mt cap 12 - Indubel

1 136 RefrigerantesCap tulo 12 REFRIGERANTESI ntroducci 136 Definici 136 Historia de los refrigerantes .. 136 Identificaci n de los 139 Requerimientos de los 139 Propiedades Termodin 140 Propiedades F sicas y Qu micas .. 140 Propiedades Termodin 1411. Presi n.. 1412. 141 Curvas de Presi n - Temperatura .. 1423. Volumen.. 1444. 147 Tablas de Propiedades Termodin 1495. 1496. Entropia.. 151 Propiedades del vapor 151 Propiedades F sicas y Qu micas .. 1527. No Debe ser T xico Ni Venenoso.. 1528. No Debe ser Explosivo Ni Inflamable.. 1539. No Debe Tener Efecto Sobre Otros Materiales.. 15410. F cil de Detectar Cuando se Fuga.. 15511. Debe ser Miscible con el Aceite.. 15912. No Debe Reaccionar con la Humedad.. 16013. Debe ser un Compuesto Estable.. 160 Mezclas de 160C digo de Colores para los Cilindros de Refrigerante .. 162 refrigerantes 163 Introducci nEn este cap tulo, se aprender c mo analizar las propie-dades de un refrigerante para transportar el calor. Existeuna cantidad grande de refrigerantes actualmente utiliza-dos en aplicaciones comerciales e industriales.

2 Cadarefrigerante tiene propiedades que difieren de otros, talescomo: puntos de ebullici n, calor espec fico, calor latente,densidad y otros factores que afectan la habilidad delrefrigerante para transferir el mantenimiento efectivo de cualquier sistema de refrige-raci n mec nica, depende grandemente de la compren-si n que se tenga de las propiedades del dificultad para resolver un problema, se torna m s f cil,cuando se sabe c mo reacciona el refrigerante a loscambios de temperatura y de presi n. El comportamientodel refrigerante frecuentemente es la clave para detectarel origen del nDe manera general, un refrigerante es cualquier cuerpo osubstancia que act e como agente de enfriamiento, ab-sorbiendo calor de otro cuerpo o substancia. Desde elpunto de vista de la refrigeraci n mec nica por evapora-ci n de un l quido y la compresi n de vapor, se puededefinir al refrigerante como el medio para transportar calordesde donde lo absorbe por ebullici n, a baja temperaturay presi n, hasta donde lo rechaza al condensarse a altatemperatura y presi refrigerantes son los fluidos vitales en cualquier siste-ma de refrigeraci n mec nica.

3 Cualquier substancia quecambie de l quido a vapor y viceversa, puede funcionarcomo refrigerante, y dependiendo del rango de presionesy temperaturas a que haga estos cambios, va a tener unaaplicaci n til un n mero muy grande de fluidos refrigerantesf cilmente licuables; sin embargo, s lo unos cuantos sonutilizados en la actualidad. Algunos se utilizaron mucho enel pasado, pero se eliminaron al incursionar otros conciertas ventajas y caracter sticas que los hacen m sapropiados. Recientemente, se decidi descontinuar al-gunos de esos refrigerantes antes del a o 2000, talescomo el R-11, R-12, R-113, R-115, etc., debido al deterio-ro que causan a la capa de ozono en la estrat su lugar, se van a utilizar otros refrigerantes como elR-123, el R-134a y algunas mezclas ternarias (ver cap tulo9). Los grandes fabricantes de refrigerantes , siguen traba-jando en el desarrollo de nuevos de los RefrigerantesLa pr ctica de la refrigeraci n, probablemente ha existidodesde la poca de las cavernas.

