Evaluación de un aire acondicionado de pared con diferentes cargas de propano R290

PENSAMIENTOS

"…la verdad es que da vergüenza ver algo y no aprenderlo, y el hombre no ha de descansar hasta que aprenda todo lo que ve."

José Martí Pérez.

"La ciencia y las letras doman las pasiones que engendra la política. Tiempo es ya de que el afecto reemplace en la ley del mundo al odio."

José Martí Pérez.

"…enseñar, que es lo más bello y honroso del mundo."

José Martí Pérez.

Resumen

Uno de los principales problemas hoy en el mundo, lo constituye la necesidad de la búsqueda de nuevos refrigerantes más ambientalmente sostenibles, que posibiliten no solo la protección del medio ambiente, sino que a su vez permitan una mayor eficiencia en el uso de los equipos, en cuanto a consumo de corriente, potencia y otros parámetros fundamentales de la refrigeración y la climatización en general. De ahí que la presente investigación esté relacionada con tal asunto.

En la primera parte del trabajo se caracterizó a los refrigerantes R22 y R290 en cuanto a sus propiedades más importantes. También se realiza una valoración sobre la posibilidad del empleo del R290 en sistemas de R22.

Se realizó una evaluación a un aire acondicionado de ventana marca TAYSHI MWH-12 CM, el mismo se encuentra en el Centro de Estudios de Refrigeración "Luis F. Brossard Pérez" ubicado en la Universidad de Oriente. La evaluación se realizó con cargas de R290 del 50 y 53% de la carga inicial de R22. Los resultados obtenidos se compararon con los datos de la evaluación efectuada anteriormente con R22. Se demuestra la posibilidad de realizar la sustitución con una disminución del consumo de energía eléctrica, sin afectar considerablemente los parámetros de confort.

Abstract

At present one of principal problems in the world is the search of new refrigerants environmentally sustainable. They must not only protect the ambient but also to obtain bigger efficiency in the use of teams as to consumption, of current, potency, and another fundamental parameters of refrigeration and air conditioning in general. So that investigation present it be related to such subject.

The refrigerating R22 and R290 as to his more important properties were characterized in the party of the first part of work. Also an evaluation on the possibility of the job of the R290 in systems of R22 comes true.

In present work the check mark accomplished to an air conditioning of window an evaluation TAYSHI MWH 12 CM, the same Luis F. Brossard Pérez located at the University of Orient finds himself in Estudios's Center of Refrigeration. The evaluation came true with R290's loads of R22's 50 and 53 % of initial load. The obtained results compared with the data of the evaluation accomplished previously with R22. The possibility to accomplish the substitution with a decrease of the consumption of electric power, without affecting considerably the parameters of comfort is demonstrated.

Introducción

Mantener el frío es esencial en la vida moderna. Todos los años salen de las cadenas de montaje del mundo entero millones de aparatos de refrigeración y enfriamiento de todas las formas y de todos los tamaños. Los sistemas de refrigeración, tanto grandes como pequeños, desde refrigeradores domésticos hasta aparatos de aire acondicionado y otros muchos más que constituyen tecnologías han aportado al aumento de la calidad de vida de las personas de todo el mundo.

Desde la segunda mitad de los años setenta, el ahorro o uso racional y eficiente de la energía ha sido fundamental para mantener los niveles de bienestar y desarrollo de las sociedades industrializadas. En Cuba, país donde cada vez hay mayor interés en promover planes, programas y medidas de uso eficiente de la energía a través de la Revolución Energética se trabaja por cumplir con el objetivo de minimizar los consumos, haciendo de esta manera más racional el uso de la energía.

Los cambios climáticos y específicamente la disminución del espesor de la capa de Ozono, originaron una revolución en la Industria de la Refrigeración al ser responsabilizados los freones (refrigerantes por excelencia en los procesos de climatización) como los principales causantes de la disminución de la capa de Ozono. Estas problemáticas crean la necesidad del estudio de nuevos refrigerantes y nuevas tecnologías que contribuyan a una mayor eficiencia energética y a la protección del medio ambiente.

