EL PROPANO COMO REFRIGERANTE
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Análisis técnico sobre esta clase de alternativa que se implementa como refrigerante para diferentes sistemas y soluciones del sector.
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| Cuartos fríos |
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Por el daño que hacían a la capa de ozono terrestre, la eliminación total de la fabricación / venta de los refrigerantes CFC ya se ha dado. La eliminación gradual del uso de los HCFC para los países en vías de desarrollo se viene dando y tiene su limite en el 2030 (aunque entre el 2031 y 2039 se pueden importar pequeñísimas cantidades para casos especiales, pero luego de ese ultimo año habrá eliminación total).
Por otra parte, los refrigerantes HFC con alto GWP que contribuyen al calentamiento global, (efecto invernadero). Tiene un programa de eliminación gradual que ya se viene dando en otros países desarrollados durante una década, y en gran parte de ese tiempo los fabricantes de equipos frigoríficos y de aire acondicionado han estado trabajando para desarrollar refrigerantes con un menor impacto en el calentamiento global. Para países en vías de desarrollo, llamados del grupo A5 según el protocolo de Montreal, se tiene otro programa para eliminar los HFC gradualmente ( cada país elabora un programa que comenzara probablemente a partir del 2024) y mientras tanto nos iremos acomodando a los fluidos conocidos y a los que parezcan, teniendo como condición que no dañen muy poco a nuestro planeta.
Si bien aún se están analizando y probando los sustitutos finales para los refrigerantes en la mayoría de la aplicaciones, los principales aspirantes pertenecen a uno de estos grupos:
↓ ↓ ↓
REFRIGERANTES NATURALES REFRIGERANTES SINTÉTICOS MEZCLAS
↓ ↓ ↓
- Por la inflamabilidad, el propano y los HFO difieren de forma significativa. A pesar de que algunos HFO son inflamables, tiene un Lll muy alto, de modo que debe producirse una gran fuga antes de encenderse; y cuando se enciende no emana mucho calor y tienden a arder lentamente. esas propiedades son tan especiales que la ASHRAE creo la clasificación de inflamabilidad denominada 2L. Ahora se aplica a los HFO (hidrofluorolefinas) y mezclas entre esos fluidos o mezclas de otros refrigerantes con dichos fluidos, por tener muy baja inflamabilidad.
- Límite inferior de inflamabilidad (Lll) es la concentración mínima del gas en el aire por debajo de la cual fuego no es posible. limite superior de inflamabilidad (LSI) es la máxima concentración de gas en el aire por encima de la cual fuego no es posible.
Mostramos para efectos de comparación las características de seguridad de algunos refrigerantes dentro de los cuales está el propano (R-290):
Mostramos la tablas de presión vs temperatura para efectos de comparación del (R-290) propano con otros refrigerantes, siendo desde este punto de vista muy parecido al R-22.
Por ser refrigerantes inflamables, tanto para los refrigerantes clase A2 como clase A3, los códigos o reglamentos de seguridad actualmente limitan severamente la cantidad, en peso, para cargar un sistema; prohibir de manera efectiva en la mayoría de las aplicaciones a gran escala.
En estados unidos de norte américa y Europa, los refrigeradores y congeladores comerciales, tiene limitada la carga para refrigerantes A3 (el propano entre ellos) a 150 gramos.
En Europa los fabricantes de muebles refrigerados para aplicación comercial están presionando para que ese limite suba a 1 o 1.5 kilos. Con la limitación mencionada es suficiente para enfría refrigeradores domésticos o pequeños conservadores de bebidas o exhibido res de alimentos de un supermercado, pero es prácticamente insuficiente para los refrigeradores de mayores dimensiones sin puerta o con puerta de vidrio comúnmente ubicados en los pasillos de los lácteos, verduras o comida congelada en supermercados, porque aun teniendo equipos frigoríficos auto contenidos, tal como se enfriados por aire, requieren mas carga de refrigerante.
Cuarto frío PEQUEÑO
Mientras tanto, con los HFO, que son refrigerantes sintéticos poco inflamables, eficientes y con un potencial de calentamiento global también mucho mas bajo que los HFC, se viene haciendo pruebas para ser utilizados en refrigeradores domésticos, refrigeración comercial, aire acondicionado y otros.
