anon - manual de buenas practicas en refrigeracion

MANUAL DE BUENAS PRCTICAS EN REFRIGERACINJORGE ALBERTO PUEBLA

FONDOINAv. Libertador, C.C. Los Cedros, Piso 5, La Florida, Caracas 1050 - VenezuelaTelfs.: (0212) 731.2992 - 731.3932 - Fax: (0212) 731.0015E-mail: [email protected]

www.fondoin.com.ve

Hecho Depsito de LeyDepsito Legal: lf80020053633113ISBN: 980-12-1448-1

Diseo de Diagramacin:Janet Salgado M.

Diseo de Portada:Cograf Comunicaciones,C.A.

Fotolito:Tecnoprint 2090, C.A.

Impresin:Imprenta Negrn Central, C.A.

Impreso en Venezuela - Printed in Venezuela

NOTA

Las informaciones del presente manual tienen una finalidad educativa nicamente. Los procedimientos descritos son para uso exclusivo de personasque posean la pericia y la capacitacin tcnica apropiadas y para ser aplicados por su propia cuenta y riesgo.

Cuando los procedimientos descritos difieran de los del fabricante de determinado equipo debern seguirse las instrucciones de dicho fabricante.

La informacin tcnica y jurdica presentada es la vigente en la fecha de publicacin original. Debido a la rpida evolucin de la tecnologa y delos reglamentos en esta esfera, no se puede presumir que dicha informacin ser vlida en el futuro.

UNIDO, FONDOIN y B+S Consultores no garantizan la aceptabilidad del funcionamiento la seguridad del operario ni de los aspectos ambientalesde ninguno de los equipos analizados. Cada actividad industrial exige la consideracin de los aspectos relacionados con la seguridad de los operariosy la debida eliminacin de los contaminantes y productos de desecho. Ni UNIDO, FONDOIN ni B+S Consultores pueden recomendar las opcionescorrespondientes a las nuevas tecnologas o a los nuevos refrigerantes que se mencionan en el manual ni en cuanto a su eficacia, aceptabilidad nifiabilidad. Tales tecnologas y refrigerantes han sido enumerados nicamente con la finalidad de dar al utilizador del manual una idea adecuada de lasposibilidades que pueden presentar los mismos despus de un suficiente desarrollo que los haga comercialmente viables y aplicables en un futurocercano.

La mencin de toda empresa, asociacin o producto en el presente documento es al solo ttulo informativo y no constituye una recomendacin porparte de UNIDO, FONDOIN o B+S Consultores respecto a tal empresa, asociacin o producto, expresa ni implcitamente.

AGRADECIMIENTO3

Este manual fue editado por FONDOIN con el aporte de varias instituciones y personas, bajo la direccin delLicenciado Osmer Castillo.

La investigacin cientfica y tcnica, as como la redaccin del mismo, fue realizada por Biosfera+SeguraConsultores, siendo su autor, el Ing. Jorge Alberto Puebla, quien cont con la colaboracin del licenciadoCarlos Julio Rivas S. y el ingeniero Rodrigo Rengifo.

La coordinacin general del Manual, as como la verificacin tcnica, estuvo a cargo de la Sala Tcnica deFONDOIN, conformada por la Licenciada Carmelina Flores de Lombardi, los ingenieros Gianfranco Ruggieroy Pedro Sallent, el apoyo de los profesores Csar Oronel y Rafael lvarez, miembros del personal docente delLaboratorio de Fenmenos de Transporte, de la Universidad Simn Bolvar, de Sartenejas, Caracas.

Destacamos tambin, la colaboracin del Doctor Ryuichi Oshima, el ingeniero Rodrigo Serpa, y del ingenieroJuan Carlos Reinhardt, miembros del personal tcnico de la Organizacin de las Naciones Unidas para elDesarrollo Industrial (ONUDI), quienes aportaron material de consulta, as como al Licenciado OsmerCastillo, presidente de FONDOIN, por su labor de coordinacin para la materializacin de este proyecto.

AGRADECIMIENTOS

MANUAL DE BUENASPRCTICAS ENREFRIGERACIN

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En el 2005 se cumplen 20 aos del Convenio de Viena y 18 el Protocolo de Montreal; quiere decir que yahay una generacin crecida bajo la amenaza de la destruccin de la capa de ozono y de los efectos de la luzultravioleta.

Es posible que muchas de esas personas no hayan podido percatarse del peligro que ha corrido la capa deozono, pero en cambio sern testigos del mayor logro colectivo tecnolgico ambiental de nuestro tiempo: laeliminacin de los CFC en todo el planeta y en todas sus aplicaciones, especialmente en la ms importante, larefrigeracin.

Este cambio implica no slo el uso de otros refrigerantes ambientalmente ms favorables, sino tambin laconservacin y reutilizacin de los actuales para poder dar servicio a los equipos usados que an les quedanalgunos aos de vida.

Pues bien, a lo largo de estos aos, el consumo mundial de CFC en los pases desarrollados y en desarrollo,ha alcanzado una reduccin por encima del 70% y el consumo restante ser eliminado antes de 2010; por esoeste ao, el 16 de septiembre, Da Mundial de la Capa de Ozono, el mundo entero podr celebrar estoslogros.

En Venezuela el jbilo ser si se quiere mayor, pues adems de lograr una reduccin del consumo en elorden del 60%, el sector industrial que fabrica productos con CFC ya est reconvertido, la empresa fabricantenacional de CFC cierra su produccin a finales del prximo ao y el resto del consumo nacional, localizadoen el sector servicio que instala repara y mantiene los artefactos de enfriamiento de vieja tecnologa, ser elpunto focal del proyecto con ms alcance social y ambiental promovido y tramitado hasta ahora porFONDOIN.

Gracias a los recursos del Fondo Multilateral y el apoyo de la Organizacin de las Naciones Unidas parael Desarrollo Industrial (ONUDI), este ao se inicia el Programa de Capacitacin en Buenas Prcticas, dirigidoa todos los tcnicos en refrigeracin de Venezuela. El Programa se desarrollar en 43 centros educativosdistribuidos en todo el territorio nacional, que ofrecern cursos intensivos durante un ao consecutivo. Con esteobjetivo, los centros educativos fueron dotados del equipamiento necesario para los cursos, que sernimpartidos por un cuerpo de instructores entrenados especialmente, siguiendo el Manual de Buenas Prcticaspreparado por FONDOIN.

Este excelente Manual que se entregar a todos los cursantes, contiene el compendio de conocimientos quedebe tener todo tcnico para realizar su trabajo adecuadamente y en concordancia con la proteccin delambiente. Los tcnicos que aprueben el curso gozarn de una credencial particular que les otorgar FONDOIN,la cual podrn mostrar a los clientes en garanta de la capacitacin adquirida. La meta de FONDOIN es quedentro de un ao, en el Da Mundial de la Capa de Ozono, los 43 centros educativos, los 90 instructores y los3000 tcnicos capacitados, nos reunamos como un solo equipo para celebrar que ya en Venezuela, gracias alas Buenas Practicas impartidas, y al resto de los medidas tomadas, la Capa de Ozono no recibir mas gasesdainos provenientes de esta parte del planeta.

Sr. Osmer CastilloPresidente del Fondo de Reconversin Industrial (FONDOIN)

PRLOGO

NDICE

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NDICE

Prlogo 4Introduccin 7Captulo I: La capa de ozono1 Causas y efectos de la destruccin

del ozono estratosfrico 92 Riesgo para la salud y el ambiente 103 Calentamiento global-causas y efectos 10

Captulo II: Normativas y regulaciones

para proteger la capa de ozono1 Convenios internacionales 132 Legislacin nacional 14

Captulo III: Refrigeracin

1 Consideraciones generales 172 Breve resea histrica 173 Refrigeracin mecnica 174 Objetivo de la refrigeracin mecnica 185 Definiciones 186 Propiedades de los gases 227 Cambio de estado de los gases 228 Grfico de Mollier 22

8.1 Anlisis del grfico 238.2 Ciclo mecnico de refrigeracin 24

8.2.1 Lado de alta presin 258.2.2 Lado de baja presin 258.2.3 Otros dispositivos 25

8.3 Relacin entre el ciclo de refrigeracin mecnica y el grfico de Mollier 26

8.4 Herramientas computacionales para el clculo de sistemas de refrigeracin 26

Captulo IV: Gases refrigerantes

1 Refrigerantes histricamente ms comunes 272 Tipo de gases refrigerantes y nomenclatura 28

2.1 Refrigerantes halogenados 282.1.1Clorofluorocarbonos (CFC) 282.1.2Hidroclorofluorocarbonos (HCFC) 28

2.2 Mezclas 292.2.1 Mezclas zeotrpicas 292.2.2 Mezclas azeotrpicas 29

2.3 Hidrocarburos y compuestos inorgnicos 292.3.1 Hidrocarburos (HC) 292.3.2 Compuestos inorgnicos 31

3 Consideraciones relativas a la salud y la seguridad 353.1 Toxicidad 353.2 Inflamabilidad 35

4 Efectos de algunos refrigerantes sobre la capa de ozono y el calentamiento global 36

5 Sustitutos transitorios 365.1 Retrofitting o cambio de refrigerantes

de R12 a R134a 38

Captulo V: Sistemas de refrigeracin

1 Sistemas de refrigeracin 392 Refrigeracin domstica 39

2.1 Componentes del circuito de refrigeracin en neveras o congeladores domsticos 48

2.2 Procedimiento de carga para sistemas de refrigeracin domstica 64

2.3 Diagnstico de fallas y reparaciones en equipos de refrigeracin domsticos 66

3 Refrigeracin comercial 723.1 Componentes de circuitos de refrigeracin

comercial e industrial 743.2 Procedimiento de carga para sistemas

de refrigeracin comercial 964 Aire acondicionado 101

4.1 Procedimiento de carga para sistemas de aire acondicionado 103

4.2 Diagnstico de fallas y reparaciones en equipos de aire acondicionado 104

5 Aire acondicionado automotriz 1075.1 Procedimiento de carga para sistemas

de aire acondicionado automotriz 1096 Lubricacin del compresor 112

6.1 Cambio de aceite 1146.2 Humedad y cidos - efectos sobre

el lubricante 1146.3 Tipos de lubricantes 1156.4 Reacciones de los lubricantes

con la humedad 1166.5 Eliminacin de la humedad

y otros contaminantes voltiles (GNC) de un sistema de refrigeracin 116

7 Herramientas y equipos de servicio 119

Captulo VI: Consideraciones sobre la instalacin y mantenimiento

de sistemas1 Instalacin de sistemas 1272 Inspeccin peridica y mantenimiento

preventivo 1273 Diagnstico efectivo de fallas 1284 Fugas 128


6

4.1 Tipos de fugas 1284.2 Mtodos de localizacin de fugas 1294.3 Verificacin de la estanqueidad de un

sistema sin usar refrigerante puro 1295 Sustitucin de componentes 130

5.1 Compresor 1315.2 Ajuste del sistema a las nuevas

condiciones de trabajo 131

Captulo VII: Recuperacin, reciclaje yregeneracin

1 Definiciones 1331.1 Proceso de recuperacin 1331.2 Proceso de reciclado 1331.3 Proceso de regeneracin 133

2 Equipos y herramientas necesarias para la recuperacin 1332.1 Mquinas recuperadoras o recicladoras 1332.2 Cilindros recargables para recuperar 1332.3 Otros equipos y herramientas 134

