03/06/2016

1

GILDARDO YAÑEZEspecialista en Refrigeración

www.gidardoyanez.com

@ingenieroyanez

El refrigerante final se llama cambio

2

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2

Efectos en el medio ambiente ocasionados por las emisiones de los refrigerantes a la atmósfera

Los refrigerantes HFC son GEI R-410A PCG= 2088

Los refrigerantes HCFC son SAO y GEI R-22 PCG=1810 PAO=0.055

3

4

Nubes Estratosféricas

ProvocaBaja Temperatura

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3

2 de Octubre de 201528 millones de km2

5

Agujero Ozono en el polo norte15 millones de Km2

6

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4

Debilidad en el Polo Norte

AfectaciónPotencial

700 Millonesde Habitantes

7

Efectos en la superficie del planetacuando aparece el agujero en la capa de ozono

1 Más casos de cáncer en la piel

2 El sistema inmunológico se debilita

3 Provoca daños a las cosechas

4 Daños a los ecosistemas terrestres

8

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5

Lati

tud

40

SurLatitu

d 40 Su

r

Sur de Chile y de Argentina, en Tasmania y en la Isla Sur de Nueva Zelanda

Varios países de la Latitud 40 Surexperimentan un incremento en la incidencia de cáncer en la piel

9

10

Evolución de los

Refrigerantes

2015: Acuerdo de Paris

1930: CFCs

COP 21 HFC pasa a Montreal

R-11, R-12

2014: F-GAS U.E.SNAP-EPA EE.UU.

1980: HCFCs

R-22, R141b

2010: HFO

1987: Protocolo de Montreal

R-1234yf, R-1234ze

1997: Protocolo de Kyoto1990: HFC

R-404A, R-507, R-134a

Refrigerantes de Bajo PCG 1834: CO2, NH3, HC

HFO, CO2, NH3, HC Refrigerantes Naturales

Eliminación de HFC

Eliminación de CFC y HCFC

Gases de Efecto Invernadero

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6

Proceso gradual de eliminación en la U.E. Regulación F-Gas Unión Europea 517/2014

2015 2016-17 2018-20 2021-23 2024-26 2027-29 2030

11

2015Refrigeradores domésticosy congeladores PCG 150Lí

mit

e d

e P

CG

100% 93% 63% 45% 31% 24% 21%

2020Aire Acondicionado Móvil para recámarasPCG 150Sistemas de Refrigeración Fijos (auto contenidos)PCG 2500

2022Sistemas de Refrigeración Fijos (auto contenidos)PCG 150Centrales de refrigeración para uso comercial de≥ 11.37 TR

PCG 1500

2025Aire Acondicionado Unitario Mini Split carga inferior a3 kg. PCG 750

Aplica para los sistemas nuevos que se vendan; NO aplica para los ya existentes

Control de fugasRegulación

2006Regulación

2014

Requisito Umbral en KGUmbral en

toneladas de CO2EQ

Equivalentesen kg para el HFC R-404A

Equivalentesen kg para el HFC R-134a

Control de fugas anual

3 kg 5 toneladas de CO2EQ

1.3 kg 3.5kg

Control de fugas semestral

30 kg 50 toneladasde CO2EQ

12.7 kg 35 kg

Detector automático de fugas

300 kg 500 toneladasde CO2EQ

127 kg 350 kg

Registro de fugas

3 kg 5 toneladas de CO2EQ

1.3 kg 3.5 kg

12

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7

Proceso de Aprobación en los EE.UU.34 Estándar

+SNAP EPA

15 Estándar+

UL Estándar

American National

StandardsInstitute(ANSI)

Federal and Local

BuildingCode

ASHRAE Estándar 15Estuvo abierto para recibir comentarios del público hasta el 18 de Enero de

2016.

