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Conceptos Básicos de Refrigeración y Aire Acondicionado. 2ª Entrega: Sobre Calor y Energía


Los técnicos en el área de refrigeración y aire acondicionado estamos acostumbrados a trabajar con gran variedad de equipos y herramientas; sin embargo, muchos desconocemos las definiciones o significados de los términos que comúnmente utilizamos en el día a día de nuestro trabajo.

En esta publicación nos encargaremos dar una definición a aquellas palabras que escuchamos en nuestro ámbito laboral y de las cuales en algunas ocasiones desconocemos su significado en su totalidad.

Estos son los términos y sus significados:

CALOR. Es la forma de energía generada por el movimiento de las moléculas de un cuerpo. Si el movimiento es menor, la cantidad de calor será igual que la del movimiento, es decir, menor; en cambio si ocurre lo contrario, la carga mayor de movimiento provocará que la temperatura se eleve.

Ilustración 1: El calor puede ser medido en Celsius o Faranheit.

BTU (British Thermal Unit). Unidad de medida inglesa que se utiliza para medir una cantidad de calor. Un BTU se define como la cantidad de calor necesaria para aumentar (o disminuir) en un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua.

TONELADA DE REFRIGERACIÓN. Se refiere a la capacidad de extracción de la carga térmica de un equipo de refrigeración. Es definida además como la cantidad de calor requerida para convertir una tonelada de hielo en agua en una hora. Una tonelada de refrigeración equivale a 12,000 BTU.

Ilustración 2: Conversión de unidades útiles para el cálculo en aire acondicionado

CALOR LATENTE.Se le llama así al calor necesario para producir un cambio de estado en una sustancia sin que exista un cambio de temperatura. Un ejemplo muy claro de esto es cuando ocurre el cambio de estado líquido a vapor del agua. Cuando el agua llega a los 100° C, mantiene su temperatura en esa misma cantidad hasta que se evapora por completo.

CALOR SENSIBLE.Es el calor causante de que una sustancia aumente su temperatura. Provoca un aumento o disminución de la temperatura, mientras que el calor latente solo produce un cambio de estado (líquido, vapor o sólido).

CONDENSACIÓN.Es un cambio de estado provocado por la extracción de calor (enfriamiento) donde los gases pasan a estado líquido.

EVAPORACIÓN.Es lo contrario a la condensación. Este cambio es producido por la introducción de calor (calentamiento) a un líquido para que pase al estado gaseoso.

CONDUCCIÓN.Se trata de la transferencia de calor a través de los sólidos. Esta transferencia ocurre cuando dos cuerpos con diferentes temperaturas entran en contacto directo provocando que el cuerpo con mayor temperatura seda parte de ella al cuerpo de menor temperatura, esto hasta que ambos posean la misma temperatura.

Figura 3: Ejemplo de convección

CONVECCIÓN.Es la transferencia de calor por medio de cuerpos en estado líquido o sólido. Un ejemplo de convección es cuando usamos el horno. Primero se calienta el aire de la cabina del horno para después encargarse de calentar la comida dentro del horno. La convección es la transferencia entre el aire y la comida.

CONVECCIÓN FORZADA.Es igual a la convección normal, pero con la diferencia de que en ésta aceleramos la transferencia de calor con medios externos. Por ejemplo, cuando usamos un abanico estamos forzando al aire a que fluya más rápido y absorba el exceso de temperatura corporal a mayor velocidad.

RADIACIÓN.Se le conoce así a la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas. El ejemplo más claro de la radiación son los rayos solares, éstos poseen ondas electromagnéticas que calienten los objetos que se interponen en su camino. De esta forma es como los pavimentos de las calles, donde los rayos del sol dan directamente, se calientan de manera exorbitante por la absorción del calor de las ondas electromagnéticas.

Esperamos que los conceptos dados en este artículo hayan sido de ayuda para ampliar la comprensión de nuestro trabajo; si crees conveniente que otros deban aprender sobre ellos no dudes en compartir.

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¿Es Necesario hacer el Reemplazo del R-22 en aire acondicionado?

En esta ocasión hablaremos de las opciones de sustitución para sistemas de aire acondicionado que actualmente contengan R-22. Intentaremos darte un poco de contexto histórico así como un sustento teórico para que tomes tu propia decisión de manera informada.

Lo primero que hay que aclarar ante la desinformación es que el R-22 está disponible en México de manera libre (de venta aquí), y si bien existe un plan conjunto del Gobierno Mexicano y organismos internacionales para su eliminación progresiva este deberá ejecutarse completamente hasta el año 2030 de acuerdo al Protocolo de Montreal.

