Seleccionando Refrigerantes

Actualmente existen una gran cantidad de refrigerantes, pero para seleccionar el más adecuado se deberán observar sus propiedades químicas, físicas y termodinámicas. Esto puede ser complicado sino se comprende la importancia de cada una de estas sustancias.

Ing. David Garza Castaño

Un refrigerante es el medio que utiliza un sistema de refrigeración para extraer el calor de una zona dada. Prácticamente cualquier sustancia tiene la capacidad para ser utilizada, aprovechando el calor asociado al cambio de fase líquido-vapor, conocido como calor latente de evaporación para retirar el calor de la zona a refrigerar, debido a que reducimos la cantidad de masa usada en el sistema de refrigeración. Si se utilizara el mismo refrigerante sólo como medio de transporte sin cambio de fase, aprovechando su calor sensible, se necesitaría por lo menos 10 veces más masa del refrigerante.

La mayoría de los refrigerantes a presión y temperatura ambientales son gases, y en la operación se someten a otras condiciones cerca de las líneas de líquido, y vapor saturado. Por lo que otras propiedades como la temperatura de ebullición y las presiones de saturación a diferentes temperaturas son importantes para la selección del refrigerante adecuado.

Las propiedades químicas como la reactividad y toxicidad también son muy importantes para la conservación de nuestro medio ambiente y de nuestra salud. Por supuesto el refrigerante no debe de ser ni inflamable ni explosivo.

Hasta ahora no hay ninguno que reúna todas las propiedades deseables. Aunque existen en el mercado gran variedad, sin embargo, muchos de ellos son causantes del efecto invernadero, mientras que hay otros que no tienen ese efecto pero son inflamables o tóxicos.

De ninguna manera ha terminado la investigación para encontrar el mejor refrigerante, y ninguno está fuera de consideración, desde el bien conocido Freón, hasta el retorno a los refrigerantes naturales como el dióxido de carbono, que presenta algunas ventajas ante los refrigerantes HFCs. Pero también presenta algunas desventajas.

A continuación se mencionarán algunos ejemplos para ilustrar un proceso de selección de un refrigerante.

El refrigerante que se usa para temperaturas menores de –40°C. Deberá tener las siguientes características:

•  La temperatura de ebullición a presión atmosférica deberá ser menor a la temperatura de trabajo. Asegurando que la presión en el evaporador será positiva y que a esa presión estará como un líquido saturado.

•  La conductividad térmica debe ser lo más alta posible para que pueda transferir calor más rápidamente, ahorrando espacio y material en las áreas del evaporador y condensador son mínimas.

•  El calor latente de evaporación debe ser lo más alto posible para reducir el tamaño de los componentes (menor masa de refrigerante) y ahorrar energía.

•  La temperatura de congelación debe ser inferior a cualquier temperatura de trabajo.

•  En este último punto se puede apreciar mejor la figura 1, en donde se muestran dos refrigerantes típicos, cuyas áreas de trabajo corresponden al aire acondicionado (R-134a) y refrigeración doméstica, y el otro (R-504) a la refrigeración industrial como se puede ver a continuación.

Figura1. Diagrama termodinámico de los refrigerantes R-134a y R-504.

Pronto tendremos noticias de mejores refrigerantes y sistemas de refrigeración. Al final la respuesta estará en una combinación de ambos

Para un sistema de refrigeración comercial económico se recomienda el refrigerante R-134a debido a que el consumo de energía eléctrica es más bajo porque las presiones de trabajo son presiones medias. Existen otros refrigerantes que trabajan en este rango de temperaturas pero sus presiones de trabajo son más altas.

Es importante recordar que los equipos de refrigeración no son productores de frío, simplemente son dispositivos que extraen el calor de un sitio utilizando como medio un gas y lo transportan al exterior al convertirse en líquido en el condensador. El gas se condensa utilizando un compresor, se puede mejorar la eficiencia de estos equipos si el gas opera a presiones altas, entonces deberá tener un calor latente de evaporación también alto para que la masa necesaria sea menor y así el compresor no requiera tanta energía. Si no es así, entonces la combinación de alta presión y bajo calor latente consumirá más energía.

La refrigeración es necesaria para nuestra vida y no podemos prescindir de ella, tal vez podamos tolerar un clima cálido pero la conservación de alimentos es fundamental en nuestros tiempos. Esto ha motivado la búsqueda del refrigerante ideal que cumpla con todos los requisitos. Existen otros criterios como los culturales y de costo, sin embargo, mientras se consigue encontrar el refrigerante ideal, es necesario que sigamos las normas de uso en los ya existentes.

Algunos investigadores han regresado a los refrigerantes naturales como el dióxido de carbono o el amoniaco, buscando encontrar la manera de superar sus desventajas. Nosotros como usuarios no debemos de liberar el gas a la atmósfera, como se hace con quienes purgan los sistemas de este modo, ya que aunque los nuevos gases afectan menos a la capa de ozono y tienen menos efecto invernadero, aún son dañinos.

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