3 Identificacin y pruebas de contaminacin de los refrigerantes comunes 1343.1 Mtodos para identificar el tipo de

refrigerantes en sistemas 1343.2 Mtodos de prueba de campo para

refrigerantes y aceite 1344 Mtodos de recuperacin de refrigerantes

en sistemas 1344.1 Recuperacin en fase vapor 1344.2 Recuperacin en fase lquida 135

5 Aspectos importantes en la recuperacin de gases refrigenrantes 136

6 Mtodo de reciclaje de refrigerante 1387 Mtodo de regeneracin de refrigerante 138

8 Procedimientos para la recuperacin derefrigerante 1398.1 Procedimiento para recuperar refrigerante

en un refrigerador domstico 1398.2 Procedimiento para recuperar refrigerante

en un sistema de aire acondicionado 1398.3 Procedimiento para recuperar refrigerante

en un sistema de refrigeracin comercial de cmara fra 140

8.4 Procedimiento para recuperar refrigerante en un sistema de aire acondicionado autonotriz 141

Captulo VIII: Recomendaciones de

buenas prcticas en refrigeracin1 Seguridad personal 1432 Carga de refrigerante en un sistema 1443 Riesgos que presentan los hidrocarburos

(HC) y mezclas que contienen hidrocarburos cuando son empleados como refrigerantes 147

4 Manejo, uso y almacenaje seguro de gases comprimidos 1484.1 Recomendaciones para el manejo y uso1484.2 Recomendaciones para el almacenaje 1494.3 Otras recomendaciones de manejo

y almacenaje 1495 Tcnicas de trasegado seguras 1506 Ms consideraciones de buenas prcticas

en refrigeracin 150

Anexos 151Bibliografa 155

INTRODUCCIN

7

Consideraciones generalesEste manual constituye, fundamentalmente, el

material de apoyo para los instructores yparticipantes en los cursos de capacitacin enbuenas prcticas en refrigeracin.

Los cursos estn dirigidos a los tcnicos queprestan servicio en esta rea, con el objeto decapacitarlos para que realicen un mejor trabajo, sinque se produzcan emisiones de SustanciasAgotadoras del Ozono [SAO] a la atmsfera y engeneral, de cualquier refrigerante; y tambin parapreservar la expectativa de vida til de los sistemas yequipos a los que les hagan servicio y reduciendo eldao al ambiente.

Las buenas prcticas estn enfocadas enparticular, al manejo adecuado de las SustanciasAgotadoras del Ozono, pero sin excluir a losHidrofluocarbonos [HFC], que aunque no actansobre la capa de ozono, contribuyen sensiblementeal calentamiento global del planeta que es tambinun dao ambiental de consecuencias catastrficas.

Organizacin del manualEl manual fue estructurado para que cada

persona que lo consulte, pueda ubicar de manerarpida y sencilla la informacin deseada. Para ello,se utiliz un lenguaje sencillo y cotidiano parafacilitar la comprensin de las definiciones yexplicaciones contenidas.

El captulo I, comienza con una brevedescripcin de la capa de ozono, su importancia enla atmsfera, las causas, los efectos de su destrucciny la relacin con el cambio climtico global. En elcaptulo II, se describen las medidas que se hantomado a escala mundial y local, para detener ladestruccin de la capa de ozono; concluyendo estaparte, con una enumeracin de las normativasvigentes en Venezuela para proteger la capa deozono; as como las disposiciones relativas al buenmanejo y empleo de refrigerantes, equipos, aparatosy sistemas que utilizan estas sustancias para sufuncionamiento.

El captulo III, se hace una breve sntesis de larefrigeracin, su historia, su importancia y sudesarrollo y se describen los principios bsicos que

rigen el proceso, las etapas que caracterizan todosistema de enfriamiento y los componentes queintervienen.

En el captulo IV, se hace una explicacindetallada de los diferentes tipos de refrigerantes:clasificacin, y nomenclatura segn su tipo; suspropiedades y consideraciones acerca de lainflamabilidad y aspectos relativos a la seguridadpersonal que debe observarse al momento demanipular estas sustancias.

Seguidamente, en el captulo V, se desarrollanampliamente, las diferentes aplicaciones de larefrigeracin y el aire acondicionado; as comotambin una serie de informaciones que ayudarn alos tcnicos en el anlisis de fallas para los sistemascomunes y sus componentes. El captulo concluyecon una descripcin y explicacin de lasherramientas y equipos con los que se debe contarpara realizar un buen trabajo de mantenimiento, ascomo tambin la funcin y operacin de cada unode ellos.

En el captulo VI, se podr encontrar una serie deconsideraciones relativas a la instalacin ymantenimiento de sistemas de refrigeracin:inspeccin peridica, mantenimiento preventivo,diagnostico efectivo de fallas, tipos de fuga y losmtodos e instrumentos.

Por ltimo, en los captulos VII y VIII, seencuentran desarrolladas las tcnicas de buenasprcticas en refrigeracin, aplicables a la elaboracinde un diagnstico correcto de fallas; limpieza internay externa de sistemas de refrigeracin; retiro y cargade los refrigerantes; prevencin de fugas; recu-peracin de gases refrigerantes, almacenaje y engeneral, manipulacin de recipientes a presin.

Todo el temario desarrollado en este manual, hasido concebido para ayudar a los tcnicos derefrigeracin a corregir los errores conceptuales, deprocedimientos y de manejo, que inciden en elconsumo innecesario y desmesurado de SAO,mejorando la efectividad en los trabajos deinstalacin, mantenimiento y reparacin; lograndode esta forma, que los equipos y sistemas alcancenel mximo de vida til prevista en su diseo originaly al mismo tiempo, contribuir con la conservacindel ambiente; y en especial, con la capa de ozono.

INTRODUCCIN

CAPTULO I: LA CAPA DE

OZONO

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1 Causas y efectos de la destruccin del ozono estratosfrico

La capa de ozono ubicada en la estratosfera, seextiende entre los 15 y los 45 Km por encima de lasuperficie del planeta. Como su nombre lo indica,esta capa es rica en ozono que absorbe los rayosultravioleta del sol, impidiendo su paso a la Tierra.

El ozono es una forma de oxgeno cuya molcu-la tiene tres tomos, en vez de los dos del oxgenonormal, convirtindose en una sustancia muy reacti-va e inestable, txica an inhalada en pequeas can-tidades durante perodos cortos.

En la estratosfera, el ozono se forma a partir del oxgenodel aire en presencia de la radiacin ultravioleta b;ambos, oxgeno y ozono se mantienen en un equilibriodinmico en el cual el ozono se forma y se destruye con-tinuamente, siendo la formacin mas rpida que ladestruccin, por lo cual el ozono tiende a acumular-se, alcanzando concentraciones de hasta 10ppm.

Si el ozono estratosfrico no logra formarse o sedestruye disminuyendo su concentracin, la luzultravioleta no seria absorbida y llegara a la superfi-cie, causando un efecto letal sobre todos los seresvivos.

En la troposfera, el ozono se origina en pequeascantidades durante las tormentas elctricas; pero anivel del suelo, el ozono es un contaminante atmos-frico que se forma a partir de la reaccin de las emi-siones de los vehculos con otros contaminantes delaire, formando una mezcla nociva para la saludconocida como "smog fotoqumico", tpica de ciu-dades muy contaminadas como Los ngeles yCiudad de Mxico; las concentraciones de ozonosuperiores a 0,1ppm son peligrosas para la salud,plantas y animales.

La capa de ozono protege la vida del planeta dela radiacin ultravioleta del sol; esta radiacin tieneuna longitud de onda menor que la de la luz visible,pero mayor que los rayos X. Dentro de este espectrose pueden distinguir tres tipos de radiacin ultravioleta:

CAPTULO I

Perfil de la concentracin de ozono [O3] en la atmsfera.

Radiacin ultravioleta A [UV-A], la mas cercanaal color violeta de la luz visible, pasa en su totalidada travs de la atmsfera y llega a la superficie; es re-lativamente inofensiva, la emplean las plantas pararealizar la fotosntesis y contribuye en pequeas dosisa fijar la vitamina A; sin embargo en exposicionesprolongadas puede ser daina.

Radiacin ultravioleta C [UV-C], la de menorlongitud de onda y mas cercana a los rayos X, letalpara la vida tal cual la conocemos, es totalmenteabsorbida por encima de la estratosfera, en la ionosfera.

Radiacin ultravioleta B [UV-B], tiene una longi-tud de onda intermedia entre las dos anteriores,aunque es menos letal que la C, es tambin peligrosaan en cantidades pequeas, pues produce cncer depiel, cataratas y otros daos en la vista, afecta el sis-tema inmunolgico, y todas las formas de vida:microbios, algas, hongos, plantas, invertebrados yvertebrados; normalmente es totalmente absorbidapor la capa de ozono.

En 1974, dos qumicos de la Universidad deCalifornia: Sherwood Rowland y Mario Molina,

LA CAPA DE OZONO


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plantearon la hiptesis de que la acumulacin en laatmsfera de CFC, en presencia de radiacin ultravi-oleta, poda desencadenar la destruccin del ozonoestratosfrico.

Posteriormente, en la primavera austral de 1985se comprob que la capa de ozono sobre la Antrtidahaba desaparecido en ms del 50%. As mismo,hacia finales de la dcada del 80 se haba comproba-do que efectivamente la destruccin de la capa deozono se deba a la presencia en la estratosfera deCFC, HCFC, y Halones, que liberan sus tomos de

cloro y bromo por efecto de la radiacin ultravioletaB, estos tomos reaccionan con el ozono y lodestruyen, comprobndose totalmente la hiptesis deMolina y Rowland, que les hizo merecedores delPremio Nbel de Qumica en 1995.

Este efecto devastador sobre la capa de ozono escausado por los CFC, tales como R11, R12 y R502(que contiene CFC115), por los Halones extintores deincendio y en menor grado por los HCFC como elR22 y el R123.

Todos estos productos al ser liberados a la atms-fera, dado que son muy estables y permanecen intac-tos decenas de aos, pueden ser transportados por lascorrientes de aire, desde el hemisferio norte hasta elPolo Sur y desde la superficie hasta la estratosfera,donde son vulnerables a la luz ultravioleta, descom-ponindose y liberando cloro el cual inicia el ciclode destruccin del ozono.

Cada tomo de cloro que se libera puede des-truir hasta 10.000 molculas de ozono. Este ciclodestructivo se presenta al comienzo de la primavera,una vez finalizada la fase de oscuridad invernal, peroes justamente durante el periodo invernal que losvientos y las bajas temperaturas favorecen la acumu-lacin de compuestos intermedios de cloro y bromo,hasta la llegada del sol en la primavera, cuandocomienza la gran la destruccin de ozono.

Se estima que si se cumple cabalmente el calen-dario de eliminacin de los CFC establecido en el

Protocolo de Montreal y sus Enmiendas, la capa deozono estar restablecindose a partir del 2040,pero las trazas de CFC permanecern en la atmsferamuchsimos aos ms. Es por lo tanto vital quereduzcamos al mnimo y sin demora, las emisionesde sustancias agotadoras del ozono.

