Unidades de producción especiales como
ser: bebederos, enfriadores de gabinetes con circuitos electrónicos,
bombas de calor calentadoras de agua, fueron consideradas para valorar
los resultados. Las características de capacidad, eficiencia energética,
comportamiento del aceite, humedad y otros contaminantes en el
refrigerante, como así también el Retrofitting (conversión de un sistema
frigorífico de refrigerante R12 a refrigerante R134a) serán tratados en este artículo técnico.
En contexto, debería entenderse a la refrigeración comercial como distinta de los refrigeradores o frigoríficos domésticos. Los sistemas frigoríficos
con compresores herméticos (con un volumen de desplazamiento mayor a 20
cm3), que trabajan frecuentemente con temperaturas de evaporación de
-15º y +15º C, serán considerados en este artículo. El interés
particular es en unidades de producción masiva como bebederos, unidades
destinadas al enfriamiento de circuitos electrónicos, refrigeradores
comerciales y bombas de calor destinadas a calentar agua.Performance del sistema frigorífico con refrigerante R134a
Comparado con el refrigerante R12, el
refrigerante R134a tiene una reputación conocida por su menor capacidad
volumétrica requerida y aumento en el consumo de energía.
Sin embargo, varias pruebas han demostrado que generalmente esto no
sucede. Con aplicaciones que incluyen un compresor hermético, las
características de energía parecen ser similares a las del refrigerante
R12 y R134a si la temperatura de evaporación no es muy baja.La figura 1, muestra una comparación entre las capacidades de enfriamiento para un compresor con desplazamiento volumétrico de 7.95 cm3 en pruebas calorimétricas entre el refrigerante R12 y el refrigerante R134a. Las pruebas realizadas con refrigerante R134a fueron realizadas en este caso sin realizar ninguna alteración, pero teniendo la precaución de usar aceite del tipo éster. La capacidad conocida disminuye a temperaturas de evaporación muy bajas y aumenta a temperaturas de evaporación más altas, tal como se pudo comprobar en estas pruebas. Al descender la temperatura de condensación, la intersección de ambas curvas cambia a temperaturas de evaporación más bajas. Esto se debe al menor gradiente de la línea de ebullición del R134a en el diagrama PH (Presión Entalpía), lo cual significa que la reducción de la temperatura de condensación tiene un efecto más positivo con R134a que con R12.
FIGURA 1
En la figura 2, se compara el COP del refrigerante R134a y R12. Se observa que el refrigerante R134a
tiene un mayor valor que el R12, excepto en las presiones de
evaporación por debajo de -25 grados. En esta comparación, el R134a no
gana una desventaja energética. La figura 3, es otra comparación de
medición de COP para un compresor hermético con un desplazamiento
volumétrico de 12.9 cm3. Las mediciones del refrigerante R134a
no involucraron ninguna alteración al compresor original para
refrigerante R12 en este caso (el compresor original para R134a no
estaba disponible). Nuevamente, no hay evidencia de que el refrigerante
R134a tenga desventajas energéticas. Por el contrario, en este caso, el
refrigerante R134a incluso muestra ventajas energéticas a baja
temperatura de condensación comparado con el refrigerante R12.
FIGURA 2
FIGURA 3
Los diferentes resultados mostrados en
la figura 2 y 3, no son debido a las propiedades del refrigerante, pero
sí son influenciados por el compresor usado. Esto revela las
limitaciones de la realización de comparaciones acerca de las
propiedades energéticas de los dos refrigerantes. Puede apreciarse un
significado potencial en la mejora desde el punto de vista energético
cuando se emplea R134a, y esto involucra al sistema frigorífico y a los
compresores, respectivamente. Además, especialmente cuando se emplean
compresores del tipo hermético, dependerá en mayor grado de la
adaptación propia del compresor y el motor a las condiciones de
operación del sistema en su totalidad. Sin embargo, la gran variedad de
aplicaciones, las cuales deben tenerse en cuenta para el diseño de sistemas frigoríficos comerciales,
son la razón de tales implementaciones que sólo son posibles extender
en forma limitada. Por otro lado, las optimizaciones de sistemas
frigoríficos en general deberían llevarse a cabo con la introducción del
refrigerante R134a. Una optimización de este tipo
podría ser por ejemplo, la sustitución del tubo capilar u orificio
restrictor por una válvula de expansión termostática en un sistema
frigorífico que funcione en variadas condiciones.
Los resultados favorables con el refrigerante R134a
en pruebas calorimétricas ilustradas aquí, han sido confirmados por la
operación de una bomba de calor destinada a calentar agua en condiciones
reales. La figura 4 muestra los resultados de la prueba. Las bombas de
calor convencionales equipadas con refrigerante R12 fueron probadas,
mientras que la bomba con R134a fue probada sin realizar ninguna
modificación al sistema (se utilizó un compresor con el mismo
desplazamiento volumétrico, filtro deshidratador y válvula de expansión,
todos diseñados para refrigerante R134a).