13

R-404A, R-407B, R-421B, R-422A, R-422C, R-422D, R-428A, R-434A, R-507 o R-507A

• En supermercados:– No se puede usar en equipos para hacer retrofit

iniciando el 20 de julio de 2016

– No se puede usar en instalaciones nuevas iniciando el 1 de enero de 2017

• Unidades condensadoras:– No se puede usar en equipos para hacer retrofit

iniciando el 20 de julio de 2016

– No se puede usar en instalaciones nuevas iniciando el 1 de enero de 2018

14

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8

R-134a en equipos auto-contenidos:

• No se puede usar en equipos nuevos cuyo compresor sea menor a los 2,200 btu´s/hora que no sea de evaporador inundado el 1 de enero de 2019

• No se puede usar en equipos nuevos cuyo compresor sea mayor o igual a los 2,200 btu’s/hora el 1 de enero de 2020

• No se puede usar en equipos nuevos de evaporador inundado el 1 de enero de 2020

15

R-404A, R-407B, R-421B, R-422A, R-422C, R-422D, R-428A, R-434A, R-507 o R-507A

• En equipos autocontenidos– No se puede usar en equipos para hacer retrofit

iniciando el 20 de julio de 2016– No se puede usar en equipos nuevos cuyo compresor

sea menor a los 2,200 btu´s/hora que no sea de evaporador inundado el 1 de enero de 2019

– No se puede usar en equipos nuevos cuyo compresor sea mayor o igual a los 2,200 btu´s/hora el 1 de enero de 2020

– No se puede usar en equipos nuevos de evaporador inundado el 1 de enero de 2020

– No se puede usar en instalaciones nuevas de baja temperatura iniciando el 1 de enero de 2020

16

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9

Control de Fugas

• La Agencia de Investigación Ambiental (EIA) ha pedido a la EPA (Agencia de Protección del Medio Ambiente) de los Estados Unidos la reducción del umbral de la tasa de fuga admisible en los sistemas de refrigeración comercial.

• Reducir el umbral de la tasa de fugas del 35% a 20% para los aparatos de refrigeración comercial y sistemas de refrigeración de procesos industriales.

17

Clasificación del PCG definida por el TEAP

• El TEAP define la siguiente clasificación:

• PCG BAJO: < 300

– PCG < 30 ultra bajo

– PCG < 100 muy bajo

• PCG MODERADO: 300-1,000

• PCG ELEVADO: > 1,000

– PCG > 3,000 muy elevado

– PCG > 10,000 ultra elevado

18http://es.slideshare.net/ingenierogildardo/report-oftheteapxxi9taskforce

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Los refrigerantes están listados en el Standard 34 de ASHRAE o en el ISO 817

22

Refrigerantes alternativos al R-22 en un sistema de aire acondicionado PCG 2000 A1

• Sistemas pequeños

• Retrofit durante el servicioR-422D

• Aire acondicionado comercial y residencial

• Refrigeración de baja y mediaR-438A

• Se recomienda para CHILLERS

• Aire acondicionado residencial y comercialR-417A

23

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Refrigerantes alternativos al R-22 Sistema de climatización

• Refrigerante Sintético HFC

• PCG = 2088 Elevado

• Seguridad A1R-410A

• Refrigerante Sintético HFC PCG=1700 Elevado

• Seguridad A1 - Sistemas pequeños

• Retrofit durante el servicio con cambio de compresorR-407C• Refrigerante Sintético HFC PCG = 650 Moderado

• Seguridad A2L → Sujeto a medidas de seguridad

• Carga de refrigerante máxima R-32

• Refrigerante Natural HC PCG = 3 a 5 Ultra Bajo

• Seguridad = A3 Inflamabilidad Alta

• Carga de refrigerante máxima EN 378 150 gr. UL 57 gr.R-290

24

Alternativos al R-134a de bajo PCG Refrigeración Doméstica

25

• Refrigerante Natural HC

• PCG = 3 a 5 Ultra Bajo Seguridad = A3 Inflamabilidad Alta

• Carga de refrigerante máxima EN 378 150 gr. UL 57 gr.