2 Riesgos para la salud y el ambiente

Si la cantidad de ozono disminuye en la estratos-fera, ms radiacin ultravioleta B alcanzar la super-ficie del planeta. Este aumento de radiacin pro-ducir un incremento significativo de casos de cncerde piel (melanoma y nomelanoma), cataratas y otraslesiones de la vista e insuficiencia en el sistemainmunolgico en los seres humanos. En el resto delos seres vivos aparecern efectos similares que mer-marn la produccin agrcola, la vida silvestre, losbosques y la diversidad biolgica, reduciendo la produc-cin de alimentos y la supervivencia. Los cambios en laestratosfera tambin tendrn consecuencias sobre elclima y favorecern la formacin de smog fotoqumico.

3 Calentamiento global - causas y efectos

El calentamiento global o "efecto invernadero" esun fenmeno natural que se produce cuando parte dela radiacin infrarroja emitida por la Tierra, paraperder el exceso de calor recibido del sol, es absorbi-da en la troposfera por gases normalmente presentesen el aire, como el vapor de agua, el dixido de car-bono y el metano, entre otros, impidiendo que esecalor escape al espacio y lo devuelve a la superficiecomo una segunda fuente de calor.

Este fenmeno hace que la temperatura diurna ynocturna en reas hmedas y boscosas sea menosfluctuante que en zonas secas como los desiertos,que presentan diferencias de temperatura muy mar-cadas entre el da y la noche por la carencia dehumedad del aire.

Pero la acumulacin progresiva de dixido decarbono en la atmsfera, producto de la combustinde carbn, petrleo y gas, aunado a la presencia delos CFC, HCFC y Halones, han acentuado notable-mente la absorcin del calor desprendido por laTierra, aumentando la temperatura promedio y cau-sando cambios en el clima.

A medida que la presencia de los gases que cau-san este calentamiento siga en aumento, los efectossern catastrficos por las perdidas materiales pro-ducto de las tormentas, inundaciones y sequasextremas que modificarn las ciudades, las costas,las zonas de cultivo, la productividad, y la super-vivencia de las especies.

Reaccin qumica de los CFC con el ozono en la estratosfera.

CAPTULO I: LA CAPA DE

OZONO

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ndices pluviomtricos en descenso, incrementode la desertificacin, temperaturas promedio anualesen aumento, aceleracin en el derretimiento delhielo de los casquetes polares y los glaciares, cam-bios en los patrones de las corrientes ocenicas,inundaciones de reas de baja altura adyacentes amares y ocanos, mareas ms altas y huracanes,tifones y ciclones de mayor potencia, sern los fen-menos con los que tendremos que lidiar a diario amedida que siga cambiando el clima de la Tierra.

Los CFC, HCFC y los HFC, tienen altos poten-ciales de calentamiento, miles de veces superioresal del dixido de carbono y el metano; son prctica-mente indestructibles en la troposfera y sus periodosde vida superan en algunos casos los 100 aos. Demanera que estas sustancias que durante aos se con-sideraron los refrigerantes perfectos, hoy sabemosque son doblemente peligrosas: en la troposfera porla cantidad de calor que atrapan y emiten, convir-tindose en sper gases invernadero y en la estratos-fera por la avidez destructora de ozono. Al dejarlasescapar se contribuye directamente con ambascatstrofes y una vez que estas sustancias han pasa-do al aire no hay forma de retirarlas ni de neu-tralizarlas, se quedarn all haciendo dao muchomas tiempo que el que nosotros pasaremos en laTierra, pero posiblemente si podremos sufrir y lamen-tar los efectos. Por estas razones estos refrigerantestienen que manejarse como sustancias peligrosas.

La refrigeracin contribuye al calentamiento globalen dos formas:

Directamente: por la emisin de refrigerantes ala atmsfera debido a fugas en sistemas o por la li-beracin voluntaria y deliberada de gases refrige-rantes en los procesos de reparacin y puesta fuerade servicio de equipos de refrigeracin.

Indirectamente: por la cantidad de energaelctrica consumida, la cual produce emisiones dedixido de carbono cuando la energa es producidaen plantas trmicas, que utilizan combustibles de ori-gen fsil para su operacin.

Es por lo tanto urgente que reduzcamos las emi-siones de refrigerantes a la atmsfera para mini-

mizar los efectos de la destruccin de la capa deozono y el incremento del calentamiento global.Adicionalmente, es tambin esencial que nos ase-guremos del uso eficiente de la energa a fin dereducir los efectos indirectos del calentamiento global.

Se define el EFECTO TOTAL EQUIVALENTE DERECALENTAMIENTO de la atmsfera, conocidocomo TEWI, por sus siglas en ingls, como:

TEWI [Total Equivalent WarmingImpact]

Efecto total equivalente de recalentamiento = Efecto directo por emisiones de refrigerantes

+Efecto indirecto por el consumo de energa

Si bien se ha enfocado este trabajo en la elimi-nacin de los gases refrigerantes que agotan la capade ozono [SAO] por cuanto este es el alcance delprograma; no podemos ignorar que con posterioridadse ha puesto en evidencia la accin de sustanciasempleadas en refrigeracin que, an cuando noactan en el balance de ozono estratosfrico, tienenroles destacados en su contribucin al efecto inver-nadero. Es por ello que se incluyen menciones adichos efectos, que hoy en da no pueden pasarse poralto.

Los escenarios posibles en refrigeracin en el sigloXXI son mucho ms complejos de lo que fueron hastael Convenio de Viena y en la actualidad, por las discu-siones sobre calentamiento global que se llevan a caboa la luz de los postulados del Protocolo de Kyoto, secomplican an ms pues cuestionan soluciones, que sibien ptimas para el problema del agotamiento delozono no son apropiadas desde el punto de vista delcalentamiento global.

El Calentamiento Global.

Anlisis grfico cuantitativo del Calentamiento Global.

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1 Convenios internacionales

Convenio de Viena para la Proteccin de laCapa de Ozono, Gaceta Oficial N 34.818 del19 de julio de 1988.

Protocolo de Montreal relativo a lasSustancias Agotadoras de la Capa de Ozono,Gaceta Oficial N 34.134 del 11 de enero de1989.

Enmienda de Londres al Protocolo deMontreal, Gaceta Oficial N 4.580Extraordinario, del 21 de mayo de 1993.

Enmienda de Copenhague al Protocolo deMontreal, Gaceta Oficial N 5.180Extraordinario, del 4 de noviembre de 1997.

Enmienda de Montreal al Protocolo deMontreal, Gaceta Oficial N 37.217, del 12de junio de 2001.

Enmienda de Beijing, no ratificada aun porVenezuela.

Convenio de Cambios Climticos Globales,Gaceta Oficial N 4.825 Extraordinario del 27de diciembre de 1994.

Protocolo de Kyoto, Gaceta Oficial N38.081 de fecha 7 de diciembre de 2004.

El Convenio de Viena, acordado en 1985 para laproteccin de la capa de ozono, establece el com-promiso de realizar las investigaciones cientficascon el objetivo de mejorar el conocimiento de losprocesos atmosfricos y desarrollar posteriores pro-tocolos para controlar las sustancias agotadoras de lacapa de ozono. Actualmente 190 pases han ratifica-do el Convenio de Viena.

"Protocolo de Montreal relativo a las Sustanciasque agotan la capa de ozono" fue acordado en sep-tiembre de 1987. El Protocolo identific las princi-pales sustancias que agotan el ozono (CFC11,CFC12, CFC113, CFC114, CFC 115 y tres halones) yestableci los primeros lmites para reducir la pro-

duccin y el consumo de dichas sustancias. Uno delos aspectos resaltantes de este acuerdo es queestablece una moratoria para los pases en desarrollo,en relacin con el cumplimiento del calendario dereduccin de las sustancias y la obligacin de todos lospases de informar anualmente las cantidades produci-das, importadas y exportadas de cada sustancia, paraverificar progresivamente el cumplimiento de las medi-das. Actualmente ha sido ratificado por 189 pases.

El avance cientfico y tecnolgico condujo a lasPartes a realizar la primera Enmienda del Protocolode Montreal en 1990. Esta es la Enmienda deLondres, en la cual se modifica el Calendario deReduccin y se acuerda que el consumo y la produc-cin de las 8 sustancias deben ser eliminados entre1994 y 1996, pero se continua la moratoria de 10aos para los pases en desarrollo y se crea el FondoMultilateral para la Aplicacin del Protocolo deMontreal en los pases en desarrollo, de manera quepuedan ir adoptando las nuevas tecnologas y elimi-nando el consumo de las sustancias a medida queestn disponibles en el mercado.

En 1992, se acuerda la Enmienda deCopenhague, que extienda la lista de las sustanciascontroladas y perfecciona el Calendario de Elimi-nacin tanto para pases desarrollados como parapases en desarrollo. Este calendario con algunosajustes est vigente an.

En 1997, con motivo de los 10 aos del Protocolode Montreal se acuerda la Enmienda de Montreal,que establece la obligacin de contar con un sistemade Licencias o similar, que permita controlar lasexportaciones e importaciones de las sustancias, con elpropsito de combatir el trafico ilcito de las mismas.

En 1999, se acuerda la Enmienda de Beijing, queperfecciona el calendario de eliminacin de losHCFC y del Bromuro de Metilo.

En el siguiente cuadro aparece un resumen de lassustancias sujetas al Protocolo de Montreal y susEnmiendas, con los calendarios de eliminacinrespectivos.

CAPTULO II NORMATIVAS Y REGULACIONES PARAPROTEGER LA CAPA DE OZONO

CAPTULO II:

NORMATIVAS Y REGULACIONES PARA

PROTEGER LA CAPA DE OZONO


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El Calendario de Eliminacin de los CFC en lospases en desarrollo pasa por reducciones sucesivasde 50% en el 2005, 85% en el 2007 hasta llegar a lameta de consumo 0 en los aos sealados. Si estecalendario se cumple a cabalidad, las investigacionescientficas y los modelos matemticos indican que lacapa de ozono habr recuperado los niveles de 1980en el 2040, pero si al contrario los pases hacen casoomiso de los compromisos adquiridos, la capa deozono puede tardar ms de un siglo en recuperarse yel calentamiento global por efecto de estas sustanciasse habr magnificado, produciendo cambios inima-ginables de consecuencias devastadoras en todos loscontinentes.

El 11 de diciembre de 1992 se acord elConvenio para combatir el Cambio ClimticoGlobal y luego en 1997 se acuerda el Protocolo deKyoto que fija un calendario para reducir progresiva-mente las emisiones de gases de efecto invernadero,estableciendo obligaciones diferentes para pasesdesarrollados y en desarrollo. Es importante sealarque en el Protocolo de Kyoto figuran no solo los CFCy HCFC sino tambin los sustitutos HFC, de ah laimportancia de incluir el manejo de estas sustanciasen el curso de capacitacin de las buenas prcticaspara combatir la destruccin de la capa de ozono yel calentamiento global.

2 Legislacin nacional

Constitucin de la Repblica Bolivariana deVenezuela de 1999.

Convenios internacionales sobre la capa deozono y cambio climtico ratificados porVenezuela, mediante leyes aprobatorias quese mencionan en el prrafo anterior.

Ley Penal del Ambiente, Gaceta Oficial N4.358 Extraordinario, del 3 de enero de 1992.

Decreto N 989, del Arancel de Aduanas,Gaceta Oficial N 5.039 Extraordinario, del 6de febrero de 1996.

Ley Orgnica de Aduanas, Gaceta Oficial N5.353 Extraordinario, del 17 de junio de 1999.