FIGURA 4
Mientras que se calentó la misma
cantidad de agua desde 15º a 55º C, el tiempo de calentamiento se redujo
en un 13 por ciento en el caso del sistema con R134a, en concordancia
con su gran capacidad de calentamiento en operación con temperatura de
evaporación alta (ver figura 1 "“ Capacidad de enfriamiento). Al mismo
tiempo, se necesitó un 6 por ciento menos de energía para realizar el
mismo trabajo. Debido a la misma cantidad neta de energía en ambos casos
esto corresponde a una mejora en el COP del 6.4%.Comportamiento del aceite diseñado para sistemas frigoríficos con refrigerante R134a
El aceite en un sistema frigorífico equipado con refrigerante R134a
es de vital importancia y debe prestársele suma atención a su
comportamiento en los compresores herméticos diseñados para tal
refrigerante. Se han obtenido muy buenos resultados con el aceite del
tipo éster. En pruebas realizadas de larga duración y bajo condiciones
extremas, no mostraron altos signos de deterioro en el compresor (en
algunos casos sólo un poco) comparado con los aceites diseñados para
refrigerante R12. Inclusive, el nuevo aceite éster tiene la importante
ventaja de ser biológicamente biodegradable cuando se debe descartar el
compresor hermético.
Pero concerniente al comportamiento del
aceite, existen algunos puntos que necesitan particular atención, cuando
se trata del aceite éster para el refrigerante R134a.
Por un lado, la miscibilidad no es completa, aunque la poca miscibilidad
ocurre cuando se exceden los límites de tolerancia respecto a la
temperatura y a la composición de la mezcla. Nevertheless, oil pockets
de aceite deben evitarse para asegurar el efectivo retorno de aceite al
compresor. Por otro lado, la solubilidad del aceite éster con el agua es
un poco mayor que la de los refrigerantes antiguos. El comportamiento,
sin embargo, no es tan problemático como con los aceites del tipo PAG.
Impacto de la humedad y otros contaminantes en los sistemas frigoríficos con refrigerante R134a
Cuando se emplean aceites del tipo
éster, la presencia del agua en el sistema frigorífico representa un
problema adicional, donde la reacción química entre el agua y el éster
produce alcohol ó ácido. Además, los aceites éster son mucho más
difíciles de deshidratar en comparación con sus antecesores. Por esta
razón, se recomienda que los demás componentes del sistema frigorífico
cumplan con los requerimientos de deshidratación estipulados en el
campo, con un máximo de 50 mg/m2 en la superficie interior. En segundo
lugar, es necesario usar un filtro deshidratador que sea diseñado para
el refrigerante R134a y adecuadamente dimensionado. Se recomienda el empleo de moléculas del tipo sieves 3A.
Con respecto a los contaminantes
solubles propios de los aceites minerales, representa otro problema
potencial con respecto a la miscibilidad entre la mezcla ternaria de
R134a "“ aceite éster "“ aceite mineral. Fracciones de alta
concentración de aceite pueden llegara a provocar fallas en la válvula
de expansión o en el evaporador.
Retrofitting: la conversión de sistemas frigorificos de R12 a R134a
Pruebas realizadas han demostrado que el cloro en los sistemas frigoríficos que emplean el refrigerante R134a
y aceite éster incrementan el WEAR. Cuando sistemas originalmente
diseñados para refrigerante R12 son convertidos, el cloro sólo puede ser
evitado, si se realiza un gran esfuerzo a un gran costo. En sistemas
frigoríficos que emplean compresores herméticos es casi imposible
garantizar la eliminación de residuos contaminantes del aceite usado con
R12. Por esta razón, la conversión de R12 a R134a debería, en
principio, ser evitada en el caso de pequeñas unidades frigoríficas con
compresores herméticos. Esto aplica particularmente en el mantenimiento
de unidades de producción masiva.
Conclusión
La introducción del refrigerante R134a
y el aceite éster presupone un conocimiento amplio sobre estos dos
componentes por parte del mecánico. Es esencial una preparación
cuidadosa, especialmente en el caso de sistemas frigoríficos pequeños.
Se ha comprobado que especial atención es la paga para obtener un
sistema deshidratado y libre de contaminantes. La búsqueda de fugas
supone otra nueva práctica para sistemas frigoríficos con refrigerante R134a,
dado que los detectores del tipo halógenos no son compatibles con este
fluido. Deberán usarse detectores diseñados para R134a. Cuando se toman
todas las medidas anteriormente mencionadas, no hay duda que el refrigerante R134a puede ser usado exitosamente en aplicaciones de refrigeración comercial.
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