Refrigerante.

Un refrigerante es un producto químico líquido o gas, fácilmente licuable, que se utiliza para servir de medio transmisor de calor entre otros dos en una máquina térmica, y concretamente en aparatos de refrigeración. Los principales usos son los refrigeradores y los acondicionadores de aire.

El principio de funcionamiento de algunos sistemas de refrigeración se basa en un ciclo de refrigeración por compresión, que tiene algunas similitudes con el ciclo de Carnot y utiliza refrigerantes como fluido de trabajo.

Historia.

En los años 1980 comenzaron las preocupaciones por la capa de ozono, los refrigerantes más usados eran los clorofluorocarbonos R-12 y R22. El primero era empleado principalmente para aire acondicionado de vehículos y para pequeños refrigeradores; el segundo para aire acondicionado, refrigeradores, y congeladores comerciales, residenciales y ligeros. Algunos de los primeros sistemas emplearon el R-11 por su bajo punto de ebullición, lo que permitía construir sistemas de baja presión.

La producción de R-12 cesó en Estados Unidos en 1995, y se planea que el R-22 sea eliminado en el 2010. Se está empleando el R-134a y ciertas mezclas (que no atentan contra la capa de ozono) en reemplazo de los compuestos clorados. El R410a (comúnmente llamada por su nombre comercial Puron®) es una popular mezcla 50/50 de R-32 y R-125 que comienza a sustituir al R-22.

Características de los refrigerantes.

Punto de congelación. Debe de ser inferior a cualquier temperatura que existe en el sistema, para evitar congelaciones en el evaporador.

Calor específico. Debe de ser lo más alto posible para que una pequeña cantidad de líquido absorba una gran cantidad de calor.

Volumen específico.- El volumen específico debe de ser lo más bajo posible para evitar grandes tamaños en las líneas de aspiración y compresión

Densidad. Deben de ser elevadas para usar líneas de líquidos pequeñas. La temperatura de condensación, a la presión máxima de trabajo debe ser la menor

posible. La temperatura de ebullición, relativamente baja a presiones cercanas a la

atmosférica. Punto crítico lo más elevado posible. No deben ser líquidos inflamables, corrosivos ni tóxicos. Dado que deben interaccionar con el lubricante del compresor, deben ser miscibles

en fase líquida y no nocivos con el aceite. Los refrigerantes, se aprovechan en muchos sistemas para refrigerar también el

motor del compresor, normalmente un motor eléctrico, por lo que deben ser buenos dieléctricos, es decir, tener una baja conductividad eléctrica.

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Tipos.

Por su composición química.

Los inorgánicos, como el agua o el NH3: Amoníaco Los de origen orgánico(hidrocarburos y derivados):

o Los CFC's, Clorofluorocarbonos, perjudiciales para la capa de ozonoo Los HCFC's.Hidrocloroflurocarbonadoso Los HFC's.o Los HC: Hidrocarburos (alcanos y alquenos)o Las mezclas, azeotrópicas o no azeotrópicas.

Por su grado de seguridad.

GRUPO 1: no son combustibles ni tóxicos. GRUPO 2: tóxicos, corrosivos o explosivos a concentraciones mayores de 3,5% en

volumen mezclados con el aire. GRUPO 3: tóxicos, corrosivos o explosivos a concentraciones menores o iguales a

3,5% en volumen..Por sus presiones de trabajo.

Baja: Media: Alta: Muy alta:

Por su función.

Primario: si es el agente trasmisor en el sistema frigorífico, y por lo tanto realiza un intercambio térmico principalmente en forma de calor latente.

Secundario: realiza un papel de intercambio térmico intermedio entre el refrigerante primario y el medio exterior. Realiza el intercambio principalmente en forma de calor sensible.

Pueden ser perjudiciales para la capa de ozono: Índice ODP y ayudar al efecto invernadero: Índice GWP.

Refrigerantes comúnmente usados.

El agua. El amoníaco o R717. El Glicol R11. R12. R22.

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R23. R32. R123. R124. R134a. R502. R407C. R410A. R507. R517. Freón

Agua.

El uso del agua en la industria.