Ley sobre "Sustancias, Materiales y DesechosPeligrosos", Gaceta Oficial N 5.554Extraordinario, del 13 de noviembre de 2001.

Decreto N 3.228, relativo a las "Normaspara Regular y Controlar el Consumo, laProduccin, Importacin, Exportacin y elUso de las Sustancias Agotadoras de la Capade Ozono", Gaceta Oficial N 5.735Extraordinario, del 11 de noviembre de 2004.

Constitucin de la Repblica Bolivariana deVenezuela, Artculo 127.

"Es una obligacin fundamental del Estado, con la acti-va participacin de la sociedad, garantizar que lapoblacin se desenvuelva en un ambiente libre de con-taminacin, en donde el aire, el agua, los suelos, las costas,el clima, la capa de ozono, las especies vivas, sean espe-cialmente protegidos de conformidad con la ley."

Ley Penal del Ambiente, Artculo 47."El que viole con motivo de sus actividades

econmicas, las normas nacionales o los convenios,tratados o protocolos internacionales, suscritos por laRepblica, para la proteccin de la capa de ozonodel planeta, ser sancionado con prisin de uno (1) ados (2) aos y multa de mil (1.000) a dos mil (2.000)das de salario mnimo."

Decreto N 3.228: Normas para Regular yControlar el Consumo, la Produccin, Importacin,Exportacin y el Uso de las Sustancias que agotanla Capa de Ozono.

A quin va dirigido el Decreto?

El Decreto va dirigido a:

1) Todos los ciudadanos y ciudadanas que fabri-can, importan, exportan y comercializan lassustancias agotadoras de la capa de ozono.

2) Todos los que fabrican, importan, exportan ycomercializan cualquier equipo o artefacto queutilice o contenga las sustancias sujetas al Decreto.

Anexos del Protocolo de Montreal Tipo de SAO Eliminacin en pases desarrollados Eliminacin en pases en desarrollo(Artculo 5) (Artculo 5)

A-I CFC(5 tipos principales) 1996 2010A-II Halones 1994 2010B-I Otros CFC 1996 2010B-II Tetracloruro de carbono 1996 2010B-III Metilcloroformo 1996 2015C-I CFC 2030 2040C-II HBFC 1996 1996C-III Bromoclorometano 2002 2002

E Bromuro de metilo 2005 2015

Nota aclaratoria: Se consideran pases que operan al amparo del artculo 5 los pases en desarrollo que consumen anualmente menos de 0,3 kg percpita de SAO controladas enumeradas en el Anexo A: es decir CFC11, CFC12, CFC113, CFC114, CFC115 y los Halones.

Calendario de eliminacin mundial de SAO

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3) Todos los que realizan instalaciones, reparacionesy mantenimiento de los equipos y artefactos quecontienen o utilizan las mismas sustancias.

4) Todos los dueos de equipos y artefactos quecontienen las sustancias, que deben velar porsu mantenimiento y operacin correcta.

5) Todos los que se benefician de la cadena deenfriamiento para conservar alimentos, medici-nas, aclimatar espacios, vivienda, vehculos yotros, para lo cual se utilizan equipos o artefac-tos cuyos refrigerantes daan la capa de ozono.

6) Todos los ciudadanos y ciudadanas que resi-den en Venezuela sujetos a la Constitucin y lasleyes de la Repblica y que son susceptibles alos daos como consecuencia de la destruccinde la capa de ozono y del calentamiento global.

Cmo podemos cumplir con las Normasdel Decreto?

El primer paso es conocer su contenido, teniendocomo escenario el dao ambiental que se quieredetener, la disponibilidad de sustitutos, avances tec-nolgicos, el programa de entrenamiento de buenas prac-ticas, el uso racional de las sustancias, y el convencimien-to que si todos nos esforzamos y nos comprometemos enesta cruzada, la capa de ozono puede salvarse.

Qu establece el Decreto?El Decreto establece que hay una serie de sustan-

cias que destruyen, en mayor o menor grado la capa

de ozono y que su uso debe ser eliminado progresi-vamente, segn el calendario establecido en funcindel dao causado y de los avances tecnolgicos quepermiten agilizar el cambio, empleando sustitutosmas favorables al ambiente.

No obstante, como existen una serie de equiposo aparatos de vieja tecnologa que dependen todavade las sustancias controladas, el Decreto prev unaserie de normas y procedimientos para permitir suuso controlado, minimizando el dao ambiental ymonitoreando las empresas que por razones de traba-jo deben manejar estas sustancias.

Cules son las sustancias sujetas al Decreto?Las Sustancias agotadoras de la capa de ozono

aparecen en las Listas A, B, C, D y E del articulo 3del Decreto 3228.

Qu prohbe este Decreto? 1) Prohbe la importacin de 18 sustancias que

agotan la capa de ozono: CFC11, CFC12, Haln1211, Haln 1301, Haln 2402, otros 10 CFCdel grupo I de la Lista B, el Bromoclorometano,el Bromuro de Metilo y las mezclas comercialescon estas sustancias: R500, R501, R502 R503,R505, Oxyfume 12 y Bromuro de Metilo conCloropicrina, entre otras.

2) El Decreto tambin prohbe la fabricacin eimportacin de equipos, artefactos, aparatos o

Listas y Grupos Sustancias Caractersticas y aplicaciones

CFC11, CFC12, CFC113, CFC114, CFC115, Son las ms destructivas de ozono y tambin Haln 1211, Haln 1301 y Haln 2402 las que han sido ms utilizadas. Los CFC se han

utilizado principalmente como refrigerantes, enaerosoles, espumas sintticas y solventes. LosHalones son agentes extintores de fuego. Hoy enda todos tienen sustitutos.

10 CFC, Tetracloruro de Carbono y Son 10 CFC menos utilizados; algunos se han1,1,1 Tricloroetano empleado como refrigerantes o carecen de

aplicaciones; las otras dos sustancias son utilizadas como materia prima para CFC y como solventes.

38 HCFC, 34 HBFC y Bromoclorometano Algunos son sustitutos temporales de los CFC y se les conoce como sustancias de transicin por tener menores potenciales de agotamiento de ozono, pero la mayora carece de aplicacionesal igual que el Bromoclorometano.

Bromometano o Bromuro de Metilo Es un plaguicida muy txico y peligroso que tiene sustitutos para la mayora de sus usos en el pas.

7 mezclas con CFC , 29 mezclas con HCFC y Son mezclas identificadas como productos 2 con Bromuro de Metilo comerciales que se han utilizado mayormente

en refrigeracin, aunque las mezclas de HCFC tienen aplicaciones como sustancias de transicin.

Nota: Pueden aparecer nuevas mezclas patentadas que contengan solo SAO, SAO y no-SAO o solo con No-SAO, las que contengan SAO estnsujetas al Decreto.

Lista A, Grupos I y II

Lista B, Grupos I, II y III

Lista C, Grupos I, II y III

Lista D

CAPTULO II:

NORMATIVAS Y REGULACIONES PARA

PROTEGER LA CAPA DE OZONO

Sustancias que daan la capa de ozono.


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mquinas que empleen o contengan SAO; ascomo tambin las emisiones de SAO con moti-vo de reparaciones, limpieza y mantenimientode equipos de refrigeracin.

Los equipos que utilizan sustancias agotadoras dela capa de ozono abarcan una amplia variedad,resumida en las siguientes categoras:

Equipos, aparatos o mquinas y bombas decalor reversibles para acondicionamiento deaire, bien sea para edificaciones o para vehculos.

Refrigeradores, congeladores, mquinas yaparatos para producir fro, bombas de calor,refrigeradores y congeladores combinados,enfriadores de agua y de botellas, mostradoresy vitrinas refrigeradas, grupos frigorficos,mquinas de hacer hielo, liofilizadores ocriodesecadores, deshumectadores, aparatosde licuar gases, entre otros.

Vehculos terrestres o acuticos de carga o depasajeros que tengan compartimientos conaire acondicionado o refrigerados.

Todos estos equipos y aparatos se fabrican en laactualidad con sustitutos; sin embargo hay aparatos,equipos y mquinas fabricados aos atrs, que fun-cionan con CFC. En el Decreto 3228 se prohbe laimportacin de estos artefactos usados que con-tengan o estn diseados para usar CFC.

3) Queda prohibido el envasado de SAO en cilin-dros a presin que por su diseo, vlvulas ycaractersticas de fabricacin, no pueden serrecargados, por lo tanto son envases dese-

Lnea base para aplicar el Calendario de reduccin. Calendario de reduccin.

2005 2007 2010Lista A (Grupo I) y sus mezclas 50% 85% 100%

Lista B (Grupo II y III) 50% 85% 100%

2015 2035 2040Lista C Grupos I , II y

sus mezclas congelamiento 85% 100%

chables; estos cilindros no pueden emplearsepara importar, vender ni trasvasar CFC, HCFCni sus mezclas.

Qu otras disposiciones contiene el Decreto?Las empresas distribuidoras y vendedoras, as

como las empresas del sector servicio que instalan,reparan o hacen mantenimiento de sistemas y equiposde refrigeracin y aire acondicionado, que empleanlas sustancias controladas, tienen que utilizar cilin-dros recargables, deben disponer de equipos derecuperacin y deteccin de fugas, para evitar lasemisiones a la atmsfera y contar con un personalentrenado en el manejo de estos equipos.

Estas disposiciones deben cumplirse para lainscripcin obligatoria, a partir de los seis meses de lafecha de publicacin de este Decreto, en el Registrode Actividades Susceptibles de Degradar elAmbiente (RASDA), a cargo del Ministerio delAmbiente y Los Recursos Naturales [MARN].Adicionalmente se mantiene el Registro de produc-tores, exportadores e importadores de SAO, comple-mentando las condiciones para continuar en el mismoy la obligacin de solicitar el permiso semestral paraproducir, importar y exportar las sustancias, previocumplimiento de las condiciones para dicha solicitud.

Las empresas que importen sustancias prohibidasbajo otra denominacin o mediante cualquier otroprocedimiento fraudulento sern sancionadas porcontrabando, de conformidad con la Ley Orgnica deAduanas. Igualmente estarn cometiendo un ilcitoaduanero quienes no presenten el permiso delMinisterio del Ambiente o incumplan con las normasde envasado. Quienes adquieran mercancas ingre-sadas mediante procedimientos ilcitos, tambin sernsancionados tras el decomiso de la mercanca.

Las infracciones al Decreto o su incumplimientosern sancionadas de conformidad con lo establecidoen las normas ambientales y de Aduanas.

Sustancia Lmite en Kg.Produccin Importacin Consumo

1.114.772 0 320.0003.672.122 0 2.667.253

0 20.000 20.0000 1.000 1.0000 500 5000 0 00 0 0

0 5.228.149 5.228.1490 10.000 10.0000 0 00 0 00 0 0

Lista A, Grupo I:CFC11CFC12CFC113CFC114, R506CFC115, R502, R504Lista A, Grupo II (todo)Lista B, Grupo I (todo)Lista B, Grupo II:Tetracloruro de Carbono1,1,1TricloroetanoLista C, Grupo IIILista D y mezclasLista E: R500, R501, R503 y R505

Atencin! Las sustancias que no daan la capa de ozono como el HFC134a, HFC23, HFC125, entre otras y algu-

nas mezclas como R507, R508, R407 y R410, no estn sujetas al Decreto 3228, pero son sustancias que pro-ducen calentamiento global, por lo tanto son tambin sustancias peligrosas. Estas sustancias, como no estncontroladas, se pueden importar en envases desechables; sin embargo al ser envases desechables no puedenser recargados; los tcnicos que compren estos productos en envases no recargables no deben intentar recar-gar el envase ni reusarlo, sino que deben destruirlos por tratarse de envases de sustancias peligrosas.

