Analizamos las propiedades fisicoquímicas de los refrigerantes naturales inflamables hidrocarburos Clasificación de Seguridad ASHRAE A3 | R-600a y R290.
por Ing. Gildardo Yáñez*
Los refrigerantes HC son componentes de petróleo y gas natural que se encuentran en la naturaleza. Aunque los refrigerantes de hidrocarburos tienen excelentes propiedades ambientales, termodinámicas y termofísicas, estos refrigerantes son inflamables.
Cabe destacar que el uso de los refrigerantes inflamables siempre estará limitado y condicionado por las regulaciones y normas correspondientes. En este artículo se muestran sus propiedades fisicoquímicas, que los hacen diferentes de los refrigerantes sintéticos equivalentes.
Punto de ebullición a una atmósfera al momento de ser liberado
• R-600 = – 05 °C
• R-600a = -11.7 °C
• R-290 = -42.1 °C
Temperatura de autoignición muy alta
• R-600 = 405°C
• R-600a = 543°C
• R-290 = 450°C
Tabla
Densidad del gas comparada con la densidad del aire, los refrigerantes hidrocarburos son más pesados que el aire. Cuando estos refrigerantes se liberan al medio ambiente, el gas estará presente en su gran mayoría en el piso.
• El R-600 y el R-600a son 2.006 veces más pesado ( 1 litro de R-600 o R-600a pesa 0.578 gramos )
• El R-290 1.522 veces más pesado ( 1 litro de R-290 pesa 500 gramos )
Relación de expansión de líquido a gas se expande
• R-600 → 240 veces
• R-600a → 231 veces
• R-290 → 274 veces
Calor de vaporización: Es la unidad que mide la cantidad de calor que puede atrapar el refrigerante
• R-600a → 365.7 Kilo Joules por gramo
• R-290 → 425 kilo Joules por gramo
Límites de inflamabilidad de gas en el aire
• R-600 es inflamable de 1.9 a 8.5 % de concentración en el aire
• R-600a es inflamable de 1.8 a 8.4 % de concentración en el aire
• R-290 es inflamable de 2.2 a 9.5 % de concentración en el aire
Refrigerante R-290
El refrigerante hidrocarburo R-290, o propano, tiene un potencial cero de destrucción de ozono ODP y un potencial de calentamiento global GWP menor a 3.
Dado que procede del petróleo, se le considera como un refrigerante natural. Es sustituto para otros refrigerantes, con gran impacto ambiental, en sistemas herméticos pequeños, como los refrigeradores y congeladores comerciales.
Los refrigerantes naturales hidrocarburos no sólo ofrecen una gran reducción de las emisiones directas, sino que también aumenta la eficiencia energética del ciclo de refrigeración (reducen las emisiones indirectas), lo que es un paso importante para sustituir y lograr la eliminación gradual de los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) y la reducción gradual de los hidrofluorocarbonos (HFC) para los países de Artículo 5.
Diferencias entre el R-290 y el R-134a
• El R-290 es un refrigerante muy inflamable.
• En el Estándar 34 de ASHRAE está clasificado como A3
• El R-22 y el R-404A no son refrigerantes inflamables
• En el Estándar 34 de ASHRAE están clasificados como A1
• El R-290 tiene presiones similares a las del R-22 o del R-404A.
Una presión de evaporación de –25°C corresponde aproximadamente al:
• 190% del R-134a
• 81% del R-404A
• 350% del R-600a
• A -25°C la presión es casi es igual para R-22
• El diseño del evaporador debe ser similar a los de R-22 o R-404A.
El nivel de presión y la temperatura crítica son casi como las del R-22. Sin embargo, la temperatura de descarga es mucho más baja. Trabaja con relaciones de presión más altas, lo cual significa temperaturas de evaporación más bajas o temperatura de gas de aspiración (succión) más altas.
Principales cambios en los diferentes componentes que repercuten en el costo de un sistema de refrigeración nuevo en comparación con un de R-134a:
• Aumento en el tamaño y el costo del compresor.