Nuestro país no está ajeno a esta revolución que se ha originado en la industria de la refrigeración y fomenta proyectos que posibiliten la búsqueda de alternativas que protejan el medio ambiente. Históricamente, los hidrocarburos (HCs) estaban entre los primeros refrigerantes para ser usados en la refrigeración, pero debido a su inflamabilidad su uso fue abandonado a fluidos más inertes. En la actualidad los HCs y sus mezclas por ser sustancias naturales y por tanto sustancias ecológicas se abren paso como una alternativa para la sustitución de sustancias destructoras del ozono estratosférico. Entre ellos el propano ante estas condiciones reaparece como un refrigerante ideal, tiene bajo potencial de calentamiento del planeta, no afecta la capa de Ozono y además de esto, mediante estudios realizados se ha podido demostrar que los equipos que trabajan con propano tienen un menor consumo de energía eléctrica, aunque tiene como desventaja que es un compuesto orgánico inflamable, para lo cual se ha desarrollado un conjunto de medidas de seguridad que posibilitan el uso seguro y eficaz de esta sustancia.

Tomando como punto de partida la necesidad que tiene nuestro país de promover la realización de investigaciones que vayan encaminadas a dar solución a la problemas ocasionados por la utilización de refrigerantes que causan efectos nocivos, se escoge el siguiente problema de investigación: La necesidad de búsqueda de alternativas que posibiliten la protección del Medio Ambiente y el ahorro de energía eléctrica con la obtención de refrigerantes ecológicos en los equipos de refrigeración, por lo que se toma, en consecuencia, como objeto la evaluación de un aire acondicionado de pared y como objetivo determinar al comportamiento de un aire acondicionado con diferentes cargas de R290 en cuanto a consumo de energía eléctrica y capacidad frigorífica. Se sustenta la hipótesis siguiente: al realizar un conjunto de evaluaciones se podrá comprobar que R-290 tiene un ahorro considerable de energía eléctrica. El aporte del trabajo consistirá en permitir tener un conocimiento más acertado de las ventajas que nos facilita el propano como refrigerante.

Tareas de la investigación:

• Alternativas que existen para la sustitución del R22.

• Caracterización del propano como refrigerante y su comparación con R22.

• Realizar el cálculo de carga del local.

• Realizar una valoración de los resultados obtenidos en la evaluación realizada al aire de pared con R-290.

Métodos y procedimientos utilizados:

• La investigación bibliográfica. Empleada para conocer acerca de los principales avances obtenidos en el campo de la utilización del propano como refrigerante.

• El procesamiento y análisis de la información. Con el objetivo de seleccionar y transformar según sea necesario aquella información relevante, acorde con el objetivo de trabajo.

Capítulo 1:

Principales refrigerantes alternativos al R22

A principios de los años 30 surgieron los refrigerantes sintéticos clorofluorcarbonados, a partir de metano y etano, donde se sustituyen total o parcialmente los átomos de hidrógeno por elementos halógenos (Cloro, Flúor, Bromo), los cuales tienen excelentes propiedades termodinámicas, son muy estables y no son corrosivos ni tóxicos, por lo que se difundieron aceleradamente en todo el mundo con el nombre de freones, utilizados principalmente en la refrigeración doméstica y comercial. Su producción y consumo creció considerablemente, hasta la década del 80. En 1974, científicos norteamericanos descubrieron el efecto destructivo de los CFCs sobre la capa de Ozono. En 1985, investigadores ingleses descubren el agujero de la capa de Ozono sobre la Antártida. Dos años después se firma el Protocolo de Montreal donde se fija la reducción paulatina, uso y fabricación de los CFCs hasta su total eliminación, por ello, se establece su eliminación total para el 2015 en países desarrollados y 2030 para los demás [1].