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| Cuartos fríos |
Si bien aún se están analizando y probando los sustitutos finales para los refrigerantes en la mayoría de la aplicaciones, los principales aspirantes pertenecen a uno de estos grupos:
- Los refrigerantes naturales (que pueden ser orgánicos como los hidrocarburos HC e inorgánicos como el amoniaco NH3 y el dióxido de carbono CO2).
- Los refrigerantes sintéticos (que pueden ser HFC logrados a partir de los hidrocarburos saturados y HFO o hidro fluoró logrados a partir de hidrocarburos no saturados).
- Hay un tercer grupo como consecuencia de los dos anteriores porque se han empezado a usar mezclas de ellos, con algunos buenos resultados, gráficamente mostramos esos 3 grupos:
↓ ↓ ↓
REFRIGERANTES NATURALES REFRIGERANTES SINTÉTICOS MEZCLAS
↓ ↓ ↓
- Orgánicos (Hidrocarburos HC) 1.HFC de hidrocarburos saturados HFC+HC+HFO+HC
- Inorgánicos (NH3, CO2) 2.HFO de hidrocarburos no saturados HFO+HFO,HFC+CO2
Nos ocuparemos de uno de esos refrigerantes naturales que es un hidrocarburo (HC): el propano o R-290. El standard 34 de la ASHRAE para identificar el refrigerantes naturales orgánicos que es el grupo al cual pertenece el propano, dice que luego de la letra "R" se puede usar hasta 4 dígitos:
- Primer dígito, de derecha a izquierda = numero de átomos de flúor en el compuesto.
- Segundo dígito hacia la izquierda = número de átomos de hidrógeno más 1.
- Tercer dígito hacia la izquierda = número de átomos de carbono menos 1 ( no se usa cuando es igual a cero).
- Cuarto dígito hacia la izquierda = numero de enlaces dobles, cuando existe. Esto es para los refrigerantes sintéticos halogenados, no saturados ( no se usa el dígito cuando es igual a cero).
Si se observa una letra minúscula luego de los números, se trata de un compuesto isómero.
La isómeria es una propiedad de aquellos compuestos químicos que, con igual formula molecular (formula química no desarrollada) de iguales cantidades de atomos que conforman su molécula, pero que dichos atomos se pueden acomodar de formas diferentes presentando estructuras químicas distintas, y por ende, tienen diferentes propiedades. Por ello esos compuestos reciben la denominación de isómeros. No existen isómeros en el caso del propano.
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| Mantenimiento cuartos fríos |
PROPANO : CH3,- CH2,-CH3 ó C3 H8
R - 2 9 0
↑ ↑ ↑
↑ ↑ ↑ →N° Átomos de flúor.
↑ ↑→→ N° Átomos de hidrogeno +1
↑→→→ N° Átomos de carbono - 1
El uso del propano como fluido refrigerante va en aumento por que tiene varias ventajas:
Es un fluido natural, no daña la capa de ozono (ODP=0), produce despreciable calentamiento global, (GWP menos que 5), es mas barato, comparado con otros refrigerantes se necesita menor cantidad ( en peso) como carga en los sistemas, es compatible con todos los aceites lubricantes comerciales ( pero siempre preguntar con el fabricante del compresor), tiene comparativamente menores presiones y temperaturas de trabajo, disminuye el consumo energético así como es costo de mantenimiento en los sistemas, es muy estable siendo compatible con metales y otros elementos que se emplean en los circuitos frigoríficos y aumenta la vida útil de los sistemas.
Pero tiene desventajas:
Es inflamable, para el servicio requiere personal capacitado, requiere mecanismos de control y protección especial para evitar chispas. Por ser inflamable, pero no toxico se debe tomar en cuenta que la ASHRAE ya lo clasificó como refrigerante perteneciente al grupo A3.
