La lección del profesor sobre refrigerantes HFO y HC

Los refrigerantes de hidrofluoroolefina (HFO) y de hidrocarburos (HC) se conocen como refrigerantes de cuarta generación para el siglo XXI, después de los clorofluorocarbonos (CFC), los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) y los hidrofluorocarbonos (HFC).

Los refrigerantes HFO son en realidad refrigerantes HFC insaturados y son ampliamente reconocidos como la próxima generación de refrigerantes debido a su respeto al medio ambiente, su rentabilidad y su gran eficiencia energética.

Los HFO se distinguen de los HFC por ser derivados de olefinas en lugar de alcanos (parafinas). Las olefinas tienen átomos de carbono unidos por un doble enlace mientras que los alcanos tienen enlaces simples entre los átomos de carbono. Los refrigerantes de hidrofluorocarbono (HFC) como R-134a, -125, -143a y -152a, y las mezclas de refrigerantes a base de HFC como R-507, -407A, -407B, -407C y -410A están compuestos de hidrógeno, flúor. , y carbono conectados por enlaces simples entre los átomos. Los refrigerantes de hidrofluoroolefina (HFO) también están compuestos de átomos de hidrógeno, flúor y carbono, pero contienen al menos un doble enlace entre los átomos de carbono.

Dos refrigerantes HFO populares son HFO-1234yf y HFO-1234ze (consultetabla 1 aquí ). Tanto el HFO-1234yf como el HFO-1234ze tienen un potencial de agotamiento de la capa de ozono (ODP) nulo con potenciales de calentamiento global (GWP) extremadamente bajos. Debido a sus valores de GWP más bajos, estos refrigerantes tienen un ciclo de vida mucho más corto en la atmósfera.

Estos dos refrigerantes HFO tienen una clasificación de seguridad A2L, lo que significa que tienen baja toxicidad pero son ligeramente inflamables (consulteTabla 2 aquí ). A2L y B2L son refrigerantes de baja inflamabilidad con una velocidad máxima de combustión igual o inferior a 10 centímetros por segundo (cm/s) o 3,9 pulgadas por segundo (pulg./s). La letra mayúscula “L” se refiere a una inflamabilidad “menor”. Existen HFO que tienen clasificaciones de seguridad A1 (no inflamables); sin embargo, es necesario realizar más investigaciones y pruebas con estos refrigerantes.

HFO-1234yf es un sustituto de bajo PCA del R-134a destinado a su uso en sistemas de aire acondicionado móviles (MAC) en la industria automotriz. Muchos fabricantes de automóviles europeos y algunos estadounidenses utilizan actualmente HFO-1234yf para aplicaciones de aire acondicionado móviles.

El HFO-1234yf tiene un PCA 300 veces menor que el del HFC-134a.

HFO-1234yf tiene el costo de cambio más bajo para los fabricantes de automóviles en comparación con otras alternativas. Sin embargo, el coste inicial del refrigerante es mucho mayor que el del HFC-134a.

Aunque ASHRAE clasifica el refrigerante como ligeramente inflamable, varios años de pruebas realizadas por la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) demostraron que el HFO-1234yf no podía encenderse en las condiciones que normalmente experimenta un vehículo.

El HFO-1234ze está destinado a reemplazar al R-410A en aplicaciones de bombas de calor y aire acondicionado residenciales y comerciales ligeros, al tiempo que ofrece una reducción del 75 por ciento en el GWP. Se puede utilizar en enfriadores enfriados por aire y por agua en supermercados y edificios comerciales. Otras aplicaciones incluyen máquinas expendedoras, refrigeradores, dispensadores de bebidas, secadores de aire y sistemas en cascada de dióxido de carbono en refrigeración comercial.

HFO-1234ze también ofrece una excelente eficiencia energética, es rentable y puede usarse en el diseño de equipos existentes con cambios mínimos. Tiene ventajas significativas sobre el R-32, que tiene un PCA medio, una clasificación de seguridad de refrigerante A2 y altas temperaturas de descarga. (A2 significa baja inflamabilidad y baja toxicidad). Las altas temperaturas de descarga pueden afectar el rendimiento y la durabilidad del sistema en climas cálidos. Además, es posible que sean necesarios cambios de aceite con R-32. (Tabla 2incluye una comparación de los puntos de ebullición atmosféricos de algunos refrigerantes populares CFC, HCFC, HFC, HFO, HC y naturales).

Debido a la ligera inflamabilidad de los HFO, se han realizado extensos estudios sobre su seguridad en automóviles, enfriadores centrífugos y otras aplicaciones estacionarias. Una consideración clave para la aceptación generalizada de los refrigerantes HFO es el desarrollo de normas y códigos para el uso seguro de estos refrigerantes A2L levemente inflamables.

Los HFO son miscibles en aceites lubricantes tipo poliolester (POE). La miscibilidad de los HFO con lubricantes POE es comparable a la del R-134a. Los HFO no son solubles en aceites minerales ni en lubricantes de alquilbenceno.