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1 Consideraciones generales

La refrigeracin es una tcnica que se ha desarro-llado con el transcurso del tiempo y el avance de lacivilizacin; al igual que la mayora de las ciencias ytcnicas, ha sido el resultado de las necesidades quela misma sociedad va creando a medida que avanzanlos inventos en diferentes campos.

La refrigeracin contribuye a elevar el nivel devida de los pueblos de todos los pases. Los avanceslogrados en refrigeracin en los ltimos aos son elresultado del trabajo conjunto de tcnicos, artesanos,ingenieros, hombres de ciencia y otros que hanunido sus habilidades y conocimientos.

La base sobre la que se fabrican nuevas sustanciasy materiales la suministra la ciencia. Estosconocimientos son aplicados al campo de la refri-geracin por aquellos que disean, fabrican instalany mantienen equipos de refrigeracin.

Las aplicaciones de la refrigeracin son muynumerosas, siendo unas de las ms comunes la conser-vacin de alimentos, acondicionamiento ambiental(tanto de temperatura como de humedad), enfriamien-to de equipos y ltimamente en los desarrollos tec-nolgicos de avanzada en el rea de los ordenadores.

2 Breve resea histrica

La historia de la refrigeracin es tan antigua como lacivilizacin misma. Se pueden distinguir dos perodos:

1. Refrigeracin natural. Relacionada totalmentecon el uso del hielo.

2. Refrigeracin artificial. Mediante el uso demquinas.

Los perodos ms sobresalientes de la evolucinde la refrigeracin son:

Refrigeracin naturalHacia el ao 1.000 AC, los chinos aprendieron

que el uso del hielo mejoraba el sabor de las bebidas.Cortaron hielo en invierno y lo empacaban con pajay aserrn y lo vendan durante el verano.

Por la misma poca, los egipcios utilizaron reci-pientes porosos colocndolos sobre los techos paraenfriar el agua, valindose del proceso de enfria-miento que generaba la brisa nocturna.

Durante el imperio Romano, estos hacan bajarnieve y hielo de las montaas por cientos de kilme-tros, colocndolos en pozos revestidos de paja yramas y los cubran con madera.

Durante la edad media los pueblos aprendieron aenfriar las bebidas y alimentos, observando quedurante el invierno los alimentos se conservabanmejor.

En 1626, Francis Bacon trat de preservar unpollo llenndolo con nieve.

En 1683, Antn Van Leeuwenhoek invent unmicroscopio y descubri que un cristal de agua clarocontena millones de organismos vivos (microbios).

Refrigeracin artificialEn 1834, Jacob Perkins solicit una de las

primeras patentes para uso de una mquina prcticade fabricacin de hielo.

En 1880, Carl Linde inici el progreso rpido deconstruccin de maquinaria de refrigeracin en basea la evaporacin del amoniaco.

Tambin en 1880 Michael Faraday descubre lasleyes de la induccin magntica que fueron la baseen el desarrollo del motor elctrico.

En 1930, qumicos de Dupont desarrollaron losrefrigerantes halogenados.

Desde entonces se crey haber encontrado en losrefrigerantes halogenados la panacea en la refri-geracin; por su seguridad, no toxicidad, no inflama-bilidad, bajo costo y fcil manejo, entre otras ventajas.

No fue sino hasta los aos 80 cuando los cientfi-cos advirtieron sobre los efectos dainos de algunosproductos qumicos sobre la capa de ozono en laAntrtida, preocupacin que condujo a la investi-gacin y seleccin de las sustancias potencialmenteactivas que podran estarlos generando. Desdeentonces, los refrigerantes halogenados principal-mente (aunque no son los nicos), quedaron seala-dos como los causantes de tales efectos.

Actualmente se investiga un sinnmero de proce-sos de refrigeracin tanto en el campo mecnicocomo en el elctrico, magntico y otros, segn lasaplicaciones y exigencias de temperaturas a procesar.

3 Refrigeracin mecnica

Definimos la refrigeracin mecnica como aque-lla que incluye componentes fabricados por el hom-bre y que forman parte de un sistema, o bien cerra-do (cclico), o abierto, los cuales operan en arreglo aciertas leyes fsicas que gobiernan el proceso derefrigeracin.

As, disponemos de sistemas cerrados de refri-geracin mediante el uso de refrigerantes halogenados

CAPTULO III REFRIGERACIN

CAPTULO III: REFRIGERACION


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como los CFC, HCFC, HFC y otros (sistemas deabsorcin de amonaco, de bromuro de litio, entrelos ms usuales); mquinas de aire en sistemas abier-tos o cerrados (muy ineficientes); equipos de en-friamiento de baja capacidad (hasta 1 ton de refrig.)que usan el efecto Peltier o efecto termoelctrico;otros sistemas refrigerantes a base de propano obutano y para refrigeracin de muy baja temperaturase utiliza CO2.

La criogenia en s constituye un rea altamenteespecializada de la refrigeracin para lograr tempe-raturas muy bajas hasta cerca del cero absoluto(-273C), cuando se trata de licuar gases como helio,hidrgeno, oxgeno, o en procesos de alta tecnologay energa atmica.

La refrigeracin mecnica se usa actualmente enacondicionamiento de aire para el confort as comocongelacin, almacenamiento, proceso, transporte yexhibicin de productos perecederos. Ampliandoestos conceptos, se puede decir que sin la refri-geracin sera imposible lograr el cumplimiento de lamayora de los proyectos que han hecho posible elavance de la tecnologa, desde la construccin de untnel, el enfriamiento de mquinas, el desarrollo delos plsticos, tratamiento de metales, pistas de pati-naje, congelamiento de pescados en altamar, hasta lainvestigacin nuclear y de partculas, aplicaciones enel campo de la salud y otros.

Clasificacin segn la aplicacin:

1. Refrigeracin domstica.

2. Refrigeracin comercial.

3. Refrigeracin industrial.

4. Refrigeracin marina y de transporte.

5. Acondicionamiento de aire de confort.

6. Aire acondicionado automotriz

7. Acondicionamiento de aire industrial.

8. Criogenia.

4 Objetivo de la refrigeracin mecnica

El objetivo de la refrigeracin mecnica es enfriarun objeto o ambiente por medio de los dispositivosdesarrollados por el ser humano para este fin.

Para lograr este propsito partimos deconocimientos de la fsica de los materiales y en par-ticular, los gases, segn los cuales, el calor, comoforma de energa, siempre tiende a fluir hacia un con-torno ms fro. Este proceso fsico se efecta a mayoro menor velocidad segn las caractersticas deresistencia que oponga el material por el cual el calorcircula, si es un slido; o segn la velocidad, forma,

posicin, densidad y otras propiedades, si se trata deun fluido como el aire o el agua.

Por consiguiente, se ha hecho necesario definiruna serie de fenmenos que involucran el proceso deenfriamiento y tambin crear herramientas quefaciliten tanto el uso de esas definiciones como lacomprensin directa a partir de las caractersticas decada fenmeno representado. Tal es el caso de losdiagramas, grficos y ecuaciones, por citar algunos.

5 Definiciones

Debemos saber que la tcnica de la refrigeracinest ntimamente ligada con la termodinmica; esdecir relacionada con la transferencia de calor. Conel fin de entender bien la accin de los refrigerantesdentro de un sistema es necesario conocer las leyesque gobiernan el proceso.

Temperatura: La temperatura de un cuerpo es suestado relativo de calor o fro. Cuando tocamos uncuerpo, nuestro sentido del tacto nos permite haceruna estimacin aproximada de su temperatura, demodo anlogo a como la sensacin de esfuerzo mus-cular nos permite apreciar aproximadamente el valorde una fuerza. Para la medida de la temperaturadebemos hacer uso de una propiedad fsica medibleque vare con aquella, lo mismo que para la medidade una fuerza empleamos alguna propiedad de uncuerpo que vara con la fuerza, tal como un resorteen espiral. El instrumento utilizado para la medicinde temperatura se denomina termmetro, en el cualse emplean diversas propiedades de materiales quevaran con la temperatura, tales como: la longitud deuna barra, el volumen de un lquido, la resistenciaelctrica de un alambre o el color del filamento deuna lmpara, entre otros.

Escalas termomtricas: Se ha definido dosescalas de temperatura, una en el SistemaInternacional [SI], cuya unidad es el grado centgra-do [C] y la otra en el sistema ingls, en el cual launidad es el grado Fahrenheit [F].

Ambas se basan en la seleccin de dos tempera-turas de referencia, llamados puntos fijos: el puntode fusin del hielo [mezcla de agua saturada de airey hielo] y el punto de ebullicin del agua, ambos ala presin de una atmsfera.

En la escala del SI [centgrada] el punto defusin del hielo corresponde al cero de la escala yel punto de ebullicin del agua a la divisin 100.En la escala del sistema ingls [Fahrenheit], estospuntos caractersticos corresponden a las divisiones32 y 212 respectivamente.

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En la escala centgrada cada divisin es 1/100parte del rango definido y se le denomina grado cen-tgrado. En la escala Fahrenheit se obtiene dividien-do la longitud de la columna entre los puntos fijos en180 divisiones. Ambas escalas pueden prolongarsepor fuera de los puntos de referencia. No existe unlmite conocido para la mxima temperatura alcan-zable, pero si lo hay para la temperatura mnima.Este valor se denomina cero absoluto y correspondea - 273,2C.

Existe una tercera escala cuyo punto cero coin-cide con el cero absoluto y tiene sus equivalencias enla escala centgrada y Fahrenheit. Estas escalas sedenominan absolutas. La escala centgrada absolutase denomina tambin Kelvin y la escala Fahrenheitabsoluta se denomina Rankine. Las temperaturas dela escala Kelvin exceden en 273 las correspon-dientes de la escala centgrada y la escala Rankineen 460 a las de la escala Fahrenheit. Por lo tantolos puntos de fusin del hielo y de evaporacin en lasescalas equivalentes absolutas sern:

Expresado en frmulas:

TK [Kelvin] = 273 + tCTR [Rankine] = 460 + tF

En virtud de que las escalas, centgrada yFahrenheit se dividen en 100 y 180 divisiones respec-tivamente, el intervalo de temperatura correspon-diente a un grado centgrado es 180/100 o sea 9/5del intervalo de temperatura correspondiente a ungrado Fahrenheit.

El punto cero de la escala Fahrenheit est eviden-temente 32F por debajo del punto de fusin delhielo. Se consideran negativas las temperaturas pordebajo del cero de cada escala.

Para convertir una temperatura expresada en unaescala en su valor correspondiente en la otra escala,recurrimos al siguiente razonamiento, a partir de unejemplo: una temperatura de 15C es un valor situa-do 15 unidades en esa escala por encima del puntode fusin del hielo. Puesto que ya vimos que unadivisin en la escala centgrada equivale a 9/5 dedivisin en la escala Fahrenheit, un intervalo de 15Ccorresponde a un intervalo de 15 x 9/5 = 27F y porconsiguiente esta temperatura se encuentra un inter-valo de 27F por encima del punto de fusin del hielo.