Esa clasificación usada para todos los refrigerantes obedece a la siguiente norma de seguridad que emplea una letra de un número:
TOXICIDAD
MENOR TOXICIDAD MAYOR TOXICIDAD
SIN PROPAGAR LA LLAMA A1 B1
POCO INFLAMABLE A2L B2L
INFLAMABLE A2 B2
MUY INFLAMABLE A3 B3
La categorización en base a la toxicidad se hace con la "A" y con la "B" dependiendo de si se identifica o no toxicidad en una persona a una concentración determinada y es de dos clases:
CLASE A: En la que no se observan efectos de toxicidad crónica la estar expuestos a concentraciones iguales o superiores de 400 ppm.
CLASE B: En la que se observa toxicidad crónica al estar expuestos a concentraciones por debajo de 400 ppm.
La categorización en base a la inflamabilidad se hace con los números "1", "2" y "3" dependiendo de la rapidez de la propagación de una llama, y es de cuatro clases:
CLASE 1: No se presenta propagación de la llama en ensayos de aire a 60 °C y presión atmosférica estándar.
CLASE 2L: Igual que la clase 2 pero con velocidad de llama laminar inferior a 0.10 m/s.
CLASE 2: Presenta propagación de llamas en ensayos a 60°C y presión atmosférica , pero posee un Lll superior al 3.5% por volumen y un calor de combustión menor que 19.000 KJ/Kg.
CLASE 3: Presenta propagación de llamas en ensayos a 60°C y presión atmosférica, pero posee un Lll menor o igual que 3.5% por volumen o calor de combustión mayor o igual que 19.000KJ/Kg.
A TENER EN CUENTA
Esa clasificación usada para todos los refrigerantes obedece a la siguiente norma de seguridad que emplea una letra de un número:
TOXICIDAD
MENOR TOXICIDAD MAYOR TOXICIDAD
SIN PROPAGAR LA LLAMA A1 B1
POCO INFLAMABLE A2L B2L
INFLAMABLE A2 B2
MUY INFLAMABLE A3 B3
La categorización en base a la toxicidad se hace con la "A" y con la "B" dependiendo de si se identifica o no toxicidad en una persona a una concentración determinada y es de dos clases:
CLASE A: En la que no se observan efectos de toxicidad crónica la estar expuestos a concentraciones iguales o superiores de 400 ppm.
CLASE B: En la que se observa toxicidad crónica al estar expuestos a concentraciones por debajo de 400 ppm.
La categorización en base a la inflamabilidad se hace con los números "1", "2" y "3" dependiendo de la rapidez de la propagación de una llama, y es de cuatro clases:
CLASE 1: No se presenta propagación de la llama en ensayos de aire a 60 °C y presión atmosférica estándar.
CLASE 2L: Igual que la clase 2 pero con velocidad de llama laminar inferior a 0.10 m/s.
CLASE 2: Presenta propagación de llamas en ensayos a 60°C y presión atmosférica , pero posee un Lll superior al 3.5% por volumen y un calor de combustión menor que 19.000 KJ/Kg.
CLASE 3: Presenta propagación de llamas en ensayos a 60°C y presión atmosférica, pero posee un Lll menor o igual que 3.5% por volumen o calor de combustión mayor o igual que 19.000KJ/Kg.
A TENER EN CUENTA
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| Reparación de cuartos fríos |
- Por la inflamabilidad, el propano y los HFO difieren de forma significativa. A pesar de que algunos HFO son inflamables, tiene un Lll muy alto, de modo que debe producirse una gran fuga antes de encenderse; y cuando se enciende no emana mucho calor y tienden a arder lentamente. esas propiedades son tan especiales que la ASHRAE creo la clasificación de inflamabilidad denominada 2L. Ahora se aplica a los HFO (hidrofluorolefinas) y mezclas entre esos fluidos o mezclas de otros refrigerantes con dichos fluidos, por tener muy baja inflamabilidad.
- Límite inferior de inflamabilidad (Lll) es la concentración mínima del gas en el aire por debajo de la cual fuego no es posible. limite superior de inflamabilidad (LSI) es la máxima concentración de gas en el aire por encima de la cual fuego no es posible.
Mostramos para efectos de comparación las características de seguridad de algunos refrigerantes dentro de los cuales está el propano (R-290):
Mostramos la tablas de presión vs temperatura para efectos de comparación del (R-290) propano con otros refrigerantes, siendo desde este punto de vista muy parecido al R-22.