Los refrigerantes HC están clasificados por ASHRAE en el grupo de seguridad A3. Los refrigerantes del grupo de seguridad A3 son muy inflamables. Los refrigerantes HC puros no tienen cloro ni flúor en sus moléculas; no contienen nada más que hidrógeno y carbono, por lo que tienen un potencial de agotamiento del ozono (ODP) nulo.

Muchos refrigerantes CFC, HCFC y HFC se originan a partir de estas dos moléculas base de etano y metano. Sin embargo, hoy en día ni el etano ni el metano se utilizan como refrigerantes HC independientes en los EE. UU. Los refrigerantes HC contribuyen al calentamiento global, pero su GWP es muy bajo en comparación con los refrigerantes CFC, HCFC y HFC (Vertabla 1).

Los refrigerantes HC tienen una mejor eficiencia energética y un menor uso de energía en comparación con los refrigerantes HFC que se utilizan actualmente. Estos refrigerantes son creados por la naturaleza, no por una empresa química, y a menudo se les denomina refrigerantes "naturales". Los refrigerantes más eficientes y seguros para el medio ambiente que existen hoy en el mundo son todos los refrigerantes naturales. Estos refrigerantes incluyen HC, amoníaco, aire, agua y dióxido de carbono. Los HC se utilizan como refrigerantes independientes en Europa para muchas aplicaciones. Las aplicaciones comunes incluyen refrigeradores comerciales y enfriadores de botellas, unidades de aire acondicionado tipo split y refrigeradores y congeladores domésticos.

En EE.UU., sólo algunos HC han sido aprobados por la Agencia de Protección Ambiental de EE.UU. (EPA) en virtud de su Política de Nuevas Alternativas Significativas (SNAP). SNAP ha aprobado el uso de HC en EE. UU. sólo en equipos nuevos, en condiciones limitadas, con cantidades limitadas de carga de refrigerante debido a su alta inflamabilidad. Durante muchos años, se han utilizado pequeños porcentajes de HC en muchas mezclas de refrigerantes a base de HCFC y HFC en los EE. UU. para ayudar en el retorno del aceite al compresor. Sin embargo, las mezclas de refrigerantes que contienen pequeñas cantidades de refrigerantes HC no son inflamables. Esto se debe a que el refrigerante HC constituye sólo un pequeño porcentaje (menos del 3 por ciento) de la mezcla total de refrigerantes. Algunos hidrocarburos populares incluyen propano, isobuteno, isopentano, metano, etano y R-441A, una mezcla HC de éter, propano, isobuteno y n-butano.

Algunas mezclas de refrigerantes que incorporan refrigerantes HC en pequeños porcentajes para fines de retorno de aceite incluyen R-402A, -402B, -403A, -406A y -438A.

Al momento de escribir este artículo (a principios de noviembre de 2014), solo el R-600a (isobutano), el R-290 (propano) y el R-441A (mezcla de HC) habían sido aprobados por el programa SNAP de la EPA para su uso en los EE. UU. para estos tres refrigerantes HC se incluyen nuevos refrigeradores minoristas independientes. Los equipos congeladores pueden utilizar propano (R-290) siempre y cuando la carga de refrigerante no supere las 5,3 onzas (150 gramos); y los refrigeradores y congeladores domésticos nuevos o los refrigeradores/congeladores combinados pueden usar isobutano (R-600a) o R-441A siempre que el tamaño de la carga de refrigerante no exceda las 2,0 onzas (57 gramos).

Tenga en cuenta que el programa SNAP de la EPA solo permite el uso de HC en los EE. UU. en aplicaciones limitadas y únicamente en equipos nuevos. En los EE. UU. no se permite la modernización de equipos que contengan refrigerantes HC. Sólo se pueden usar refrigerantes HC autorizados en el compresor y en la placa de identificación del sistema en cada pieza específica del equipo. Incluso las piezas de repuesto para equipos que contienen un refrigerante HC inflamable deben ser compatibles con ese refrigerante específico. Es posible que también se apliquen en ciertos municipios las regulaciones locales que rigen el uso de HC como refrigerante. Es responsabilidad del técnico de servicio mantenerse al tanto de las regulaciones locales, nacionales y globales que rigen los refrigerantes HC.

Los HC, como los refrigerantes HCFC y HFC, tienen puntos de ebullición deseables para aplicaciones de refrigeración y/o aire acondicionado. Sin embargo, debido a los bajos puntos de ebullición de estos refrigerantes, se deben tomar precauciones de seguridad. (Tabla 2enumera algunos CFC, HCFC, HFC, HFO, HC y refrigerantes naturales conocidos con sus clasificaciones de seguridad y puntos de ebullición a presión atmosférica para fines de comparación).

Fecha de publicación: 1/12/2014

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John Tomczyk es profesor emérito de HVACR de la Ferris State University, Big Rapids, Michigan, y coautor de Refrigeration & Air Conditioning Technology, publicado por Cengage Learning. Contáctelo en [email protected].