El HCFC-22 es una sustancia regulada por el Protocolo de Montreal y será eliminada paulatinamente su uso en el mundo, esta sustancia al igual que todos los refrigerantes existentes hoy en día, está registrada bajo diferentes conceptos. Tenemos el número CAS (Chemical Abstracts Service) que identifica a cada producto químico y el número RTECS (Registry of Toxic Effects of Chemical Substances). Existe una base de datos de toxicidad que permite obtener información referente a estas sustancias. El número EINECS, nombrado por las iníciales de European Inventory of Existing Chemical Substances (Inventario Europeo de Sustancias Químicas Existentes), es un número de registro dado a cada sustancia química comercialmente disponible en la Unión Europea entre el 1 de enero de 1971 y el 18 de septiembre de 1981. El número EINECS debe aparecer en la etiqueta y en el empaque de sustancias peligrosas.

A partir del 19 de septiembre de 1981, el inventario ha sido reemplazado por la ELINCS (European List of Notified Chemical Substances, o Lista Europea de Sustancias Químicas Notificadas). A todas las sustancias "nuevas" que ingresan al mercado europeo se le asigna un número ELINCS tras su notificación a la Comisión Europea. El número ELINCS también es obligatorio en etiquetas y empaques. Actualmente se prefiere el término número EC frente a las designaciones "número EINECS/ELINCS" [2].

Otro más conocido es el número dado por Naciones Unidas que permite conocer las instrucciones de manipulación y de almacenamiento, así como también las recomendaciones de protección de empleados y la información referente con los requisitos de transporte. Los números que definen al R22 se observan en la (tabla 1).

Tabla 1. Números que identifican al R22 bajo diferentes conceptos.

Alternativas HFCs al R22

En la actualidad existen refrigerantes que surgen como alternativas para la sustitución del R22. Entre las muchas opciones tenemos los HFCs y su mezcla o HCs y su mezcla con su principal ventaja que son sustancias libres de cloro y (ODP = 0). En este epígrafe se darán a conocer algunas de los mejores por sus condiciones para la sustitución.

• Las mezclas R404A y R507

Estas mezclas son sustitutos libres de cloro (ODP = 0) para el R22, en las gamas de media y baja temperatura. Los componentes básicos pertenecen a la categoría de inflamables, pero la combinación con una proporción relativamente alta de R125 contrarresta efectivamente la inflamabilidad.

Debido a los puntos de ebullición similares con el R134a y R125, con una proporción relativamente baja de R134a, el deslizamiento de temperatura de la mezcla ternaria R404A, en el campo de aplicación de referencia es inferior a un Kelvin. Las características en los intercambiadores de calor son bastante similares al R22, ya que los resultados obtenidos hasta la fecha, a partir de mediciones de transferencia de calor presentan condiciones favorables. Las cuestiones relativas a la compatibilidad de materiales son aceptables, la experiencia con otros HFC justifica una evaluación positiva, los aceites como el POE pueden ser utilizados como lubricantes; la idoneidad de las distintas alternativas está siendo investigada aún. El potencial de calentamiento global es relativamente alto (GWP100 = 3780…3850), que está determinado principalmente por el R134a y R125 presentes en su composición. Sin embargo, son menores con respecto al R22; esto conlleva a una reducción del valor TEWI [3].

1.1.2 La mezcla R407C Las mezclas de los refrigerantes HFC R32, R125 y R134a son los candidatos favoritos para la sustitución a corto plazo para el R22, su rendimiento y la eficiencia son muy similares, a diferencia de los sustitutos para R502 con idénticos componentes de la mezcla, los sustitutos de R22 en estudio, contienen mayores proporciones de R32 y R134a una buena correspondencia con las características del R22 en términos de: niveles de presión, flujo de masa, la densidad del vapor y capacidad volumétrica. Además, el potencial de calentamiento global es relativamente bajo (GWP100 = 1650), que se debe por supuesto a los valores TEWI.

Debido a las propiedades mencionadas, R407C es un sustituto al R22, preferiblemente para los sistemas de aire acondicionado, y dentro de ciertos límites también, para la refrigeración de media temperatura. En la refrigeración a baja temperatura, debido a la alta proporción de R134a, una caída significativa en la capacidad de refrigeración es de esperar. También existe el peligro de un aumento de la concentración R134a en la mezcla en los evaporadores, con una consiguiente reducción en el rendimiento y el mal funcionamiento de la válvula de expansión (por ejemplo, el recalentamiento insuficiente del gas de succión). En cuanto a la compatibilidad de materiales puede ser evaluado como similar a la de las mezclas discutidas previamente, y lo mismo se aplica a los lubricantes [3].

