EL REFRIGERANTE R-134

Numerosas investigaciones acerca del refrigerante R134a han sido publicadas. Aparte de las experiencias con acondicionadores de aire en automóviles, las principales pruebas se han limitado a realizarlas en laboratorios. En este artículo técnico se presentarán algunos aspectos prácticos concernientes a la aplicación del refrigerante R134a en sistemas frigoríficos comerciales de poca potencia, equipados con compresores herméticos.

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.