4 Con frecuencia, en lahistoria se menciona el uso de hielo y nieve naturales parafines de enfriamiento. Los chinos, y despu s los romanos,los usaban para enfriar sus bebidas. En algunos lugaresdonde s lo tienen hielo en el invierno, lo almacenaban enfosos para usarlo en el verano. En lugares des rticosdonde no dispon an de hielo o nieve en ninguna poca dela o, como en Egipto, se utilizaba la evaporaci n del aguapara el enfriamiento de bebidas, y hasta algunos disposi-tivos ingeniosos para hacer la estancia m s agua fue el primer refrigerante, con una larga historia deuso, continuando hasta nuestra poca. Con el paso deltiempo, se han hecho mejoras en cuanto a su manejo yalmacenamiento, pero a n se utiliza el hielo natural portodo el mundo. El uso hist rico y fundamental del hielo, hasido reconocido en una unidad de refrigeraci n: la tonela-da de refrigeraci n, la cual se define como la cantidad decalor que se requiere para fundir dos mil libras de hielo en24 refrigeraci n se dio un gran paso adelante, all por ela o 1600, cuando se descubri que una mezcla de hielocon sal, produc a temperaturas m s bajas que el hielosolo.

5 En cierta manera, sta fue la primer mejora sobre lanaturaleza en el campo de la refrigeraci finales del siglo XVIII, la inventiva del hombre sehab a dirigido hacia la producci n de fr o en el momento ytiempo que se deseara. Se desarrollaron m quinas paradisminuir la presi n del vapor del agua y acelerar suevaporaci n. Tambi n recibi considerable atenci n el137 Refrigerantesarte de producir fr o por la liberaci n de aire la primera parte del siglo XIX, se desarrollaronm quinas para la compresi n de vapor y se probaronmuchos fluidos como refrigerantes , entre los que sobresa-lieron el amon aco, bi xido de carbono, bi xido de azufre,cloruro de metilo y en cierta medida, algunos hidrocarbu-ros. A finales del siglo, la refrigeraci n mec nica estabafirmemente muchos a os (desde 1876), al amon aco se le hanencontrado excelentes propiedades como refrigerante, ydesde entonces, ha sido el refrigerante m s utilizadocom nmente. A n en la actualidad, ha demostrado sersatisfactorio, sobre todo en refrigeraci n industrial engrandes las d cadas siguientes, la atenci n fue orientada haciael mejoramiento del dise o mec nico y la operaci n de losequipos.

6 A principios del siglo XX, se desarrollaron lasunidades dom sticas y los refrigerantes en uso en esetiempo, padec an de una o m s propiedades eran t xicos, otros inflamables, y otros m soperaban a muy altas presiones; por lo que para estosequipos m s peque os, los ingenieros se enfocaron alrefrigerante de m s baja presi n de operaci n: el bi xidode azufre. Este refrigerante tiene algunas fallas serias,como la formaci n de cido sulfuroso cuando se combinacon el agua; es muy corrosivo y ataca las partes delsistema. Adicional a esto, cuando se fuga a n en peque- simas cantidades, causa tos violenta y cualidades indeseables, obligaron a los fabricantesa hacer las unidades menos propensas a fugas y a tenerprecauci n de secarlas, logrando reducir los requerimien-tos de servicio hasta un punto, donde las desventajas delrefrigerante no eran tan grandes. Literalmente, se constru-yeron millones de esas unidades que utilizaban bi xido deazufre, las cuales operaban 1928, el vicepresidente de una importante compa ade autom viles, Kettering, decidi que la industria dela refrigeraci n, si quer a llegar a alguna parte, necesitabaun nuevo refrigerante seguro y estable, que no fuerat xico, corrosivo ni inflamable, y que tuviera las caracter s-ticas necesarias para poder usarse en equipos compac-tos.