1.1.3 La mezcla R410A

Además del R407C, hay cerca una mezcla azeotrópica que se ofrece con la designación de la ASHRAE R410A. Es ampliamente utilizada, sobre todo en aplicaciones de aire acondicionado. Una característica esencial que indica, es un aumento de un 50% de capacidad frigorífica en comparación con el R22, pero con la consecuencia de un aumento proporcional en la presión del sistema.

A altas temperaturas de condensación, el consumo de energía/COP inicialmente parece ser menos favorable que con R22, esto se debe principalmente a las propiedades termodinámicas. A esto se suman altos coeficientes de transferencia de calor en los evaporadores y condensadores determinados en numerosas series de pruebas, con condiciones especialmente favorables. Con un diseño optimizado, es muy posible que el sistema pueda lograr una mayor eficiencia en general que con otros refrigerantes. La compatibilidad de los materiales es comparable a la mezcla antes discutida y lo mismo se aplica a los lubricantes, sin embargo, los niveles de presión y las altas cargas específicas sobre los componentes de los sistemas han de ser siempre tenidos en cuenta [3].

1.1.4 Mezclas R417A/417B/422D/438A

Lo mismo que para los refrigerantes mencionados antes, la principal condición es producir refrigerantes libres de cloro (ODP = 0) para la conversión en las instalaciones existentes con R22. El R417A fue introducido al mercado hace varios años. Este sustituto del R22 contiene una mezcla de R125/R134a/R600 y por lo tanto difiere considerablemente de como por ejemplo el R407C con una proporción igualmente elevada de R32. Mientras tanto, un refrigerante más sobre la base de componentes idénticos, pero con un mayor contenido R125, se ha ofrecido bajo el nombre comercial 22L Solkane (Solvay), ASHREA clasificación R417B.

Debido a su menor contenido de R134a, la capacidad volumétrica de refrigeración, así como los niveles de presión son más altos que con R417A, esto da lugar a diferentes parámetros de rendimiento y el énfasis en el rango de aplicación. Un refrigerante también perteneciente a la categoría de HFC / mezclas de HC se introdujo en 2009 bajo el nombre comercial MO99 ISCEON (DuPont) clasificación ASHREA R438A. Esta formulación fue diseñada de manera selectiva para una temperatura crítica más alta, para aplicar en zonas de clima caliente. Los componentes básicos son R32, R125, R134a, R600 y R601a [3].

A pesar de la capacidad de refrigeración similar, existen diferencias fundamentales en cuanto a las propiedades termodinámicas. La alta proporción de R125 en R417A/B y R422D da un flujo de masa mayor, una temperatura más baja de descarga del gas y una relativamente alta entalpía de sobrecalentamiento. Estas propiedades indican que podría haber diferencias en la optimización de los componentes del sistema y un intercambiador de calor entre las líneas de líquido y de aspiración puede ser una ventaja. A pesar de la proporción predominante de los lubricantes refrigerantes HFC, su uso convencional es posible hasta cierto punto, debido a las propiedades de buena solubilidad de los constituyentes de los hidrocarburos [3].

