigeración Los aceites para equipos de refrigeración son también hidrocarbonados. Ya que el Propano y el Isobutano también son hidrocarbonados puros, se da una excelente solubilidad de ambos medios. Básicamente los mismos aceites que se usan para R290 y R600a, se pueden utilizar también para R12, R22 y R502. Por la excelente solubilidad del Propano e Isobutano en el aceite del compresor, puede llegar a darse a mayores presiones de vapor una gran disminución en la viscocidad del aceite. La viscosidad de la mezcla aceite/refrigerante no debe bajar de 10 mm²/s, ya que de lo contrario ya no se puede garantizar la lubricación del compresor. Por eso se debe utilizar un aceite de una viscosidad base mayor si la temperatura de evaporación está por encima de los –10°C. Para equipos en los cuales el condensador está a la interperie, se recomienda intercalar una válvula solenoide antes de la válvula de expansión, comandada por un termostato, para arrancar y parar el compresor.

7.- Combustibilidad Una desventaja de los hidrocarburos es que crean mezclas combustibles con el aire. A partir de cierta concentración y hasta cierta concentración de hidrocarburos en el aire surgen mezclas inflamables. Los hidrocarburos puros en sistemas de refrigeración (sin aire) no se encienden. Si hay una mezcla inflamable se necesita primero una fuente de ignición para que la mezcla explote. Si falta esa fuente de ignición, no habrá de encenderse esa mezcla inflamable por si sola. Fuentes de ignición pueden ser: • • • • •

Superficies calientes Fumar y fuegos abiertos Carga electrostática Chispas Contactos eléctricos Límites de explosión del Propano Límite inferior de explosión

R290

Vol - % 1,7

g/m³ 31

Límite superior de explosión Vol - % g/m³ 9,5 180

Temperatura de ignición. °C 470

La norma para la construcción de sistemas de refrigeración con hidrocarburos (DIN E 7003) indica procedimientos para que, por un lado el entorno y por otro el equipamiento eléctrico no lleve a la ignición de mezclas eventualmente presentes.

8.- Requisitos técnicos de seguridad de DIN E 7003 (Extracto) a) Equipamientos de seguridad para la alta presión: • Cantidad de refrigerante hasta los 2,5kg: Presóstato certificado (de Reset automático). • Cantidad de refrigerante arriba de 2,5kg: dos limitadores de presión de seguridad certificados (uno con reset manual y el otro reset con herramienta). • No usar tapón fusible que reviente. • Resguardar los recursos de seguridad de cambios involuntarios. • En cantidad de refrigerante de más de 1kg: Manómetro del lado de alta presión. b) Técnica de seguridad para los cuartos de refrigeración: • Si el volumen interior V en m³ del cuarto de refrigeración es menor al resultado de 4000 x cantidad de refrigerante(kg) / LIE (g/m³), entonces todas las instalaciones eléctricas tienen que tener el tipo de protección IP54. LIE = Límite inferior de explosión, por ejemplo 31g/m³ para Propano. c) Requerimientos para los cuartos de máquinas (para cantidades de llenado mayores a 150g): • No hay requerimientos, si el volumen interior V en m³ es mayor al resultado de 2000 x cantidad de refrigerante(kg) / LIE (g/m³). • Ventilación natural (Ventanas, puertas etc.) con una apertura diagonal A mayor a 300 cm² para cantidades de llenado entre los 150g y 1000g. • Ventilación natural (Ventanas, puertas etc.) con una apertura diagonal A = 0,14 x (cantidad de refrigerante en kg)1/2 para cantidades de llenado a partir de 1000g o • Carcasa de la máquina ventilada o • Ventilación mecánica permanente con un tamaño de ventilador V en m³/h calculando V = 50 x (cantidad de refrigerante en kg)2/3 o manejado de forma alternativa a través de un sensor de gases que haga funcionar el ventilador cuando se alcanzada el 25% del límite inferior de explosión. • Todas los equipos eléctricos en un radio de 1m alrededor de la instalación deben tener el equipo de protección IP 54. d) Señalización: • El refrigerante y su combustibilidad deben estar claramente señalizados en la instalación.

Comisión Técnica Gubernamental de Ozono Rincón 422, Piso 3, Oficina 5 Montevideo – Uruguay Tel.: (598 2) 917-0710 Int: 4305 – Fax: (598 2) 917-0710 Int: 4321 www.ozono.gub.uy

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