La industria precisa el agua para múltiples aplicaciones, para calentar y para enfriar, para producir vapor de agua o como disolvente, como materia prima o para limpiar. La mayor parte, después de su uso, se elimina devolviéndola nuevamente a la naturaleza. Estos vertidos, a veces se tratan, pero otras el agua residual industrial vuelve al ciclo del agua sin tratarla adecuadamente. La calidad del agua de muchos ríos del mundo se está deteriorando y está afectando negativamente al medio ambiente acuático por los vertidos industriales de metales pesados, sustancias químicas o materia orgánica. También se puede producir una contaminación indirecta: residuos sólidos pueden llevar agua contaminada u otros líquidos, el lixiviado, que se acaban filtrando al terreno y contaminando acuíferos si los residuos no se aíslan adecuadamente.

El agua es utilizada para la generación de energía eléctrica. La hidroelectricidad es la que se obtiene a través de la energía hidráulica. La energía hidroeléctrica se produce cuando el agua embalsada previamente en una presa cae por gravedad en una central hidroeléctrica, haciendo girar en dicho proceso una turbina engranada a un alternador de energía eléctrica. Este tipo de energía es de bajo costo, no produce contaminación, y es renovable.El agua es fundamental para varios procesos industriales y maquinarias, como la turbina de vapor, el intercambiador de calor, y también su uso como disolvente químico. El vertido de aguas residuales procedentes de procesos industriales causan varios tipos de contaminación como: la contaminación hídrica causada por descargas de solutos y la contaminación térmica causada por la descarga del refrigerante.

Otra de las aplicaciones industriales es el agua presurizada, la cual se emplea en equipos de hidrodemolición, en máquinas de corte con chorro de agua, y también se utiliza en pistolas de agua con alta presión para cortar de forma eficaz y precisa varios materiales como acero, hormigón, hormigón armado, cerámica, etc. El agua a presión también se usa para evitar el recalentamiento de maquinaria como las sierras eléctricas o entre elementos sometidos a un intenso rozamiento.

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El agua como transmisor de calor.

El agua y el vapor son usados como transmisores de calor en diversos sistemas de intercambio de calor, debido a su disponibilidad, por su elevada capacidad calorífica, y también por su facultad de enfriar y calentar. El vapor condensado es un calentador eficiente debido a su elevado calor de vaporización. Una desventaja del agua y el vapor es que en cierta manera son corrosivos. En la mayoría de centrales eléctricas, el agua es utilizada como refrigerante, la cual posteriormente se evapora y en las turbinas de vapor se genera energía mecánica, permitiendo el funcionamiento de los generadores que producen electricidad.

En la industria nuclear, el agua puede ser usada como moderador nuclear. En un reactor de agua a presión, el agua actúa como refrigerante y moderador. Esto aumenta la eficacia del sistema de seguridad pasivo de la central nuclear, ya que el agua ralentiza la reacción nuclear, manteniendo la reacción en cadena.

Amoníaco.

El amoníaco, en la grafía del español americano, amoniaco, en la grafía del español de España, trihidruro de nitrógeno, hidruro de nitrógeno (III), azano, espíritu de Hartshorn, nitro-sil, vaporole, gas de amonio o AM-FOL es un compuesto químico cuya molécula consiste en un átomo de nitrógeno (N) y tres átomos de hidrógeno (H) de acuerdo a la fórmula NH3.

Según la Teoría de repulsión entre pares de electrones de la capa de valencia (Teoría RPECV), los pares electrónicos de valencia del nitrógeno en la molécula se orientan hacia los vértices de un tetraedro, distribución característica cuando existe hibridación sp. Existe un par solitario, por lo que la geometría de la molécula es piramidal trigonal (grupo puntual de simetría C3v). En disolución acuosa se puede comportar como una base y formarse el ion amonio, NH4

+, con un átomo de hidrógeno en cada vértice de un tetraedro:

El amoníaco, a temperatura ambiente, es un gas incoloro de olor muy penetrante y nauseabundo. Se produce naturalmente por descomposición de la materia orgánica y también se fabrica industrialmente. Se disuelve fácilmente en el agua y se evapora rápidamente. Generalmente se vende en forma líquida.