Por ser refrigerantes inflamables, tanto para los refrigerantes clase A2 como clase A3, los códigos o reglamentos de seguridad actualmente limitan severamente la cantidad, en peso, para cargar un sistema; prohibir de manera efectiva en la mayoría de las aplicaciones a gran escala.
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| Cuartos fríos |
En estados unidos de norte américa y Europa, los refrigeradores y congeladores comerciales, tiene limitada la carga para refrigerantes A3 (el propano entre ellos) a 150 gramos.
En Europa los fabricantes de muebles refrigerados para aplicación comercial están presionando para que ese limite suba a 1 o 1.5 kilos. Con la limitación mencionada es suficiente para enfría refrigeradores domésticos o pequeños conservadores de bebidas o exhibido res de alimentos de un supermercado, pero es prácticamente insuficiente para los refrigeradores de mayores dimensiones sin puerta o con puerta de vidrio comúnmente ubicados en los pasillos de los lácteos, verduras o comida congelada en supermercados, porque aun teniendo equipos frigoríficos auto contenidos, tal como se enfriados por aire, requieren mas carga de refrigerante.
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| gases refrigerantes para cuartos fríos |
Cuarto frío PEQUEÑO
Si están conectados a una central de compresores ubicada en una sala de maquinas alejada teniendo un condensador enriado por aire aun mas lejos, la cantidad de carga de refrigerante aún más lejos, la cantidad de carga de refrigerante requerida será mayor e inevitablemente estará fuera de los limites permitidos. Al tener estas restricciones aparecen las soluciones "ingeniosas" de los ingenieros para poder usar poco refrigerante.
Una solución planteada y ya en uso es el empleo del condensador tipo placas enfriado por agua tal como seria el caso de un exhibidora de lácteos o bebidas, con puertas o sin puertas hacia el consumidor.
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| Mantenimiento de cuartos fríos |
Esta solución obliga a usar un serpentín con tubos de cobre, aletas de aluminio y ventilador (es) que es un "aero enfriador", en ingles lo llaman "dry-cooler", para enfriar el agua y usar un circuito cerrado con una bomba que la re circula (circuito en color rojo). Se reduce notablemente la carga de refrigerante R-290. El refrigerante "aero enfriador" se ubica fuera del mueble y mas aun afuera del local de ventas.
Ese chiller tiene compresor para R-290, condensador tipo placas enfriado por agua, válvula de expansión termostática o eléctrica y evaporador de tipo placas. El refrigerante es propano o R-290. EL glicol propileno luego de enfriado se bombea y se distribuye a cada conservadora, vitrina exhibidora, isla o cuarto frío que pueden estar a diferentes temperaturas, para luego recolectarse y juntarse nuevamente regresando al chiller para enfriarse y trabajar en circuito cerrado.(circuito en color azul).
Por otro lado , al igual que el anterior caso anteriormente explicado, el circuito de agua que sirve para la condensación del propano aparece graficado en color rojo, teniendo también su "Aero enfriador".
Ese chiller tiene compresor para R-290, condensador tipo placas enfriado por agua, válvula de expansión termostática o eléctrica y evaporador de tipo placas. El refrigerante es propano o R-290. EL glicol propileno luego de enfriado se bombea y se distribuye a cada conservadora, vitrina exhibidora, isla o cuarto frío que pueden estar a diferentes temperaturas, para luego recolectarse y juntarse nuevamente regresando al chiller para enfriarse y trabajar en circuito cerrado.(circuito en color azul).
Por otro lado , al igual que el anterior caso anteriormente explicado, el circuito de agua que sirve para la condensación del propano aparece graficado en color rojo, teniendo también su "Aero enfriador".
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| Cuartos fríos |
Mientras tanto, con los HFO, que son refrigerantes sintéticos poco inflamables, eficientes y con un potencial de calentamiento global también mucho mas bajo que los HFC, se viene haciendo pruebas para ser utilizados en refrigeradores domésticos, refrigeración comercial, aire acondicionado y otros.
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| Gases cuartos fríos |
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