• El ahorro de energía, con un aumento de eficiencia del 10 por ciento.
• Menor costo de refrigerante, ya que el volumen de carga requerida disminuye significativamente.
• Reducción de más del 25 por ciento en el costo de intercambiadores de calor
• Esto se debe a que su tamaño disminuye significativamente.
• Aumento en el costo de los componentes eléctricos.
• El R-290 tiene aproximadamente un 90% de la capacidad volumétrica del R-22 y un 150% del R-134a a una temperatura de condensación de 45°C.
• Es necesario, un compresor con un desplazamiento volumétrico cercano al de R-22, y de un 10% a un 20% mayor que para R-404A.
Es por esto, que la elección del R-290, lleva a diseños de sistemas diferentes debido a los diferentes flujos volumétricos necesarios para el mismo requerimiento de refrigeración. No es un refrigerante de sustitución directa (Retrofit) para ningún sistema de refrigeración actual.
Refrigerante R-600A
El refrigerante hidrocarburo R-600a, o Isobutano tiene un potencial cero de destrucción de ozono ODP y un potencial de calentamiento global GWP menor a 3.
El Isobutano (R-600a) ha sido utilizado en el pasado en congeladores. Las características del R-600a son diferentes a las del R-134a utilizado en los refrigeradores domésticos.
Algunas de sus características:
1. Tiene una buena capacidad de enfriamiento aún trabajando con elevadas temperaturas de condensación.
2. Sólo se requiere de un 45 por ciento de carga de gas para igualar la potencia completa de una carga de R-134a.
3. Alta sensibilidad a las desviaciones en la carga.
4. Cargas inadecuadas producen altos consumos de energía.
Diferencias entre el R-600a, R-134a y R12
El R-600a es un refrigerante muy inflamable
En el Estándar 34 de ASHRAE está clasificado como A3
El R-134a y el R-12 no son refrigerantes inflamables
En el Estándar 34 de ASHRAE están clasificados como A1
Una presión de evaporación de –25°C corresponde aproximadamente equivale al:
55% del R-134a
45% del R-12
Esto lleva a tener presiones de trabajo mucho más bajas que las anteriores
Los evaporadores en los refrigeradores domésticos por lo tanto trabajarán por debajo de la presión atmosférica
Esta característica da una buena capacidad de enfriamiento incluso con altas temperaturas de condensación
La principal desventaja del R600a es su inflamabilidad. Esto implica un manejo determinado y precauciones de seguridad. Para que se produzca una ignición se deben cumplir dos condiciones:
* La mezcla inflamable de gas y aire
* Una fuente de ignición o temperatura
Las dos condiciones anteriores se deben presentar juntas para tener combustión
Para evitar la combustión se debe que evitar esta combinación
Los compresores para R600a tienen protectores internos y sistemas de arranque PTC o relés especiales, todos ellos aseguran que no se pueden producir chispas cerca del compresor.
Todo elemento interruptor de corte eléctrico durante su operación normal se considera como un foco de ignición. Esto incluye termostatos, contactos de puertas para luz, dispositivos on/off y otros interruptores, como congelación rápida, relés de compresores, térmicos externos, relojes de desescarche, etc.
Todos los elementos por partes se consideran fuentes de ignición debido a la posibilidad de fugas. Esto incluye evaporadores, condensadores, calentadores de puertas, tuberías y compresor.
La carga máxima de refrigerante se fija en 57 gramos en los EE.UU. En México se puede diseñar un sistema de refrigeración doméstica con una carga máxima de 150 gramos. Manteniendo la carga a un máximo de 25% del nivel de explosión mínimo, el cual es aproximadamente 8 g/m3 para cocinas estándares, los riesgos de ignición son bajos aún si la distribución del refrigerante, en caso de fuga, es desigual.
* Ingeniero Electricista Especialista en Refrigeración | Ayudo a fortalecer el conocimiento de los técnicos de refrigeración | Blog | Cursos | Técnico CONALEP | Ingeniero ITTLA | Grado Maestro UVM.
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