1.1.5. Mezcla R427A

Esta mezcla de refrigerante se introdujo hace unos años bajo la FX100 el comercio foráneo con el nombre (Arkame). Mientras tanto, aparece en la nomenclatura ASHRAE como R427A. Este sustituto del R22 se ofrece para la conversión de los sistemas existentes de R22, para los que se solicita una solución de (cero ODP). Este refrigerante es una mezcla de HFC con componentes base como son R32/R125/R134a/R134a. A pesar de la composición de la mezcla, sobre la base pura de refrigerantes HFC, el fabricante indica que un procedimiento simplificado de conversión es posible, esto es positivamente influenciado por la proporción R134a. Por consiguiente, al convertir de R22 a R427A, todo lo que necesita es un reemplazo de la carga de aceite original, con aceite de éste, adicionar secuencias de lavado no es obligatorio, introducir proporciones de hasta un 15% de aceite mineral y / o alcohol benceno no tienen ningún efecto significativo en la circulación del aceite en el sistema. Sin embargo, hay que tener en cuenta que bajo la influencia de la mezcla altamente polarizada de aceite de éste y HFC tiende a una mayor disolución de los productos de descomposición y suciedad en las tuberías. Por lo tanto, se deben proporcionar filtros de limpieza en los equipos de grandes dimensiones de succión [3].

Comparación de las principales propiedades termodinámicas y físicas del R290 y R22.

El propano reaparece como refrigerante ante la necesidad de reemplazo para CFCs y HCFCs tiene una historia larga en la refrigeración y es un candidato interesante, solo que la inflamabilidad sin embargo ha limitado su uso. Este al igual que el R22 y todos los refrigerantes es controlado y clasificado por normas o números, como es el número CAS: 74-98-6, el número EINECS: 200-827-9, el código de transporte de las Naciones Unidas UN1978 que fueron explicados en el epígrafe anterior [2]. En este epígrafe se muestra algunas de las principales propiedades del R290 y su comparación con el R22.

De un punto de vista termodinámico el propano ofrece una reposición ideal para R22. Comparando estos dos, también con otros candidatos para aparatos comerciales pequeños R290 funciona bastante bien. Las propiedades termodinámicas y físicas son bien adecuadas para diseño de compresores herméticos pequeños, además que los HCs son compatibles con la mayoría de los materiales tradicionalmente utilizados en los equipos de refrigeración.

Tabla 2. Propiedades físicas de los refrigerantes [4].

El punto de ebullición normal

Esto se refiere a la temperatura de ebullición a la presión atmosférica, nos dice que las presiones han de ser con preferencia superiores a la atmosférica para evitar la entrada de aire al sistema, lo cuál es siempre una situación indeseada, desde que el aire entra llega especialmente acompañando de humedad, esto conduce a problemas de operación. El punto de ebullición normal del R290 y R22 es muy similar [5].

El punto crítico

Los parámetros del punto crítico: La temperatura y la presión, determinan el máximo para manejar un ciclo de refrigeración por condensación. Como puede ser observado en la tabla 2, ambos R22 y propano tienen un punto crítico muy similar, otra vez señalamos que sus ciclos termodinámicos operativos son muy similares [5].

La presión de saturación

Como puede ser observado en la (figura 1), el R22 y el propano son muy similares en presiones altas donde ligeramente divergen. El propano requeriría presiones de trabajo inferiores que R22 para las mismas temperaturas de la fuente. Esta diferencia puede ser significativa en temperaturas altas de condensación, quiere decir que R290 es más adecuado para altas temperaturas que R22. Las presiones superiores de operación conducen a requisitos mecánicos superiores [5].

Figura 1: presión del vapor saturado para R22 y hidrocarburos.

El calor latente de vaporización

El calor latente de vaporización es la diferencia de entalpía entre el vapor saturado y el líquido saturado a una presión dada. Este valor determina el calor disponible de condensación o de evaporización por kg de fluido. Esto puede usarse para estimar la tasa de flujo de la masa de refrigerante que está obligada a producir una capacidad dada de refrigeración (o de calefacción). Como se puede ver en la (tabla 2), el propano tiene alrededor de dos veces el calor latente de R22. Esto indica que la tasa masiva de flujo corriendo a través del sistema de refrigeración con R290, requerido para proveer una capacidad dada de calefacción /enfriamiento, es siempre alrededor de la mitad de un requerido para un sistema surtiendo el mismo efecto con R22 [5].

La densidad.