Como la temperatura de fusin del hielo en la escalaFahrenheit est 32F por encima del cero de estaescala, debemos sumarle esto al resultado anteriorpara encontrar su equivalencia: 27 + 32 = 59F.

Expresado esto como una frmula:

tF = 9/5 tC + 32

y su inversa:

tC = 5/9 (tF - 32)

Frmulas stas muy fciles de memorizar y degran utilidad cuando no se dispone de una tabla deconversin y se necesita hacer la conversin en elcampo.

Energa: Un cuerpo posee energa cuando escapaz de hacer trabajo mecnico mientras realiza uncambio de estado. La unidad de energa trmica es eljoule [J], la kilocalora [kcal], y British Thermal Unit[Btu]; para la energa elctrica es el kilovatio hora[Kwh].

Energa cintica: es la energa que posee uncuerpo debido a su movimiento.

Energa potencial: es la energa debida a suposicin o configuracin.

Energa interna: podemos elevar la temperatu-ra de un cuerpo, bien ponindolo en contactocon otro segundo cuerpo de temperatura mselevada, o realizando trabajo mecnico sobrel; por ejemplo, el aire comprimido por unabomba de bicicleta se calienta cuando empu-jamos el pistn hacia abajo, aunque tambinpodra calentarse colocndolo en un horno. Sianalizramos una muestra de este airecaliente, sera imposible deducir si fue calen-tado por compresin o por flujo calorficoprocedente de un cuerpo ms caliente. Estopromueve la cuestin de si est justificadohablar del calor de un cuerpo, puesto que elestado presente del cuerpo puede habersealcanzado suministrndole calor o haciendotrabajo sobre l. El trmino adecuado paradefinir este estado es el de energa interna. Laenerga interna de un gas a baja presin puedeidentificarse con la suma de las energascinticas de sus molculas. Tenemos eviden-cias exactas de que las energas de lasmolculas y sus velocidades, sea el cuerposlido, lquido o gaseoso, aumentan al aumen-tar la temperatura.

Escala absoluta Temperatura de fusin Temperatura dedel hielo ebullicin del agua

Kelvin 273K 373KRankine 492R 672R



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Equivalente mecnico del calor: La energa enforma mecnica se mide en ergios, julios, kilo-grmetros, o libras-pie; la energa en forma trmicase mide en calora, kilocalora o Btu.

Se define la kilocalora como 1/860 Kw-h, luego,por definicin:

1 cal = 4,18605 julios1 kilocalora = 4186,05 julio = 427,1 kgm1 Btu = 778.26 libras-pieTrabajo: se lo representa por la letra [W], es el

resultado de aplicar una fuerza sobre un objeto yobtener movimiento en el sentido de la fuerza aplicada.

Calor: se lo representa generalmente por la letra[Q]. Es una forma en que se manifiesta la energa. Elcalor, como la energa mecnica, es una cosa intan-gible, y una unidad de calor no es algo que puedaconservarse en un laboratorio de medidas. La canti-dad de calor que interviene en un proceso se midepor algn cambio que acompaa a este proceso, yuna unidad de calor se define como el calor nece-sario para producir alguna transformacin tipo con-venida. Citaremos tres de estas unidades: la calora-kilogramo, la calora-gramo y la unidad trmicabritnica [Btu].

Una calora-kilogramo o kilocalora es la can-tidad de calor que ha de suministrarse a unkilogramo de agua para elevar su temperaturaen un grado centgrado

Una calora-gramo es la cantidad de calor queha de suministrarse a un gramo de agua paraelevar su temperatura en un grado centgrado.

Un Btu es la cantidad de calor que ha de sum-inistrarse a una libra de agua para elevar sutemperatura en un grado Fahrenheit.

Evidentemente, 1 calora-kilogramo = 1000caloras-gramo

Puesto que 1 libra = 0,454 kilogramos y 1F =5/9C, la Btu puede definirse como la cantidad decalor que ha de suministrarse a 0,454 kg de aguapara elevar su temperatura en 5/9C, y equivale a:

1 Btu = 0,454 kilogramos X 5/9C = 0,252 kcal.

Por consiguiente,

1 Btu = 0,252 kcal = 252 cal

Relacin cuyo valor es muy til recordar para cl-culos en el campo.

Las unidades de calor definidas varan levementecon la temperatura inicial del agua. Se conviene ge-neralmente utilizar el intervalo de temperatura entre14,5C y 15,5C en el sistema internacional SI y entre63F y 64F en el sistema ingls de medidas. Para la

mayor parte de los fines la diferencia es lo bastantepequea para que pueda considerarse despreciable.

Es esencial aclarar la diferencia entre cantidad decalor y temperatura. Estas expresiones suelen con-fundirse en la vida ordinaria. Para ello, un ejemplo:

Supuestos dos recipientes idnticos, montadossobre mecheros de gas idnticos, uno de ellos conuna pequea y el otro con una gran cantidad deagua, ambos a la misma temperatura inicial, digamos20C; si los calentamos durante el mismo tiempocomprobaremos mediante termmetros, que la tem-peratura de la pequea cantidad de agua se habr ele-vado ms que la de la gran cantidad. En este ejemplose ha suministrado la misma cantidad de calor a cadarecipiente de agua obtenindose un incremento detemperatura distinto. Continuando el experimento, sinos proponemos alcanzar una misma temperaturafinal, digamos 90C, es evidente que la alcanzaremosms rpidamente en el recipiente con menor cantidadde agua, o lo que es igual, habremos necesitadomenor cantidad de calor en este caso; o sea para unmismo rango de temperatura, las cantidades de calornecesarias han sido significativamente distintas.

En trminos termodinmicos se interpreta que elcalor es la forma de energa que pasa de un cuerpo aotro en virtud de una diferencia de temperatura entreellos.

TermodinmicaLa termodinmica estudia cuestiones eminente-

mente prcticas. Considera un sistema perfectamentedefinido (el gas contenido en un cilindro, una canti-dad de determinada sustancia, por ejemplo vapor deun gas refrigerante que se expande al pasar por unorificio, etc.), el cual es obligado a actuar directa-mente sobre el medio exterior y realizar, mediante lageneracin de fuerzas que producen movimientos,una accin til. No toma en consideracin los pro-cesos internos de la materia que no afectan al mediocircundante y que no tienen utilidad prctica o sermedidos, por ejemplo la accin intermolecular oentre los electrones interactuando entre s que solooriginan trabajo interno.

Primer principio de la termodinmicaTrabajo y calor en ciclo cerrado: si consideramos

dos estados posibles [U1] y [U2] de energa interna deuna sustancia (un gas refrigerante), definidos por: unapresin, una temperatura y un volumen, p1, t1, v1 yp2, t2, v2; confinada en un sistema cerrado, com-puesto de dos serpentines [A] y [B], separados por uncompresor y un orificio de restriccin del flujo,conectados a ambos de manera que la sustancia pasedel serpentn [A] al [B] por el compresor y del [B] al

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[A] por el orificio, cerrando un circuito; para quehaya un cambio desde uno de estos estados, [U1] alotro, [U2] hay que realizar un trabajo [W] sobre l,para lo cual empleamos el compresor, enviando lasustancia hacia el serpentn [B], donde adopta lacondicin de estado definida por p2, t2, v2. Poste-riormente se lo devuelve al estado inicial [U1], per-mitindole perder presin hasta el valor inicialhacindole pasar por el orificio desde el serpentn [B]al serpentn [A], donde alcanza el estado definidopor p1, t1, v1. La expansin del gas produce un efec-to refrigerante que necesita absorber calor [Q].

En el proceso descrito vemos que hemos pasadode una condicin de estado a otra mediante el aportede trabajo mecnico [W] y hemos vuelto a la condi-cin de estado primitiva, no por va de trabajomecnico, sino por absorcin de calor [Q].

Se puede hacer la siguiente afirmacin, expresa-da en forma matemtica:

U2 - U1 = Q - WDespejando [Q]:

Q = U2 - U1 + WConocida como la expresin del primer principio

de la termodinmica: "La variacin de la energainterna de una sustancia no depende de la maneraen que se efecte el cambio [la trayectoria del tra-bajo] por el cual se haya logrado esa variacin".

Es el principio fundamental en que se basa larefrigeracin y en la prctica significa que es imposi-ble crear o destruir energa, tambin enunciadocomo: "nada se pierde, nada se gana, todo setransforma".

Segundo principio de la termodinmicaEl segundo principio de la termodinmica

establece que "es imposible construir un motor omquina trmica tal que, funcionando peridica-mente, no produzca otro efecto que el de tomarcalor de un foco calorfico y convertir ntegramenteeste calor en trabajo".

Aplicado a mquinas frigorficas, las cualespueden ser consideradas como motores trmicos fun-cionando en sentido inverso, podemos establecer unenunciado aplicable a estas: "es imposible construiruna mquina frigorfica que, funcionando peridica-mente (segn un ciclo), no produzca otro efectoque transmitir calor de un cuerpo fro a otro caliente."

Una mquina frigorfica toma calor [Q1] a bajatemperatura, el compresor suministra trabajo mecni-co [W] y la suma de ambos se expulsa al exterior enforma de calor [Q2] a temperatura ms alta.

Del primer principio, esto se expresa:

Q2 = Q1 + W

Esto significa que el serpentn que se emplea paraenfriar el gas (el condensador) debe manejar (entre-gar al medio externo de intercambio (aire o agua) lasuma del trabajo realizado por el compresor, ademsdel calor extrado de la mquina frigorfica.

La bsqueda de la eficiencia es una meta princi-pal en refrigeracin y para medirla definimos larelacin entre trabajo consumido [W] y calor extra-do [Q1], como:

Q1/WY como W = Q2 - Q1, la expresin para la efi-

ciencia trmica queda:

Q1Eficiencia =

Q2 - Q1

El coeficiente de desempeo se usa para definirla eficiencia de un compresor. Se lo expresa como larelacin entre la cantidad de calor que el compresorpuede absorber, bajo condiciones de funcionamientonormalizadas, y la potencia elctrica suministrada aeste para tal fin. Las unidades empleadas son:[Btu/Wh] o Kcah/kwh].

A mayor capacidad de un compresor, aumentaeste valor por cuanto los componentes intrnsecosque consumen energa, tales como friccin, prdidasde carga, etc. son proporcionalmente menores, as,en pequeos compresores empleados en refri-geracin domstica este valor es del orden de 4 ~ 5Btu/Wh, en tanto que en compresores de ma-yores capacidades, estos valores son tpicamente de10 ~12 Btu/Wh.

Calor especfico: es numricamente igual a lacantidad de calor que hay que suministrar a la unidadde masa de una sustancia para incrementar su tem-peratura en un grado. Las sustancias difieren entre sen la cantidad de calor necesaria para producir unaelevacin determinada de temperatura sobre unamasa dada. Si suministramos a un cuerpo una canti-dad de calor, que llamaremos Q, que le produce unaelevacin t de su temperatura, llamamos capaci-dad calorfica de ese cuerpo a la relacin Q/ t y seexpresa ordinariamente en caloras por grado cent-grado [cal/C] o en British Thermal Units por gradoFahrenheit [Btu/F]. Para obtener una cifra quecaracterice a la sustancia de que est hecho un cuer-po, se define la capacidad calorfica especfica, o abre-viadamente calor especfico, a la capacidad calorfi-ca por unidad de masa de esa sustancia y lo deno-minamos c =capacidad calorfica/masa = Q/ t/m =Q/ t.m

El calor especfico de una sustancia puede con-siderarse constante a temperaturas ordinarias y en



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intervalos no demasiado grandes. A temperaturasmuy bajas, prximas al cero absoluto, todos loscalores especficos disminuyen, y para ciertas sustan-cias se aproximan a cero.