7 Kettering solicit a Thomas Midgely que explorara laposibilidad de desarrollar dicho producto. Un grupo dequ micos se pusieron manos a la obra e iniciaron lab squeda de tal refrigerante. Sab an que las combinacio-nes de fl or eran muy estables, as que, experimentaroncon algunos de los compuestos qu micos comunes decarbono, cloro e hidr geno, sustituyendo tomos de cloroe hidr geno por tomos de fl or, y en poco tiempo,lograron sintetizar el diclorodifluorometano. Demostraronque no era inflamable y que ten a una toxicidad experimentos consistieron en reordenar la mol culade tetracloruro de carbono. En la figura , se muestrala f rmula estructural de la mol cula de tetracloruro decarbono, usada para fabricar algunos de los refrigeranteshalogenados. Compar ndola con la mol cula de metanoen la figura , se ve que las dos son similares,excepto que el metano tiene 4 tomos de hidr geno y eltetracloruro tiene 4 tomos de cloro. Reemplazando un tomo de cloro por un tomo de fl or, se tiene otrocompuesto m s estable llamado tricloromonofluorometa-no o R-11, como se muestra en la figura Si sereemplazan dos tomos de cloro por dos de fl or, seobtiene el diclorodifluorometano o R-12, como se muestraen la figura 1929 se le solicit a una compa a qu mica, queayudara a desarrollar un proceso comercial pr ctico parala fabricaci n del nuevo refrigerante.

8 Con este desarrollonaci la industria de los refrigerantes halogenados, ningu-no de los cuales exist a antes. El primero de ellos fue elFre n 12, que durante muchos a os, fue el m s popular(ver figura ). De all siguieron el Fre n 11, el Fre n 21,el Fre n 114, y el Fre n 22, cada uno con sus caracter s-ticas embargo, el desarrollo de los refrigerantes Fre n notuvo una recepci n entusiasta. Las comisiones de seguri-dad eran prudentes en sus sanciones; los t cnicos deservicio estaban inconformes respecto a las fugas, porqueno los pod an detectar con el olfato; los contratistas losrechazaban porque costaban m s que el bi xido de azu-fre, y algunos de los fabricantes l deres, se rehusaban adise ar el equipo de refrigeraci n que se ajustara a laspropiedades termodin micas de estos , surgieron dise os que usaban peque ascantidades de estos refrigerantes costosos. Se dise aroncompresores, evaporadores, condensadores e intercam-biadores; se construyeron unidades paquete con un m ni-mo de uniones, y cada uni n estaba cuidadosamentedise ada y fabricada para eliminar fugas.

9 Se utilizaronnuevos materiales que no pod an ser utilizados con segu-ridad con los antiguos refrigerantes , los t cnicos se volvie-ron expertos en la detecci n de fugas, y el Fre n arrib como un refrigerante aceptado. El resultado fue que losfreones eran virtualmente la base de todas las unidadespeque as, y era usado tambi n en trabajos grandes deaire - F rmulas estructurales del R10, R-50, R-11 y - Fabricaci n del Fre n 12 y Fre n el tiempo, se fueron desarrollando otros compuestoshalogenados y creci la familia de los freones. Adem s derefrigerantes, se les encontraron otras aplicaciones, talescomo propelentes, solventes, extinguidores de fuego,agentes espumantes y otros. Algunos a os m s tarde,otras compa as comenzaron a fabricar los compuestoshalogenados con otros nombres la d cada de los setenta, ya hab a sospechas de queestos compuestos afectaban la capa de ozono de laatm sfera, pero no se pod a demostrar, y tal aseveraci nno era aceptado por los fabricantes.

10 Al principio de losochenta, estudios hechos por cient ficos de la NASA pormedio de sat lites, descubrieron un "adelgazamiento" dela capa de ozono en la Ant rtida, y estudios posteriores,comprobaron que el deterioro del ozono estratosf rico eradebido a la emisi n de compuestos halogenados, princi-palmente los que contienen bromo y cloro (ver cap tulo 9).Despu s de varios a os de negociaciones, se llev a caboun acuerdo internacional en 1989 en la ciudad de Montreal,Canad , por lo que se le conoce como el Protocolo deMontreal. Este protocolo es un esfuerzo unido de gobier-nos, cient ficos, industrias y grupos ecologistas coordina-dos por la UNEP (Programa Ambiental de las NacionesUnidas). Este acuerdo consisti en regular la producci n yuso de los clorofluorocarbonos (CFC) de manera gradual,hasta su total defasamiento antes del a o 2000, partiendode la base de los niveles de producci n mundial que hab aen tanto, los fabricantes de refrigerantes trabajabanen la b squeda de productos nuevos para substituir losque iban a desaparecer.