La (tabla 2) muestra la densidad líquida de R22 y el R290, como puede observarse, la densidad líquida del propano es apenas cerca de la mitad del R22 (el propano tiene una densidad de 41 % inferior que el R22). Esto quiere decir que la carga requerida de propano para un sistema estará alrededor de la mitad de la que tomó con R22, debido a que la mayor parte de la carga está en forma líquida en el equipo. La densidad inferior de los HCs es también importante en otros aspectos de la unidad de refrigeración, ya que ejerce una caída de presión a través de los intercambiadores de calor, tuberías, y las válvulas que estarán en general proporcionalmente más bajas [5].

La capacidad frigorífica volumétrica

Este parámetro es una medida de la capacidad de refrigeración por unidad de volumen de refrigerante que pasa a través del compresor. Define la capacidad esperada de enfriamiento para un volumen de desplazamiento del compresor. La capacidad volumétrica de enfriamiento es una propiedad del refrigerante y del punto de operación y puede ser evaluada por el producto de la densidad de succión del compresor y la diferencia específica de entalpías a través del evaporador.

Como sabemos, el enfriamiento volumétrico disminuye rápidamente cuando la temperatura de evaporización se reduce, principalmente debido a la disminución en la densidad del vapor saturado a temperaturas mínimas, este rasgo del refrigerante impone el tamaño necesario del compresor, los compresores requeridos para los HCs siempre serán mayores que los requeridos para R22 por poseer una menor densidad, excepto propano. El propano es realmente similar al R22, teniendo simplemente una capacidad volumétrica ligeramente inferior [5].

Figura 2. Capacidad volumétrica de enfriamiento contra temperatura de evaporización a 40°C de temperatura de condensación, 0 K de subenfriamiento 5 K de sobrecalentamiento.

El consumo volumétrico de energía

Es también de gran interés para comparar, el consumo volumétrico de energía por el compresor. Es así que, el consumo volumétrico de energía es el producto de la densidad del vapor succionado por el cambio de entalpía específico para el proceso de compresión. La figura 3 ejemplifica los valores de este parámetro para los HCs investigados en relación con R22. El propano tiene un consumo de energía de 20% inferior que el R22 por unidad de tasa de flujo del refrigerante. Este hecho demuestra que cuando un sistema con R22 es reconstruido con partes nuevas para propano el motor eléctrico trabajará con una carga ligeramente inferior [5].

Figura 3. Consumo volumétrico de energía contra temperatura de evaporización a 40 °C de temperatura de condensación, 0 K de subenfriamiento 5 K de sobrecalentamiento.

La compatibilidad con aceites lubricantes.

Para asegurar la operación óptima de los compresores, la identificación del lubricante idóneo es necesaria. Para los equipos de refrigeración es preciso tener una buena solubilidad entre el lubricante y el refrigerante a fin de asegurar una tasa eficiente de regreso del aceite y para evitar la degradación del reembarque de calor. Además, es importante que la viscosidad de la mezcla sea adecuada para la lubricación hidrodinámica del compresor.

El lubricante disuelto en el refrigerante líquido afecta las propiedades termodinámicas del fluido. Las presiones del vapor de soluciones lubricadas en el refrigerante a una temperatura dada están siempre más abajo que la presión de vapor de refrigerantes puros en esa temperatura, por consiguiente, el lubricante disuelto en un evaporador conduce ligeramente a una succión inferior por el compresor.

Los HCs como el R290 son sustancias poco polares de la misma estructura que los aceites minerales. Por consiguiente, los HCs tienen una solubilidad muy alta en aceites minerales. Esta propiedad es muy deseable para la tasa de regreso de aceite. Sin embargo, esto puede conducir a una disminución de la viscosidad lubricante en el compresor, especialmente para temperaturas bajas del aceite y presiones altas, esto es la razón por la que es generalmente recomendado utilizar aceites con una viscosidad un poco superior para HCs. Los refrigerantes de nueva generación, en algunas instancias, son más dependientes en la aplicación correcta y determinación del tipo sanguíneo de aceite del refrigerante.