La cantidad de amoníaco producido industrialmente cada año es casi igual a la producida por la naturaleza. El amoníaco es producido naturalmente en el suelo por bacterias, por plantas y animales en descomposición y por desechos animales. El amoníaco es esencial para muchos procesos biológicos.

La mayor parte (más del 80%) del amoníaco producido en plantas químicas es usado para fabricar abonos y para su aplicación directa como abono. El resto es usado en textiles, plásticos, explosivos, en la producción de pulpa y papel, alimentos y bebidas, productos de limpieza domésticos, refrigerantes y otros productos. También se usa en sales aromáticas.

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Su nombre fue dado por el químico sueco Torbern Bergman al gas obtenido en los depósitos de sal cerca del templo de Amón, en Libia y viene del griego, ammōniakón, que significa lo perteneciente a Amón.

Ambiente.

El amoníaco es fácilmente biodegradable. Las plantas lo absorben con gran facilidad eliminándolo del medio, de hecho es un nutriente muy importante para su desarrollo.

Aunque concentraciones muy altas en el agua, como todo nutriente, puede causar graves daños en un río o estanque, ya que el amoníaco interfiere en el transporte de oxígeno por el agua. Es una fuente importante de nitrógeno que necesitan las plantas y los animales. Las bacterias que se encuentran en los intestinos pueden producir amoníaco. Una de ellas es la Helicobacter pylori, causante de gastritis y úlcera péptica.

Efectos nocivos en el organismo.

Inhalación.

A concentraciones elevadas se produce irritación de garganta, inflamación pulmonar, daño vías respiratorias, y ojos. A medida que aumenta la concentración puede llegar a producir edema pulmonar, o producir la muerte cuando supera las 5000 ppm.

Contacto con la piel.

El amoníaco gaseoso puede producir irritación de la piel, sobre todo si la piel se encuentra húmeda

Se puede llegar a producir quemaduras y ampollas en la piel al cabo de unos pocos segundos de exposición con concentraciones atmosféricas superiores a 300 ppm

Ingestión.

Este compuesto es gaseoso en condiciones atmosféricas normales siendo poco probable su ingestión. Sin embargo; de ocurrir ésta, puede causar destrucción de la mucosa gástrica, provocando severas patologías digestivas; pudiendo causar inclusive la muerte.

Síntesis industrial.

El NH3 se obtiene exclusivamente por el método denominado proceso Haber-Bosch (Fritz Haber y Carl Bosch recibieron el Premio Nóbel de química en los años 1918 y 1931). El proceso consiste en la reacción directa entre el nitrógeno y el hidrógeno gaseosos

N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) ΔHº = -46,2 kJ/mol ΔSº < 0

25 ° C K = 6,8.10¬5 atm 850 ° C K = 7,8.10¬-2 atm

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Es una reacción muy lenta, puesto que tiene una elevada energía de activación, consecuencia de la estabilidad del N2. La solución al problema fue utilizar un catalizador (óxido de hierro que se reduce a Fe0 en la atmósfera de H2) y aumentar la presión, ya que esto favorece la formación del producto. Aunque termodinámicamente la reacción es mejor a bajas temperaturas esta síntesis se realiza a altas temperaturas para favorecer la energía cinética de las moléculas y aumentar así la velocidad de reacción. Además se va retirando el amoníaco a medida que se va produciendo para favorecer todavía más la síntesis de productos.

Manejo del producto.

Límite inflamable inferior: 19 % en volumen Límite inflamable superior: 25% en volumen Temperatura de autocombustión: 651 ° C Extinción del fuego: riego de agua o niebla de agua, dióxido de carbono, espuma de

alcohol, productos químicos secos Medidas de control: protección respiratoria adecuada como máscaras o equipos de

respiración asistida. Procedimientos de trabajo seguro. Fuentes para el lavado de los ojos y duchas de seguridad en el lugar de trabajo

Usar con guantes. No tomar

Producto de limpieza.

El amoníaco es un exitoso producto de limpieza. Su efectividad consiste en sus propiedades como desengrasante lo que lo hace útil para eliminar manchas difíciles. Se utiliza como limpia hogar diluido en agua. También es efectivo para la limpieza de manchas en ropa, telas, alfombras, etc. El amoníaco es capaz de quitar el brillo al barniz y la cera por lo que se utiliza en tareas de decapado de muebles. Durante su utilización debe evitarse mezclarlo con lejía, porque contiene hipoclorito sódico, que reacciona con el amoníaco produciendo cloramina, un gas irritante y muy tóxico.

