03/06/2016
1
GILDARDO YAÑEZEspecialista en Refrigeración
www.gidardoyanez.com
@ingenieroyanez
El refrigerante final se llama cambio
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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
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Agujero Ozono en el polo norte15 millones de Km2
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Debilidad en el Polo Norte
AfectaciónPotencial
700 Millonesde Habitantes
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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
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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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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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• 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
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• 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
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Sistemas de Refrigeración
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• 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
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• 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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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
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Booster TranscríticoCascadaSecundario
Opciones:Secundario, Cascada, Booster Transcrítico
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CO2 DX
CO2 DX
CO2 DX
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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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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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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
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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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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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Refrigeradores BotellerosRefrigerante CO2 en transcrítico
44
GILDARDO YAÑEZEspecialista en Refrigeración
www.gidardoyanez.com@ingenieroyanez