En resumen, HCs son compatibles con casi todos los lubricantes existentes y los materiales de construcción usados en equipos de refrigeración. No forman ácidos cuándo tienen contacto con humedad presente en el sistema de refrigeración. Por eso el propano es un sustituto muy adecuado para el R22 ya que también puede funcionar con aceite mineral, sin embargo, como quiera que la solubilidad de propano en aceites sea por lo general, más alta que la del R22, el uso de un aceite de más alta viscosidad es recomendado con propano para asegurar la lubricación adecuada del compresor. Adicionalmente, el hecho que el propano puede operar con la misma clase de aceite que R22 pone innecesario cualquier clase de procedimiento limpiador para eliminar los vestigios de aceite [5].

La compatibilidad con materiales.

La (tabla 3) muestra la compatibilidad del R22 y el R290 con varios materiales usados en la refrigeración, se ha reunido información de la compatibilidad de refrigerantes con los materiales para asistirlo al evaluar qué productos usar para un sistema de refrigeración. Aunque la información ha sido compilada de fuentes confiables, debe ser utilizada con extremo cuidado. Ninguna información de la columna puede cubrir todas las condiciones de concentración, temperatura, humedad, impurezas y aire. Es entonces, recomendable que esta tabla sea usada para elegir los posibles materiales y luego realizar una investigación más extensa y hacer un estudio bajo condiciones específicas de uso. La información presentada concierne principalmente a aplicaciones de alta presiones y temperatura ambiente y priorizando la compatibilidad en el aspecto de seguridad del material, más que el aspecto de calidad, no podemos dejar de señalar que siempre existe el riesgo de corrosión en presencia de humedad [5].

Tabla 3. Comportamiento de los refrigerantes en los materiales [2].

1.3 Experiencias en el uso de los (HCs) en especial R290

Los hidrocarburos refrigerantes (HCs) como R290 se están usando actualmente en nuevos diseños en algunos equipos domésticos y en comerciales pequeños. Además el Propano también puede ser utilizado para convertir equipos existentes de CFC (clorofluorocarbono) o HFC (hidrofluorocarbono) a HCs, para reducir emisiones de CFC y HFC, los HCs son por lo general, buenos refrigerantes pero son inflamables.

En nuestro país por sus condiciones económicas la vía más rápida y factible para la sustitución de refrigerantes ambientalmente regulados por sus efectos negativos es la reconversión a refrigerantes más nobles, como los hidrocarburos. Para la reconversión en el caso nuestro de un aire de pared, es necesario establecer cuáles son los parámetros utilizados que permitan establecer una comparación de lo que tenía antes y lo que obtendré después. Para establecer esta comparación los indicadores que generalmente confrontamos son: Consumo de energía (CE), coeficiente de operación (COP), capacidad frigorífica (Q), carga de refrigerante (CR), según [6]. Varios países ya tienen resultados notables relacionados con el ahorro de energía en los sistemas reconvertidos como principal ventaja, entre los que se pueden mencionar: India, Alemania, Italia, Suiza, Suecia, Jamaica, entre otros; estos ahorros de energía se reportan entre los valores de 10 a un 30 % [7].

Es importante mencionar que estas instalaciones reconvertidas han mostrado un leve descenso en la potencia frigorífica que está alrededor del 10%. Además de la disminución del consumo de energía que se reporta, se alcanzan aumentos del coeficiente de operación (COP) alrededor de 15 %, disminución de la carga de refrigerante en aproximadamente el 50 % [6]. La caída de presión en el condensador del sistema se reduce en aproximadamente de un 10 al 16 % y en el evaporador en 30 % según [7].