Fertilizante agrícola.

En forma de amoníaco anhidro tiene un uso como fertilizante aumentando los niveles de nitrógeno del suelo.

Glicol.

El glicol (HO-CH2CH2-OH) se denomina sistemáticamente etano-1,2-diol. Se trata del diol más sencillo, nombre que también se emplea para cualquier poliol. Su nombre deriva del griego glicos (dulce) y se refiere al sabor dulce de esta sustancia. Por esta propiedad ha sido utilizado en acciones fraudulentas intentando incrementar la dulzura del vino sin que el

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aditivo fuera reconocido por los análisis que buscaban azúcares añadidos. Sin embargo es tóxico y produce insuficiencia renal.

Propiedades.

El glicol es una sustancia ligeramente viscosa, incolora e inodora con un elevado punto de ebullición y un punto de fusión de aproximadamente -12 ° C (261 K). Se mezcla con agua en cualquier proporción.En la industria del poliuretano flexible estos productos tienen una denominación general y son llamados "Poliol".

Aplicaciones.

El glicol se utiliza como aditivo anticongelante para el agua en los radiadores de motores de combustión interna. Es el principal compuesto del liquido de frenos de vehículos y también es usado en procesos químicos como la síntesis de los poliuretanos, de algunos poliésteres, como producto de partida en la síntesis del dioxano, la síntesis del glicolmonometileter o del glicoldimetileter, como disolvente, etc.

Síntesis.

El glicol se genera industrialmente a partir de eteno mediante oxidación con oxígeno en presencia de óxido de plata como catalizador e hidrólisis del óxido de eteno generado en la primera etapa. Otra forma de sintetizarlo es mediante tratamiento con una solución fría, diluida y básica de permanganato de potasio, llevándose a cabo con una estereoquímica sin (hidroxilación con permanganato)

R22 (Clorodifluorometano).

El R22, Monoclorodifluorometano, es gas incoloro comúnmente utilizado para los equipos de refrigeración, en principio por su bajo punto de fusión, (-157 ° C).

Densidad 3 veces la del aire, en estado líquido 1,2 veces la del agua. A 20 ° C tiene una presión de saturación de 9,1 bares (dato importante para el

trabajo en las instalaciones de refrigeración, pues una medida esencial que es la presión del circuito, depende de la temperatura ambiente).

El R22 era hasta hace poco el gas refrigerante más utilizado en el sector del aire acondicionado, tanto para instalaciones de tipo industrial como domésticas, aunque está prohibido su distribución por ser altamente perjudicial para la capa de ozono. Actualmente ha sido sustituido por el R407C o más modernamente por el R410A. Los sustitutos del R22 cumplen ciertas características:

No dañan la capa de ozono

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Tienen bajo efecto invernadero No son tóxicos ni inflamables Son estables en condiciones normales de presión y temperatura Son eficientes energéticamente

Los candidatos más importantes son el R410A, el R407C y el R134a.

La normativa al respecto indica que desde el 1 de enero de 2004: prohibición de fabricar todo tipo de equipos con HCFCs (Hidroclorofluorocarbon) El 1 de enero de 2010 estará prohibido por la UE, según Reglamento (CE) nº 2037/2000 sobre sustancias que agotan la capa de ozono, importar, producir, vender y/o usar R-22 virgen. Aún se permitirá el uso de R-22 regenerado hasta el 2015. Para cubrir la demanda de R-22 en instalaciones existentes, como posibles fugas, han nacido varios productos sustitutos como el R-427A que aseguran una transición sencilla y no son destructoras de la capa de ozono.

El R22 también es usado como agente espumante para el poliestireno extruido, y como esterilizante.

R407C (Meforex M-95).

R407C (Meforex M-95) es la denominación del gas refrigerante (en realidad mezcla de tres gases) que sustituye al R22. Es una mezcla ternaria no azeotrópica compuesta de R32 (23%), R125 (25%) y R134a (52%). Químicamente es estable, tiene buenas propiedades termodinámicas, bajo impacto ambiental y muy baja toxicidad.