• Sujeto a medidas de seguridad

R-600a

• Refrigerante Sintético HFO

• PCG = 4 Ultra Bajo Seguridad

• A2L Inflamabilidad Ligera

• Vida atmosférica = 11 días

R-1234yf

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Refrigerantes Alternativos de bajo PCGEquipo hermético - auto contenidos

26

• Refrigerante Natural HC

• PCG = 3 a 5 Seguridad = A3 Inflamabilidad Alta

• Carga de refrigerante máxima EN 378 150 gr. UL 150 gr.R-290• Refrigerante Natural CO2

• PCG = 1 Seguridad = A1 Inflamabilidad Nula

• Elevadas presiones de trabajoR-744

• Refrigerante Sintético HFO

• PCG = Menor a 1 Seguridad = A2L Inflamabilidad Ligera

• Vida atmosférica = 11 díasR-1234yf

• Refrigerante Sintético HFO

• PCG = Menor a 1 Seguridad = A2L Inflamabilidad Ligera

• Vida atmosférica = 16 díasR-1234ze

Refrigerantes alternativos al R-22 en un sistema de refrigeración PCG 2000 A1

• Sistemas Pequeños

• Actualización durante el servicioR-422D• Sistemas Pequeños, retrofit durante el servicio con

cambio de compresor

• Sistemas Grandes - retrofit planeadoR-407A

• Sistemas Grandes

• Retrofit planeado R-407F• Sistemas Grandes - retrofit planeado

• 125-85.1%/134a-11.5/600a-3.4%R-442A

27

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13

Sistemas de Refrigeración

28

• Refrigerante Sintético HFC

• PCG = 2107 Seguridad = A1 Inflamabilidad NulaR-407A• Refrigerante Sintético HFC

• PCG = 1825 Seguridad = A1 Inflamabilidad NulaR-407F• Refrigerante Sintético HFC

• PCG = 1273 Seguridad = A1 Inflamabilidad NulaR-448A• Refrigerante Sintético HFC

• PCG = 1397 Seguridad = A1 Inflamabilidad NulaR-449A• Refrigerante Sintético HFC - Chiller

• PCG = 613 Seguridad = A1 Inflamabilidad NulaR-513A

Refrigerantes Alternativos de bajo PCGSistemas de refrigeración

29

• Refrigerante Natural CO2

• PCG = 1 Seguridad = A1 Inflamabilidad Nula

• Elevadas presiones de trabajoR-744

• Refrigerante Sintético HFO

• PCG = Menor a 1 Seguridad = A2L Inflamabilidad Ligera

• Vida atmosférica = 11 días

• Podría funcionar en sistemas de media temperatura grandesR-1234yf

• Refrigerante Sintético HFO

• PCG = Menor a 1 Seguridad = A2L Inflamabilidad Ligera

• Vida atmosférica = 16 días

• Podría funcionar en sistemas de media temperatura grandesR-1234ze

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14

VentajasDesventajas

• La presión de descarga es extremadamente alta en operación transcrítica con presiones superiores a las 1450.38 PSI

• No tiene cloro• Su PCG es el más bajo• No es inflamable• En aplicaciones subcríticas se

puede usar el CO2 como fluido secundario en un sistema en cascada

Dióxido de Carbono CO2 PCG = 1

30

Booster TranscríticoCascadaSecundario

Opciones:Secundario, Cascada, Booster Transcrítico

31

CO2 DX

CO2 DX

CO2 DX

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15

EvaporadorTemperatura de Evaporación

t = 0 °C

Enfriador de Gas

CO2

Dispositivo de Expansión Compresor

tambiente = 10 °CCalor

tambiente = 35 °C

Calor

Lado de Alta Presión

Lado de Baja Presión

Presión de Descarga

p2 = 120 bar / 1740.45 psig

Presión de Succión

p1 = 36 bar / 522.14 psig

1

23

4

tentrada = 120 °Ctsalida = 50 °C

Transcrítico del CO2

32

Los procesos del ciclo de refrigeración operando en transcrítico:1. Compresión2. Enfriamiento de gas3. Expansión4. Evaporación

http://www.gildardoyanez.com/refrigerantes/refrigerantes-naturales-co2-r290/

El CO2 líquido cuando eleva su temperatura hasta que alcanza el punto crítico

33http://www.gildardoyanez.com/refrigerantes/termodinamica-del-co2/

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16

Manómetros en TranscríticoTemperatura ambiente = 20°C aprox.