Existen varios criterios a la hora de cargar el sistema con R290 o cualquier otro hidrocarburo, ya que la cantidad de refrigerante cargado en el sistema afecta su funcionamiento, si la cantidad de refrigerante es demasiado o muy poca la capacidad del sistema será más baja de lo esperado y el consumo de energía puede ser más alto, es por lo que plantean que como la densidad del R290 es 41% aproximadamente del R22, la carga para un sistema de R22 con propano será poco menor de la mitad de la de R22 [8]. Otro criterio por su parte dice que la carga con R290 debe ser aproximadamente 48-50% de la carga original que tenía con HCFC-22 [9]. Compañías como la Danfoss manifiestan que la carga para equipos de R22 con propano es de un 40% de R22. En otro caso la carga o el peso original del gas fue determinado por documentos o las placas con el nombre previstas por el fabricante, con el conocimiento de la carga original, la dividimos entre tres del número que obtengamos tomamos el 90% y nos da la carga necesaria, por ejemplo, si el cargo original R22 fuese 10 kg, entonces el cálculo sería 10 kg ÷ 3 = 3.3 kg 0.90 (90 %) = 2.97 kg según [10]. Aunque existen varios criterios, a la hora de cargar el sistema con un nuevo refrigerante, en este caso especial R290, la proporción entre las densidades líquidas de los HCs y R22 puede ser utilizada como una regla general para estimar la reducción de la carga cuando un sistema con R22 es reconstruido con partes nuevas para un refrigerante como R290 o cualquier hidrocarburo.

No son pocos los equipos en todo el mundo que han convertido de R22 para R290, tanto en la refrigeración industrial como la climatización por mencionar algunos. Por ejemplo una unidad de leche de 9 kW que trabajaba con 15.1 kg de refrigerante R22, consumía aproximadamente 33.7 kW/h para un COP de 2.98, al realizar la reconversión para propano se necesitó 8.6 kg de refrigerante mostrando una disminución de un 43%, el consumo de corriente eléctrica se redujo en un 14.2% y hubo un aumento en el COP de 16%. Entre otros ejemplos tenemos, la conversión de un sistema de chiller del hotel Grand Meliá que muestra como dato más sobresaliente un disminución del consumo de energía de 32.58 kW. En la (tabla 4) se muestran con varios parámetros de explotación de unidades reconvertidas de R22 para propano en Malaysia [8].

Tabla 4 .Varias unidades convertidas de R22 para propano.

Por otra parte en una investigación experimental donde se sustituye HCFC-22 por HC-290 en un aire acondicionado de ventana, se obtuvieron los siguientes resultados: el consumo de potencia fue menor para propano en un rango de 12.4% a 13.5% y la capacidad frigorífica fue inferior en un intervalo de 6.6% a 9.8%, estos valores nos dan la medida de que la sustitución de R22 por R290 es exitosa, debido a las excelentes propiedades termodinámicas y ambientales que posee el propano, sólo presenta como desventaja el tema de la inflamabilidad [9].

1.4 Aspectos relacionados con la seguridad de refrigerantes Inflamables.

La seguridad es motivo de preocupación para la aplicación de cualquier refrigerante. El uso de los HCs refrigerantes plantea un peligro adicional, la inflamabilidad. Las cantidades de líquidos inflamables o gases se pueden encontrar en la mayoría de los lugares de trabajo, domicilios, y otros entornos, los ejemplos incluyen la gasolina, pinturas, artículos de tocador, los combustibles para calefacción y el alcohol. En todos los casos, estas sustancias deben ser envasadas, manipuladas y utilizadas de manera adecuada, en caso contrario pueden suponer un peligro serio, por lo tanto los principios de seguridad se deben seguir para garantizar un alto nivel de seguridad. Para utilizar HCs refrigerantes que no ofrezcan este riesgo, es esencial prestar atención a la inflamabilidad, los peligros y los medios correspondientes para lograr un nivel adecuado de seguridad.

Hay tres aspectos principales a considerar cuando se trata de HCs refrigerantes:

• Garantizar que el sistema está a prueba de fugas y sea lo suficientemente resistente a lo largo de su vida útil.

• Garantizar la seguridad de los equipos que se utilizan o entran en contacto con las atmósferas inflamables.

• Protección de los trabajadores que puedan entrar en contacto con las atmósferas inflamables en el lugar de trabajo.

La responsabilidad de la seguridad general de los medios normalmente recae en el fabricante / productor y / o instalador del equipo. El equipo debe estar diseñado y fabricado de tal manera que las emisiones y por lo tanto la creación de una atmósfera inflamable, tanto como sea posible quede prácticamente eliminada [11].