Calor latente de vaporizacin: es el calor enBTU [KCAL] requerido para llevar 1 libra [1 kilo-gramo] de un fluido, de estado lquido a gaseoso enestado de saturacin a presin constante. Este valordesciende inversamente con el cambio de presin. Latemperatura se mantiene constante durante todo elproceso de cambio.

Calor latente de fusin: es el calor necesario enBTU [KCAL] necesario para cambiar 1 libra [1kilo-gramo] de una sustancia de estado slido a lquido.La temperatura se mantiene constante durante elproceso.

Energa trmica - Formas de transmisin La energa trmica se puede transmitir como

calor de tres maneras:

Radiacin: es la transmisin de energa cinticainterna en forma de emisin de ondas electromag-nticas de un cuerpo a otro (no necesita medio sli-do ni fluido).

Conduccin: se efecta en slidos y se entiendecomo la transferencia de energa cintica comovibracin molecular.

Conveccin: es la transferencia de energa trmi-ca por el movimiento de masa.

Se han enunciado solamente algunos de los prin-cipios termodinmicos que los tcnicos de refri-geracin deben reconocer y aplicar en sus activi-dades cotidianas; pero es necesario profundizar en suconocimiento y en el de todos los fenmenos fsicosque se producen en un sistema de refrigeracin. Serecomienda que los tcnicos adquieran estosconocimientos en cursos especializados.

6 Propiedades de los gasesPara comprender bien un sistema de refrigeracin

es necesario conocer las propiedades fundamentalesde los gases refrigerantes empleados.

Las propiedades de presin, temperatura y volu-men se dan por conocidos. Otras propiedades ter-modinmicas definidas son:

Energa interna: est identificada como U y seexpresa como BTU/libra, o Kcal/kg. Es pro-ducida por el movimiento y configuracin delas molculas, los tomos y las partculas suba-tmicas. La parte de energa producida por elmovimiento de las molculas es llamada energasensible interna y se mide con el termmetro yla energa producida por la configuracin de

los tomos en las molculas es denominadocalor latente y no se puede medir con ter-mmetro.

Entalpa: est identificada como una h y seexpresa en BTU/libra, o Kcal/kg. Es el resulta-do de la suma de la energa interna U y elcalor equivalente al trabajo hecho sobre el sis-tema en caso de haber flujo. En estado esta-cionario es igual al calor total contenido o Q.

Entropa: est identificada como S y se expre-sa en BTU/F*libra o Kcal/C*kg. El cambio deentropa es igual al cambio de contenido decalor dividido por la temperatura absoluta Tk.

7 Cambio de estado de los gases

Los cambios termodinmicos de un estado a otrotienen lugar de varias maneras, que se denominanprocesos:

Adiabtico: es aquel en el cual no hay entra-da ni salida de calor. El proceso de expansinde un gas comprimido se entiende como adia-btico porque se efecta muy rpido.

Isotrmico: el cambio se efecta a temperatu-ra constante durante todo el proceso.

Isoentrpico: el cambio se efecta a entropaconstante.

Politrpico: el cambio se efecta segn unaecuacin exponencial.

8 Grfico de MollierTodos los gases refrigerantes tienen tabuladas sus

propiedades en funcin de la temperatura, presin yvolumen. Adems se han diseado herramientas deayuda para facilitar el entendimiento y clculo delcomportamiento de ellos durante los cambios deestado o en cualquier condicin que se encuentren.

Para ello es necesario conocer la Presin o latemperatura si el gas est en cambio de fase, o conocerpresin y temperatura si es un gas sobrecalentado.

El grfico de Mollier es una ayuda de gran valortanto para calcular como para visualizar un procesoy o analizar un problema en cualquier equipo que seest diagnosticando.

Aqu es importante destacar que de la compara-cin entre grficos de distintos gases, permite apre-ciar las diferencias de presiones y temperaturas deoperacin que se lograrn en un mismo sistema si seefecta una sustitucin de refrigerante y las conse-cuencias en cuanto a seguridad, prdida o gananciade eficiencia y logro de la temperatura de trabajodeseada.

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8.1 Anlisis del grfico

El grfico tiene en su ordenada la presin abso-luta [en psia o en Kg/cm2 absolutos] a escala logart-mica y en la coordenada o abcisa, la entalpa enBTU/lbm o en Kcal/kgm a escala lineal.

Ahora bien, en este grfico encontramos treszonas bien definidas:

Zona de lquido. Zona de vapor (o cambio de estado de lqui-

do a gas en la ebullicin).

Zona de gas.La lnea izquierda de la curva indica el inicio de

la evaporacin y se denomina lnea de lquido saturado.En este punto se inicia la evaporacin del lquido (ennuestro caso del refrigerante) y vara segn la presiny la temperatura.

La zona de vapor indica el paso de lquido a gasy ocurre a presin y temperatura constante, hasta quetodo el fluido se haya evaporado. Por consiguiente,durante este proceso vemos que la cantidad de lqui-do va disminuyendo mientras que el vapor va aumen-tando, cambiando solamente la entalpa.

La lnea derecha de la curva indica el fin de laevaporacin, se denomina lnea de vapor saturado yen este punto se inicia el proceso denominado derecalentamiento y por lo tanto todo el gas es sobre-calentado. Despus de esa lnea todo el fluido orefrigerante poseer otras condiciones que dependende la temperatura y la presin.

El punto de unin de las lneas de lquido saturadoy de vapor saturado se denomina punto crtico y enl, tanto la temperatura como la presin se denominantemperatura crtica y presin crtica respectiva-mente. En este punto el refrigerante puede estarcomo lquido o como vapor y no tiene un valor

Grfico de Mollier.



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determinado de calor latente de vaporizacin. Porencima de este punto el gas no pasa a fase liquida apesar de la presin.

El proceso de evaporacin bajo las condicionesde presin o temperatura predeterminada, es progre-sivo y un punto cualquiera de l identifica por-centualmente la cantidad de lquido convertido envapor y se define como calidad del vapor y en el gr-fico podemos leer la entalpa [h] que le corresponde,o sea la entalpa que el refrigerante tiene en esepunto. Esas lneas estn dibujadas en la zona deevaporacin de arriba hacia abajo y naturalmenteestn contenidas entre 0 (totalmente lquido) y 1(totalmente vapor). La suma de puntos de calidad 1corresponde a la lnea de vapor saturado

Por fuera de la curva de vapor, las lneas de tem-peratura constante estn dibujadas casi verticalmentehacia arriba en la zona de lquido y casi vertical-mente hacia abajo en la zona de gas sobrecalentado.

Las lneas de entropa [s] constante estn dibu-jadas en la zona de gas sobrecalentado. En el caso deun ciclo de refrigeracin, representan el proceso decompresin del refrigerante, el cual sucede isoen-trpicamente.

Las lneas de volumen especfico constante delgas refrigerante estn indicadas en metros cbicospor kilogramo del material [m3/kg] y estn dibujadasen la zona de gas sobrecalentado. Esta informacinnos permite conocer las caractersticas del gas en unpunto y en particular, en el ciclo de refrigeracin,para conocer el volumen o la masa manejados por elcompresor.

La breve descripcin del grfico de Mollier[Figura IV-a] antes hecha se puede entender mejorcon ejercicios de aplicacin en cada caso particular,o con ejemplos, como veremos a continuacin.

8.2 Ciclo mecnico de refrigeracin

En el grfico siguiente se superponen un esquemade un sistema de refrigeracin y un grfico de Mollierpara destacar la correlacin que existe entre amboscuando se identifican los procesos que se llevan acabo en cada uno de los cuatro componentes princi-pales de un sistema de refrigeracin con los puntoscaractersticos que identifican cada uno de los pasosen el diagrama de Mollier.

Diagrama de un ciclo bsico de refrigeracin.

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Debemos recordar que el objeto de un procesode refrigeracin es extraer calor de los materiales:alimentos, bebidas, gases y de cualquier otro materialque deseemos enfriar, valindonos de los principiosde la fsica como del conocimiento del ingenio humanosobre el comportamiento de los fluidos y materialesdesarrollados durante el avance de la tecnologa.

Como su nombre, ciclo, lo indica, se trata de unproceso cerrado en el cual no hay prdida de materiay todas las condiciones se repiten indefinidamente.

Dentro del ciclo de refrigeracin y basado en lapresin de operacin se puede dividir el sistema endos partes:

Lado de alta presin: parte del sistema queesta bajo la presin del condensador.

Lado de baja presin: parte del sistema queesta bajo la presin del evaporador.

El proceso bsico del ciclo consta de cuatroelementos.

8.2.1 Lado de alta presin

Compresor: (1-2) comprime el refrigerante enforma de gas sobrecalentado. Este es un proceso aentropa constante y lleva el gas sobrecalentado de lapresin de succin (ligeramente por debajo de la pre-sin de evaporacin) a la presin de condensacin,en condiciones de gas sobrecalentado.

Condensador: (3-4) extrae el calor del refriger-ante por medios naturales o artificiales (forzado). Elrefrigerante es recibido por el condensador en formade gas y es enfriado al pasar por los tubos hasta con-vertir toda la masa refrigerante en lquido; su diseodebe garantizar el cumplimiento de este proce-so, de lo contrario se presentarn problemas defuncionamiento.

Para condensadores enfriados por aire, puededecirse que la temperatura del refrigerante en uncondensador debe estar 15K por encima de la tem-peratura promedio del aire alrededor de este (tem-peratura del condensador = temperatura ambiente+ 15C).

Dispositivo de expansin: (5-6) es el elementoque estrangula el flujo del lquido refrigerante paraproducir una cada sbita de presin obligando allquido a entrar en evaporacin. Puede ser una vlvu-la de expansin o un tubo de dimetro muy pequeoen relacin a su longitud [capilar].

8.2.2 Lado de baja presin

Evaporador: (6-7) suministra calor al vapor delrefrigerante que se encuentra en condiciones de cambio

de estado de lquido a gas, extrayendo dicho calor de losproductos o del medio que se desea refrigerar.

El evaporador debe ser calculado para quegarantice la evaporacin total del refrigerante y pro-ducir un ligero sobrecalentamiento del gas antes desalir de l, evitando el peligroso efecto de entrada delquido al compresor, que puede observarse comopresencia de escarcha en la succin, lo cual prcti-camente representa una condicin que tarde o tem-prano provocar su falla.

Cumpliendo el ciclo, el sistema se cierra nueva-mente al succionar el refrigerante el compresor encondiciones de gas sobrecalentado.

8.2.3 Otros dispositivos

Adicionalmente, usualmente se insertan a amboslados de presin (alta/Baja) en el sistema, con finesde seguridad y de control, varios dispositivos comoson:

Filtro secador: su propsito es retener lahumedad residual contenida en el refrigerante y almismo tiempo filtrar las partculas slidas tanto demetales como cualquier otro material que circule enel sistema. Normalmente se coloca despus del con-densador y antes de la entrada del sistema de expan-sin del lquido. La seleccin del tamao adecuadoes importante para que retenga toda la humedadremanente, despus de una buena limpieza yevacuacin del sistema.