La primera fase del calendario de eliminación de los Hidroclorofluorocarbonos (HCFC) en México se ha cumplido de manera satisfactoria de acuerdo a lo que se estableció en los acuerdos surgidos del Protocolo de Montreal. En el año 2015 se realizó una reducción del 10% en la oferta del refrigerante R-22 tanto por parte de las casas productoras (como Quimobásicos), así como de las otras empresas puramente comercializadoras. La eliminación paulatina ha dado la oportunidad a los técnicos HVACR de poder programar el reemplazo del refrigerante o, en su defecto, darle al cliente un cálculo del tiempo de vida estimado de los equipos con que cuenta.

Gráfica 1. Protocilo Montreral, Salida o “Phase Out” en del R-22 emisivo en México.

LA SUSTITUCIÓN DEL R-22 POR SUS ALTERNATIVAS

El R-22 en su mayoría es utilizado en aire acondicionado doméstico, residencial e industrial. Algunos importadores de “refrigerantes alternativos” señalan en su argumentación de ventas como principal característica de sus productos que el que “no es necesario reemplazar el lubricante”; olvidando que lo más importante en términos de sustitución es mantener la capacidad y eficiencia, además de tener el más bajo potencial de calentamiento global posible. Realizar la sustitución de R-22 bajo estas premisas indicaría en la mayoría de los casos que los equipos funcionen con menor eficiencia, consumiendo más energía y usando gases alternativos que no son los más amigables con el ambiente.

Viendo esta problemática en comunicación es que hicimos la comparación en condiciones controlada y analizado algunos de los reemplazos viables en el mercado mexicano como son: Genetron 422D, Genetron 407C, R-438A (también conocido como MO99) y R-417A.

De ellos obtuvimos el siguiente resultado en cuanto a su EFICIENCIA:

Gráfica 2. Eficiencia del R-22 vs Alternativas

En este análisis el refrigerante mejor posicionado en cuanto a CAPACIDAD, es el Genetron 407C al obtener un 6% más que los dos mejor posicionados (R417A y R422D), es necesario mencionar que con este refrigerante es necesario un cambio de lubricante de alquilbenceno por Polioléster (POE). Aquí es recomendable extraer un 85% del lubricante. Con el Genetron 407C se asegura una capacidad del 97% y no es necesario ajustar o cambiar las válvulas VTX.

En el caso de decidirse a usar los gases refrigerantes R438A (MO99), R422D  o el R417A tendrías que contar dentro de las desventajas que estos exhiben la notoria baja de eficiencia de los equipos y que su Potencial de Calentamiento Global sería también superior al del R-407C, en ellos es posible que no en todos los casos sería necesario el reemplazo del lubricante al realizar la sustitución. 

En este comparativo de las Eficiencia del R-22 vs Alternativas cabe mencionar que la prueba estuvo realizada bajo las siguientes condiciones constantes:

  • Desplazamiento del compresor 1m3/s
  • Eficiencia isotrópica de compresión de 0.7
  • Temperatura de condensación @ 45°C
  • Subenfriamiento 5°C
  • Temperatura de evaporación @ -3°C
  • Sobrecalentamiento de 5°C.
  • Temperatura de succión 4°C

Respecto al Potencial de Calentamiento Global (PCG) R 22 vs Alternativas

Gráfica 3. Potencial de Calentamiento Global.

Algunas Conclusiones Finales que consideramos importante deben ser mencionadas:

  • El refrigerante usado para reemplazar R-22 debe mantener capacidad y eficiencia.
  • El refrigerante usado para reemplazar R-22 debe ser compatible con los materiales originales del equipo. Por ejemplo con intercambiadores (condensador, evaporador, etc.), con el compresor y con otros componentes.
  • Las propiedades termodinámicas del refrigerante sustituto deben ser lo más cercano al refrigerante a sustituir (en este caso a las del R22).
  • El refrigerante sustituto debe mantener (o reducir) el índice de Potencial de Calentamiento Global (PCG).
  • El refrigerante del cual sustituyas debe cumplir con las regulaciones de producción y tener una producción a largo plazo.

 


Recuerda que si te quedan algunas dudas siempre puedes consultarnos sobre las mejores opciones para el reemplazo del R-22, no dudes en hacérnoslas saber en los comentarios o a nuestro correo electrónico quimobasicos@cydsa.com .

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Eficiencia y capacidad en la cadena del frío. Dos factores del ahorro de energía.

Actualmente los refrigerantes desarrollados como sustitutos pueden tener una pérdida de capacidad que no es cuantificada, generalmente solo hacen cambios sin dar importancia en estos factores:  capacidad y eficiencia que nos llevan a un ahorro de energía y por consecuencia a un ahorro monetario. Las alternativas actualmente son varias, incluso existen refrigerantes que por sus propiedades termodinámicas solamente son para sistemas nuevos de alta capacidad y eficiencia. 