A pesar de que uno de sus componentes, el R32 es inflamable, la composición global de la mezcla ha sido formulada para que el producto no sea inflamable en situaciones en que se puede producir fraccionamiento de la mezcla.

El R407C tiene un deslizamiento de temperatura (Glide) de 7,4 º C y su punto de ebullición a -43,9 º C

Es el sustituto definitivo del R22, principalmente en el sector del aire acondicionado (temperaturas de evaporación superiores a -10 º C). En estas situaciones su comportamiento es muy parecido al del R22.

Por ser una mezcla no azeotrópica y en evitación (impide) del fraccionamiento del gas, la carga de los equipos ha de ser en forma liquida.

El R407C no es miscible con aceites minerales, así han de utilizarse aceites poliolésteres (POE) en la lubricación de la bomba y los circuitos de refrigeración.

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R-410A.

El R-410A es una mezcla casi azeotrópica de dos gases HFC: R-32 y R-125, con una temperatura de ebullición (burbuja) de -52´2º C. Su ODP es 0, no siendo por tanto dañino para la capa de ozono. Esto lo convierte en un gas definitivo. Es un refrigerante de alta seguridad, clasificado por ASHRAE como A1/A1, es decir, no tóxico y no inflamable aún en caso de fugas. Actualmente, sus aplicaciones principales son:

Nuevos equipos para aire acondicionado de baja y media potencia Otras aplicaciones posibles están por desarrollar, debido a la escasez de materiales

frigoríficos adaptados a este refrigerante.

Los niveles de presión del R410A son mucho más elevados que los habituales en los refrigerantes actuales (8 Bar más que en R22 a 40º C). Por tanto, deben utilizarse mangueras, manómetros y material frigorífico adecuados a las nuevas presiones de trabajo.Al ser una mezcla, debe cargarse en fase líquida. No obstante, su casi azeotropía (el desplazamiento de temperatura es solo 0´1º C) lo hace una mezcla muy estable, pudiendo recargarse de nuevo en fase líquida después de cualquier fuga, sin cambios medibles de composición o rendimiento. Incluso puede usarse en instalaciones inundadas (por gravedad o bombeo) sin problema.

El R410A sólo debe usarse con aceites poliéster (POE) o poliviniléter (PVE) con los que es miscible, lo que permite un buen retorno al compresor. Otros aceites (minerales, aquilbencénicos,...) no se mezclan con el R410A.

Los filtros deshidratadores adecuados son los de tamiz molecular de 3 A (clase XH9)

El R410A posee buenas propiedades termodinámicas. Posee una capacidad frigorífica volumétrica superior al R22 (lo que permite el uso de compresores de menor desplazamiento para obtener la misma potencia frigorífica) y mejores propiedades de intercambio térmico. Todo ello posibilita la reducción del tamaño de los equipos.

El R410A también posee muy buen rendimiento en modo calor, lo que explica su elección por fabricantes de bombas de calor reversible. Sin embargo, los ya comentados niveles elevados de presión y su temperatura crítica relativamente baja (72´2º C), obliga a los fabricantes de material frigorífico a rediseñar completamente sus productos para adecuarlos a sus características.

No usar para reconversiones de R-22

Freón.

Freón es una marca de refrigerantes de DuPont. Estos refrigerantes están compuestos por clorofluorocarbonos (CFC), productos dañinos para el ozono, dado el efecto de que al elevarse los CFC a la capa de ozono lo descomponen.

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Es común referirse (aunque está mal empleado) a los siguientes refrigerantes como freón:

R-11 Freón-11: Triclorofluorometano, de fórmula CCl3F. R-12 Freón-12: Diclorodifluorometano, de fórmula CCl2F2.

Su nomenclatura se determina de la siguiente forma Freón 12 C-Cl2-F2

1. C-1 = 0 centena2. H+1 = 1 decena3. F = 2 unidad

La historia de su uso industrial comprende desde 1874 hasta enero 1987, con el Protocolo de Montreal donde se prohibió el uso de los CFC en refrigeradores y productos en aerosol.

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