Visor de lquido: su propsito es el de supervisarel estado del refrigerante (lquido) antes de entrar aldispositivo de expansin. Al mismo tiempo permitever el grado de sequedad del refrigerante.

Separador de aceite: como su nombre lo indica,retiene el exceso de aceite que es bombeado por elcompresor con el gas como consecuencia de su mis-cibilidad y desde all lo retorna al compresor direc-tamente, sin que circule por el resto del circuito derefrigeracin. Solo se lo emplea en sistemas deciertas dimensiones.

Existen otros dispositivos que han sido desarrolladospara mejorar la eficiencia del ciclo de refrigeracin,tanto en la capacidad de enfriamiento (subenfriamiento),como en el funcionamiento (control de ecualizacin);o para proteger el compresor como es el caso de lospresostatos de alta y baja que bloquean el arranquedel compresor bajo condiciones de presiones enexceso o en defecto del rango permitido de operacinsegura, e impiden que el compresor trabaje en sobrecar-ga o en vaco y los filtros de limpieza colocados en lalnea de succin del compresor en aquellos casos enque se sospeche que el sistema pueda tener vestigiosno detectados de contaminantes.



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8.3 Relacin entre el ciclo de refrigeracin mecnica y el grficode Mollier

Es importante recordar que el grfico de Mollierindica en el eje horizontal (o abcisa) la variacin de laentalpa y en el eje vertical (u ordenada), la variacinde la presin absoluta. En el ciclo de refrigeracinilustrado se ha presentado al mismo tiempo el cicloterico y el ciclo real. All, al analizar con atencinpodemos observar y visualizar todos los pasos queocurren dentro del sistema de refrigeracin, as:

Arrancamos el proceso desde el punto 1 represen-tado en la figura. Involucra el proceso [1-2] corres-pondiente al trabajo introducido por el compresorque lleva el gas del punto 1 al 2 transcurriendo aentropa constante. El refrigerante sale en forma degas sobrecalentado y va perdiendo calor rpidamente(de 2 a 3), a presin aproximadamente constante.Luego dentro del condensador, bien sea por mediosnaturales (conveccin natural) o por ventilacin forza-da, se extrae el calor del refrigerante (de 3 a 4), proce-so que transcurre a presin y temperatura constantes.All, el refrigerante pasa de ser vapor saturado seco(gas), en el punto 3, a lquido o vapor saturado hme-do en el punto 4 y aproximadamente una vuelta antesde la salida del condensador. En la ltima parte delcondensador, que corresponde al segmento [4-5], elrefrigerante en forma de lquido experimenta un enfria-miento adicional (tendiendo a la temperatura am-biente) y menor que la temperatura de condensacin;denominando a esta parte zona de subenfriamiento.Los procesos descriptos hasta ahora estn dentro de loque se defini como lado de alta presin del sistema.

Luego de estar en el punto [5], se inicia una cadasbita de presin que ocurre en el dispositivo deexpansin, correspondiendo a los puntos [5-6]. Estees un proceso adiabtico, es decir que sucede aentalpa constante. Podemos observar que la salidadel vapor en el punto 6 no corresponde con la lneade lquido saturado sino que se presenta como unamezcla de vapor con baja calidad (Baja sequedad).En ese punto se inicia el recorrido del vapor por elevaporador entre los puntos 6 y 7, tomando el calorque necesita para completar la evaporacin a presiny temperatura constantes y es en este proceso cuan-do se realiza el efecto de refrigeracin, o lo que esigual el enfriamiento de las superficies que estn encontacto con el evaporador. Antes de salir delevaporador (algunas vueltas) el refrigerante ha llega-do a condiciones de saturado seco (gas) en 7 y siguecalentndose hasta llegar a la succin del compresorde 7 a 1, nuevamente a presin aproximadamente

constante. Este sobrecalentamiento nos permite ase-gurar que el refrigerante ser aspirado siempre comogas. Esta parte del sistema es lo que se conoce comolado de baja presin del sistema.

En ocasiones se aprovecha la baja temperatura, atravs de una disposicin de las tuberas de retornode gas al compresor y el dispositivo de expansin (encaso de que este sea un tubo capilar), dispuestas encontacto directo, en forma de intercambiador decalor, para subenfriar el refrigerante despus de la sali-da del condensador, permitiendo ganar rendimiento delevaporador equivalente al segmento [4-5].

Adicionalmente, el profesional que analiza el dia-grama de Mollier podr calcular para cualquier ciclodiseado, la cantidad de calor que debe ser manejado enl y seleccionar el equipamiento necesario (compresor,condensador, vlvula de expansin, evaporador) segnla masa de refrigerante a circular por el sistema.

8.4 Herramientas computacionales para el clculo de sistemas de refrigeracin

Se recomienda a los profesionales de la refri-geracin que an no estn familiarizados con lanavegacin en Internet, que adquieran las habili-dades necesarias para hacerlo, pues en Internet sepublican informaciones valiosas que deben sertenidas en cuenta para mejorar los procedimientosempleados en servicios y se obtiene informacinactualizada sobre las caractersticas y principios defuncionamiento de gran cantidad de dispositivos y sis-temas que pueden serle de valiosa ayuda en su trabajo.

Debido a la complejidad de los clculos para unsistema de refrigeracin o para el acondicionamientode ambientes, aunado a la tendencia y necesidad deorden mundial cada vez mayor, de ser eficientesenergticamente hablando, se han desarrollado ungran nmero de herramientas computacionales (soft-ware) para la asistencia en el diseo de estos sistemas.

La Universidad Tcnica de Dinamarca, porejemplo, ha desarrollado un programa de clculo desistemas de refrigeracin que cubre diversos aspectosde diseo y aplicaciones, de libre acceso, que resul-ta ser una herramienta de gran utilidad para explicarlos diversos fenmenos que se llevan a cabo en unsistema de refrigeracin. Tambin resulta de utilidadprctica como gua para el clculo efectivo de sis-temas y la toma de decisiones en el diseo. El idiomaempleado es el ingls. La direccin de Internet [URL]en la WWW [World Wide Web] es:

http://www.et.web.mek.dtu.dk/Coolpack/UK/download.html

CAPTULO IV: GASES

REFRIGERANTES

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Los refrigerantes son los fluidos de transporte queconducen la energa calorfica desde el nivel a bajatemperatura [evaporador] al nivel a alta temperatura[condensador], donde pueden ceder su calor.

Los atributos que deben considerarse en los sis-temas de compresin de vapor son:

El punto de ebullicin normal.

El punto de condensacin normal.

Ambos deben encontrarse a temperaturas y pre-siones manejables y seguras para reducir los riesgosde entrada de aire al sistema.

Adicionalmente, el punto crtico debe ser lo msalto posible para hacer ms eficiente el proceso deevaporacin.

Las propiedades trmicas deseadas en losrefrigerantes son:

Presiones convenientes de evaporacin y condensacin,

Alta temperatura crtica y baja temperatura decongelamiento,

Alto calor latente de evaporacin y alto calor especfico del vapor,

Baja viscosidad y alta conductividad trmica de la pelcula.

Otras propiedades deseables son: Bajo costo.

Qumicamente inerte bajo las condiciones deoperacin.

Qumicamente inerte con los materiales con que est construido el sistema de refrigeracin.

Bajo riesgo de explosin solo o al contacto con el aire.

Baja toxicidad y potencial de provocar irritacin.

Debe ser compatible y parcialmente miscible con el aceite utilizado en el sistema.

Las fugas deben ser detectadas fcilmente.

No debe atacar el medio ambiente ni actuarcomo agente catalizador que deteriore elequilibrio ecolgico.

1 Refrigerantes histricamente ms comunes

Los refrigerantes ms comunes, empleadostradicionalmente en refrigeracin se mencionan acontinuacin:

R11 [CFC11], (punto de evaporacin 23,8C),empleado en chillers centrfugos y como agenteespumante. SAO, cuya produccin y empleo estactualmente siendo eliminado progresivamente.

R12 [CFC12], (punto de evaporacin - 29,8C),se le ha empleado desde su desarrollo en una ampliavariedad de sistemas de refrigeracin y A/A; conoci-do como: Forane 12, Isotrn 12, Genetrn 12, Fren12 o simplemente refrigerante F12; SAO, cuya pro-duccin y empleo est actualmente siendo eliminadoprogresivamente.

R22 [HCFC22], (punto de evaporacin -40,8C),empleado en A/A residencial. Si bien su PAO esmenor que el de los CFC, su produccin y empleocomenzar a reducirse a partir de 2016 y eliminadadespus de 2040.

R502 [mezcla azeotrpica de R22 (48,8%) yR115 (51,2%), (punto de evaporacin -45,4C),empleado en refrigeracin industrial de baja tempe-ratura. Ya casi no se lo utiliza debido a su escasez.Ha sido sustituido por otras mezclas con menor PAO.

R717 [NH3], amonaco, (punto de evaporacin -33C) se ha usado desde un principio en una ampliagama de aparatos y sistemas de refrigeracin yrecientemente se le sigue empleando en grandesinstalaciones industriales y comerciales. Es txico, deaccin corrosiva sobre las partes de cobre, zinc osellos que contengan estos metales; tiene elevadocalor latente de evaporacin, y relacin de presin-volumen especfico, convenientes.

R744, [CO2] dixido de carbono, (punto de evap-oracin -78.5C) fue usado mucho tiempo comorefrigerante seguro; la exposicin en recintos cerra-dos no es peligrosa a bajas concentraciones, perotiene el inconveniente de requerir elevadas pre-siones.

R764, [SO2] dixido de azufre, (punto de evapo-racin -10C) slo se us en pequeos equipos derefrigeracin. Es muy irritante y corrosivo y su uso engrandes instalaciones resulta peligroso. Por tal raznsu uso fue discontinuado.

R40, [CH3Cl] cloruro de metilo, tambin conoci-do como clorometano o monoclorometano, (puntode evaporacin -23.8C) fue usado en unidades deaire acondicionado pequeas y medianas. Es alta-mente inflamable (temperatura de ignicin 632C),de uso altamente peligroso, anestsico en concentra-ciones del 5 al 10% por volumen y fue reemplazadopor los CFC y HCFC. Pequeas cantidades dehumedad en el sistema producen congelamiento enla vlvula de expansin.

CAPTULO IV GASES REFRIGERANTES


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2 Tipo de gases refrigerantes y nomenclatura

2.1 Refrigerantes halogenados

Llamados as por contener en su estructuramolecular tomos de cloro, flor o ambos.Sustituyeron a la mayor parte de los refrigerantes,tales como el amonaco [NH3], el anhdrido carbni-co [CO2], El dixido de azufre [SO2], el cloruro demetilo [ClCH3], el dicloroetano [C2H4Cl2], cuandosu aplicacin cumpla los requerimientos del diseodel equipo, tanto en temperaturas como presiones.

Son qumicamente estables, de baja toxicidad,con caractersticas trmicas muy buenas y hasta losaos 70 fueron considerados ideales para la refri-geracin; cuando las investigaciones sobre el daoa la capa de ozono, los hicieron sospechosos departicipar en el proceso de degradacin del ozonoestratosfrico que protege al planeta

anon - manual de buenas practicas en refrigeracion

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