La capacidad de enfriamiento es la cantidad de calor extraído del espacio por refrigerar y se mide en Btu/h o en toneladas de refrigeración que son las unidades más conocidas y utilizadas, la capacidad en toneladas de refrigeración de un sistema es equivalente a congelar 1 tonelada de agua líquida a 0 °C (32 °F) en hielo a 0 °C en 24 h será 1 tonelada y si lo queremos ver en Btu/h (Unidades térmicas Británicas por hora) serían igual a un valor 12,000.

La eficiencia por otro lado la podemos expresar de una manera muy sencilla como la cantidad de calor absorbida de donde la queremos, entre la cantidad de energía utilizada para hacer trabajar el compresor, un sistema de refrigeración debe garantizar la mayor cantidad calor extraído con la menor cantidad de potencia utilizada por el compresor.

Una vez que conocemos estas dos variables podemos iniciar a revisar el sistema para evaluar si se encuentra trabajando de acuerdo a lo requerido.

Cada refrigerante o mezcla de refrigerantes tiene propiedades que son únicas un R-22 tienen propiedades diferentes a un R-134a o a cualquier mezcla y esas propiedades son las que se utilizan para diseñar los sistemas tanto de refrigeración como de aire acondicionado, y que su  funcionamiento sea a su máxima eficiencia,  pero si nosotros no consideramos correctamente  esas variables (capacidad y eficiencia), si es un Aire acondicionado debe tener la capacidad de extraer el calor en función del área de la habitación, personas que normalmente la ocupan, etc; en el caso de refrigeración se debe considerar la temperatura de trabajo, el área, la cantidad de material y la rotación a mantener en esas condiciones, etc., tendremos un mayor gasto en a energía , y por otro lado, si no se hace una buena instalación y un buen mantenimiento de limpieza periódico, también nos llevara a mayores gastos de energía y por lógica a que la factura de consumo de electricidad sea alto.

En el caso de los refrigerantes actualmente se está buscando que sean cada vez amigables a medio ambiente mediante la sustitución de los actuales en equipos existentes, pero también nos tenemos que asegurar que cumplan con la capacidad y eficiencia que requerimos, asegurándonos que no se incrementen los consumos de energía, revisa las capacidades de los diferentes dispositivos del sistema para que ajustarlos y que trabajen a su máxima eficiencia.

No olvides revisar las propiedades de los refrigerantes en las tablas de presión-temperatura que encontraras en nuestra página web.

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Actualmente los refrigerantes desarrollados como sustitutos pueden tener una pérdida de capacidad que no es cuantificada, generalmente solo hacen cambios sin dar importancia en estos factores:  capacidad y eficiencia que nos llevan a un ahorro de energía y por consecuencia a un ahorro monetario. Las alternativas actualmente son varias, incluso existen refrigerantes que por sus propiedades termodinámicas solamente son para sistemas nuevos de alta capacidad y eficiencia. 

La capacidad de enfriamiento es la cantidad de calor extraído del espacio por refrigerar y se mide en Btu/h o en toneladas de refrigeración que son las unidades más conocidas y utilizadas, la capacidad en toneladas de refrigeración de un sistema es equivalente a congelar 1 tonelada de agua líquida a 0 °C (32 °F) en hielo a 0 °C en 24 h será 1 tonelada y si lo queremos ver en Btu/h (Unidades térmicas Británicas por hora) serían igual a un valor 12,000.

La eficiencia por otro lado la podemos expresar de una manera muy sencilla como la cantidad de calor absorbida de donde la queremos, entre la cantidad de energía utilizada para hacer trabajar el compresor, un sistema de refrigeración debe garantizar la mayor cantidad calor extraído con la menor cantidad de potencia utilizada por el compresor.

Una vez que conocemos estas dos variables podemos iniciar a revisar el sistema para evaluar si se encuentra trabajando de acuerdo a lo requerido.

Cada refrigerante o mezcla de refrigerantes tiene propiedades que son únicas un R-22 tienen propiedades diferentes a un R-134a o a cualquier mezcla y esas propiedades son las que se utilizan para diseñar los sistemas tanto de refrigeración como de aire acondicionado, y que su  funcionamiento sea a su máxima eficiencia,  pero si nosotros no consideramos correctamente  esas variables (capacidad y eficiencia), si es un Aire acondicionado debe tener la capacidad de extraer el calor en función del área de la habitación, personas que normalmente la ocupan, etc; en el caso de refrigeración se debe considerar la temperatura de trabajo, el área, la cantidad de material y la rotación a mantener en esas condiciones, etc., tendremos un mayor gasto en a energía , y por otro lado, si no se hace una buena instalación y un buen mantenimiento de limpieza periódico, también nos llevara a mayores gastos de energía y por lógica a que la factura de consumo de electricidad sea alto.