28.5 bar = 413.36 psigA

spir

ació

n80 bar = 1,160.3 psig

Des

carg

a

34BFS Kälte Klima Technik Frankfurt, Alemania

Tuberías de acero inoxidable

Lado de baja presión Lado de alta presión

Des

carg

a

35

Asp

irac

ión

BFS Kälte Klima Technik Frankfurt, Alemania

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Válvula de expansión electrónicaLíneas de baja y alta presión de

acero

36BFS Kälte Klima Technik Frankfurt, Alemania

Intercambiador de CalorCondensador / Evaporador

Evaporador

Válvula deExpansión Compresor

Condensador

Válvula deExpansión

Compresor

CO2

HFC ó HC

Subcrítico del CO2

http://www.gildardoyanez.com/refrigerantes/refrigerantes-naturales-co2-r290/ 37

Los procesos del ciclo de refrigeración operando en subcrítico son:1. Compresión2. Condensación y

Subenfriamiento3. Expansión4. Evaporación y

sobrecalentamiento

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18

Subcrítico; CO2 como fluido secundario

• En el primer estado el HFC o HC enfría el CO2

del segundo estado manteniendo el CO2

líquido

• El CO2 se enfría hasta los 26 °F (275 psig) para MT

• El CO2 se enfría hasta los -13°F (181 psig) para BT

• La bomba mantiene al CO2 circulando

• El CO2 es volátil, por lo que siempre se está evaporando

• Todas las tuberías deben de estar aisladas

38Imagen: honeywell-genetron

Sistema en cascada

Primer estado HFC o HC

• Este suministra enfriamiento al segundo estado.

• Absorbe el calor que transporta el CO2 en el intercambiador de calor intermedio, liberándolo en el condensador.

Segundo estado CO2

• La temperatura de condensación del CO2 se mantiene por debajo del punto crítico

• Las presiones del CO2 son similares a las del R-410A

• El CO2 se expande en la válvula de expansión antes de entrar al evaporador

• El compresor es de tipo subcrítico

• Las líneas de líquido deben estar aisladas

• Las válvulas electrónicas de expansión con EEVs para mantener el sobrecalentamiento constante

39

Aprobado para CO2

Imagen: honeywell-genetron

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Lado de BajaCO2

(psig)

CO2

Lado de Alta

(psig)

Lado de Baja (Aspiración)• Presión típica de operación

200–275 psig

Lado de Alta (Descarga y Receiver)• Presión típica de operación

400–500 psig

200-20°F

300+2°F 400

+19°F

0

250-8°F

150-34°F

100-51°F

50

350+11°F

450+26°F

500+33°F

550+40°F

600+45°F

650+51°F

200-20°F

300+2°F 400

+19°F250-8°F

150-34°F

100-51°F

350+11°F

450+26°F

500+33°F

550+40°F

Aspiración

50 600+45°F

0 650+51°F

Descarga

PresiónNormalAspiración:200-275psigAltaAspiración:>275psig

VálvulaAlivio(Recip.):350psig

BajaAspiración:<200psig

BajaDescarga:<400psig

PresiónNormal

Descarga:400-500psig

AltaDescarga:>500psig

PresiónRegulada

VálvulaAlivio:560psig

PresiónPrincipal

VálvulaAlivio:625psig

VálvulaAlivio(Scroll):475 psig

Presiones típicas de operación de los sistemas de cascada

40“The Green Chill Partnership and Hill Refrigeration”

Sistema con Booster en Operación Transcrítica

• El CO2 circula por el lado de MT y el BT.

• En el enfriador de gas opera en modo supercrítico

• El intercambiador de calor opera en modo subcrítico

41Imagen: honeywell-genetron

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20

Enfriamiento Adiabático:

Enfriamiento que se consigue mediante la evaporación del agua en el aire

Condensador Adiabático / Enfriador de Gas

42

Para

lelo

45

Paralelo 45

Bióxido de Carbono CO2

43

Referencia: The Carbon Dioxide Industrial Refrigeration Handbook iiar ©1.3

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21

Refrigeradores BotellerosRefrigerante CO2 en transcrítico

44

GILDARDO YAÑEZEspecialista en Refrigeración

www.gidardoyanez.com@ingenieroyanez