En el caso de los refrigerantes actualmente se está buscando que sean cada vez amigables a medio ambiente mediante la sustitución de los actuales en equipos existentes, pero también nos tenemos que asegurar que cumplan con la capacidad y eficiencia que requerimos, asegurándonos que no se incrementen los consumos de energía, revisa las capacidades de los diferentes dispositivos del sistema para que ajustarlos y que trabajen a su máxima eficiencia.

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Nuevas regulaciones de identificación y comunicación de peligros y riesgos por sustancias químicas

En las siguientes líneas te contaremos los elementos básicos sobre la nueva NOM-018-STPS-2015 que rige la identificación y comunicación de peligros y riesgos por sustancias químicas en las áreas de trabajo.

Primero que todo comenzaremos explicando que es una Norma Oficial Mexicana, ésta es una regulación obligatoria puesta por las dependencias competentes. La finalidad de una NOM es otorgar confianza a los consumidores de que el producto que adquieren es confiable; ampliar las opciones al consumidor y evitar que el uso o consumo del producto sea un riesgo para la salud.

La NOM-018-STPS-2015 entró en vigor el 9 de octubre del 2018 y su objetivo principal consiste en determinar los requisitos necesarios en los centros de trabajo del sistema armonizado de identificación y comunicación de los peligros y riesgos por sustancias químicas, de esta manera se previenen daños al personal del área y a los que actúan en casos de emergencia.

La NOM cuenta con una validez oficial en todo México y se aplica a todos los centros de trabajo donde es requisito trabajar con sustancias químicas de alto riesgo. Esta norma, a pesar de proteger contra químicos peligrosos, no aplica para todos los productos encontrando así que la NOM no protege contra: farmacéuticos, aditivos alimenticios, cosméticos, residuos de plaguicidas en alimentos y otros residuos peligrosos.

A continuación se mencionan algunas de las obligaciones que los trabajadores tienen bajo la NOM-018-STPS-2015:

  • Apoyar en la implementación del sistema armonizado de identificación y comunicación de peligros de sustancias químicas peligrosas y mezclas en el centro de trabajo.
  • Apoyo en los cursos y capacitaciones brindados por el patrón.
  • Conocer la información existente en las hojas de datos de seguridad, así como saber señalar las sustancias químicas peligrosas y las mezclan con las que se trabaja en el centro de trabajo.
  • Notificar al patrón la falta de hojas de datos de seguridad, de señalamientos de depósitos, recipientes o áreas de almacenamiento de las sustancias químicas peligrosas y de las mezclas con las que se trabaje en el centro de trabajo.

Pictogramas

Con estos nuevos lineamientos, se deberán usar los pictogramas que correspondan a los peligros y categorías de las sustancias químicas o mezclas como se muestra a continuación:

Figura 1. Pictogramas de Seguridad

Indicadores de peligro y consejos de prudencia

Tanto la señalización como las hojas de datos de seguridad empleadas en los centros de trabajo debe de incluir los peligros físicos, los códigos de las frases, las indicaciones de los peligros físicos, la clase o tipo de peligro y las categorías de peligro tal y como se muestran en nuestras hojas de seguridad disponibles en la página web de Quimobásicos; te invitamos a que las conozcas y descargues dando click en el siguiente enlace: Hojas de Seguridad.

En Quimobásicos sabemos que es de vital importancia el cumplimiento de las normas y regulaciones oficiales (la  NOM-018-STPS-2015 incluída). Por esto y más los empaques y envases de los productos que manejamos se encuentran señalados con los pictogramas para identificar peligros y riesgos por sustancias químicas peligrosas en los centros de trabajo, y esto mucho antes de la fecha de entrada en vigor de la Norma Oficial Mexicana. Para saber más acerca de esta norma puedes consultar la información directamente en la Secretaría del Trabajo dando click AQUÍ.

En las siguientes ilustraciones puedes observar las aplicaciones detalladas de los Códigos de Peligro (Figura 2), Consejos de Prudencia (Figura 2) y Pictogramas (Figura 3):

 

Figura 2. Códigos de Peligro y Consejos de Prudencia en Lata de 1kg de Genetron 134a


Figura 3. Pictogramas en Caja de Genetron 134a

Por tu propia seguridad y la de los tuyos te sugerimos confiar únicamente en productos que cumplan con estas regulaciones en pro de asegurar tu bienestar y el de tu negocio.

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