grupo Helado

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
ESCUELA DE MANTENIMIENTO MECÁNICO
EXTENSIÓN MATURÍN
TIPOS DE REFRIGERANTES Y
CARGAS TÉRMICAS
Autores:
Becerra Gregory
Bello Yilsen
González Jesús
Ortiz Luis Miguel
Grupo Helado
Asesor: Ing. Luis Castillo
Maturín, Agosto del 2016

2. 2
INTRODUCCIÓN.......................................................................................................3
TIPOS DE REFRIGERANTES.................................................................................4
1.1 Refrigerantes sintéticos .......................................................................................4
1.1.1 Clorofluorocarbonos .....................................................................................5
1.1.2 Hidroclorofluorocarbonados .........................................................................5
1.1.3 Hidrofluorocarbonados .................................................................................6
1.2 Refrigerantes naturales ........................................................................................6
1.2.1 Amoníaco (NH3, R717)................................................................................7
1.2.2 Hidrocarbonos (HC)......................................................................................7
1.2.3 Dióxido de carbono (CO2, R744).................................................................8
CARGAS DE REFRIGERACIÓN ............................................................................8
2.1 Carga por Transmisión........................................................................................9
2.2 Carga por Cambios de Aire .................................................................................9
2.3 Cargas Misceláneas .............................................................................................9
2.3.1 Luces ...........................................................................................................10
2.3.2 Motores .......................................................................................................10
2.3.3 Ocupación ...................................................................................................10
2.4 Carga del Producto.........................................................................................10
2.4.1 Calor específico...........................................................................................11
2.4.2 Calor Latente...............................................................................................11
2.4.5 Respiración..................................................................................................11
2.4.6 Tiempo de Abatimiento ..............................................................................11
CONCLUSIÓN..........................................................................................................13
BIBLIOGRAFÍA.......................................................................................................14

3. 3
INTRODUCCIÓN
En la actualidad hay una gran variedad de refrigerantes empleados en la
refrigeración, algunos de los cuales se usan comúnmente a nivel comercial. En las
primeras instalaciones de refrigeración se empleaban por lo general el amoniaco,
bióxido de sulfuro, propano, etano y cloruro metálico, los cuales aún se usan en varias
aplicaciones. Sin embargo debido a que estas sustancias son tóxicas, peligrosas o
tienen características no deseadas, han sido reemplazadas por substancias creadas
especialmente para usarse en refrigeración.
Para instalaciones con grandes compresores centrífugos o en aplicaciones
donde se requiere muy baja temperatura, se usan refrigerantes especiales, pero para
refrigeración comercial y aire acondicionado que utilizan compresores reciprocantes,
se usan refrigerantes R-134a, R-22, R-404A, R-507 y R-410A. Muchos refrigerantes
en uso actualmente contienen, carbono, flúor, cloro, y en algunos casos hidrógeno. La
excepción son el amoniaco y los HFC. Los HCFC fueron la primera opción para
las primeras etapas de sustitución de los CFC, debido a su amplia disponibilidad, a
sus bajos costos y, principalmente, a que termodinámicamente son capaces de hacer
el trabajo de refrigerantes. Fue necesaria una reducción y eliminación de HCFC,
debido a que estas sustancias también deterioran la capa de ozono. En la actualidad,
existen más de 60 refrigerantes para la sustitución de los HCFC. Entre los
refrigerantes nuevos que se han sugerido para el servicio de
mantenimiento de equipos, se encuentran los refrigerantes naturales,
como el dióxido de carbono (CO2), el amoniaco (NH3) y los refrigerantes a
base de hidrocarburos (HC). Una vez determinado el refrigerante a emplear se debe
hacer un estudio de las cargas presentes en el sistema o equipo d refrigeración para
esto se emplean valores tabulados y fórmulas que ayudan a calcular con exactitud
dichas cargas garantizando así que el equipo funcione de manera correcta y sea capaz
de mantener las condiciones de climatización necesarias requeridas.

4. 4
TIPOS DE REFRIGERANTES
Existen dos grupos diferentes de gases refrigerantes:
 Sintéticos: fluidos halocoarbonados tales como CFC, HCFC y HFC.
 No sintéticos: hidrocarbonos, dióxido de carbono, amoníaco, agua,
aire (también denominados refrigerantes naturales).
1.1 Refrigerantes sintéticos
Los refrigeradores empleados entre el año 1980 hasta 1929 empleaban gases
altamente tóxicos (amoníaco, cloruro de metilo y dióxido de sulfuro) como
refrigerantes. Varios accidentes fatales ocurrieron en la década de 1920 debido a la
fuga de cloruro de metilo de los refrigeradores. Se inició en conjunto de tres
corporaciones americanas la búsqueda de métodos menos peligrosos.
En el año 1928, se inventaron los refrigerantes CFC y HCFC como sustitutos
para los refrigerantes altamente tóxicos y flamables. Los refrigerantes CFC y HCFC
son un grupo de mezclas orgánicas conteniendo como elementos el carbono y el
flúor, y, en muchos casos, otros halógenos (especialmente el cloro) e hidrógeno. La
mayoría de los CFC y HCFC tienden a ser incoloros, sin olor, no flamables y no
corrosivos. Debido a que los CFC y HCFC tienen poca toxicidad, su uso elimina el
peligro de muerte por una fuga en un refrigerador. En solo pocos años, los
compresores de refrigeradores que usaban CFC se volvieron el estandard para casi
todas las cocinas hogareñas. En años siguientes, se introdujeron en una serie de
productos los refrigerantes R11, R13, R114 y R22, que ayudaron a la expansión de la
industria de la refrigeración y el aire acondicionado. Con el advenimiento del
Protocolo de Montreal, los refrigerantes HFC se desarrollaron durante el año 1980 y
1990 como alternativa a los CFC y HCFC.
Refrigerantes con potencial dañino a la capa de ozono:

5. 5
1.1.1 Clorofluorocarbonos
Los refrigerantes CFC consisten de cloro, flúor y carbono. Los refrigerantes
más comunes en este grupo son el R11, R12 y R115 (con la mezcla R502). Tal como
se mencionó más arriba, estos refrigerantes vienen siendo usados ampliamente desde
1930, en muchas aplicaciones, incluyendo refrigeración doméstica, refrigeración
comercial, almacenamiento frío, transporte y aire acondicionado del auto. Debido a
que no contienen hidrógeno, los CFC son muy estables químicamente, y tienden a
tener buena compatibilidad con la mayoría de los materiales y lubricantes
tradicionales como los del tipo mineral. A lo largo de toda la variedad de CFC, tienen
una amplia variedad de características de presión - temperatura, y por lo tanto cubren
un amplio margen de aplicaciones. Sus propiedades termodinámicas y de transporte
son generalmente buenas, y por lo tanto ofrecen un potencial muy bueno de
eficiencia. La buena estabilidad también resulta en un bajo nivel de toxicidad y no
flamabilidad, obteniendo una clasificación de A1 en seguridad.
Sin embargo, debido a que contiene cloro, los refrigerantes CFC dañan la capa
de ozono (ODP), y debido a su larga vida en la atmósfera, aumentan el calentamiento
global (GWP). De manera similar, existen gases ambientalmente ecológicos, pero con
un alto valor de GWP. Sin embargo, estos no son controlados por el Protocolo de
Kyoto debido a que son controlados y están siendo eliminados por el Protocolo de
Montreal. Tradicionalmente, los refrigerantes CFC fueron muy baratos y
ampliamente disponibles, hoy en día son mucho más caros y su disponibilidad
disminuye.
1.1.2 Hidroclorofluorocarbonados
Los refrigerantes HCFC consisten de hidrógeno, cloro, flúor y carbón. Los
refrigerantes más comunes en este grupo son el R22, R123 y R124 (dentro de varias
mezclas). Debido a que contienen hidrógeno, los HCFC son en teoría menos estables
químicamente que los CFC, pero sin embargo tienden a tener buena compatibilidad
con la mayoría de los materiales y lubricantes tradicionales.

6. 6
1.1.3 Hidrofluorocarbonados
Los refrigerantes HFC consisten de hidrógeno, flúor y carbono. Los
refrigerantes más comunes son el R134a, R32, R125 y R143a (la mayoría incluidos
dentro de mezclas tales como R404A, R407C y R410A). Estos están siendo usados
en gran escala desde 1990 en casi todas las aplicaciones correspondientes a los CFC y
HCFC, incluyendo refrigeración doméstica, refrigeración comercial, almacenamiento
frío y aire acondicionado automotor. Los HFC son generalmente estables
químicamente, y tienen tendencia a ser compatibles con la mayoría de los materiales.
Sin embargo, no son miscibles con los lubricantes tradicionales, y por lo tanto se
emplean otros lubricantes del tipo sintético. A lo largo del rango de refrigerantes
HFC, existen distintas versiones a diferentes presiones y temperaturas. Sus
propiedades termodinámicas y de transporte son desde casi a muy buenas, y por lo
tanto ofrecen una excelente opción. Aunque algunos HFC son clasificados como A1
en términos de seguridad, algunos poseen clasificación A2 (baja toxicidad y baja
flamabilidad). A diferencia de los CFC y HCFC, no contienen cloro, y por lo tanto no
dañan la capa de ozono. Sin embargo, debido a su largo período de vida, son
refrigerantes ecológicamente aceptables pero con un alto valor de GWP. Estos son
controlados por el Protocolo de Kyoto. Actualmente, los refrigerantes HFC tienen un
precio moderado, contra el precio de las mezclas que están comenzando a aumentar
de precio. Aunque numerosos países están desarrollando leyes para controlar el uso y
emisión de gases HFC, muchos están disponibles, y lo continuarán siendo por un
futuro mayor.
1.2 Refrigerantes naturales
Varios hidrocarbonos, el amoníaco y dióxido de carbono pertenecen al grupo
denominado refrigerantes naturales. Todos los refrigerantes naturales existen en los
ciclos de la naturaleza, inclusive sin intervención del ser humano. Tiene un valor de
ODP igual a 0 y no son GWP. Las innovaciones y evolución en la tecnología han
contribuido en la consideración de estos refrigerantes naturales. Debido a su mínimo
impacto ambiental y por ser más apropiados y acordes desde el punto de vista de la

7. 7
sustentabilidad tecnológica, los sistemas frigoríficos con refrigerantes naturales
pueden jugar un rol importante en el futuro de muchas aplicaciones.
1.2.1 Amoníaco (NH3, R717)
El amoníaco contiene nitrógeno e hidrógeno, y es ampliamente utilizado en
muchas industrias. Ha sido empleado como refrigerante desde los años 1800, y hoy
en día es comúnmente usado en refrigeración industrial, en procesos alimenticios y
más recientemente está siendo usado en refrigeración comercial y chillers.
El R717 es químicamente estable, pero reacciona bajo ciertas condiciones, por
ejemplo, cuando se pone en contacto con dióxido de carbono o agua o cobre. Por otro
lado, es compatible con el acero y con el aceite correctamente seleccionado. Las
características de presión y temperatura del R717 son similares al R22. Sin embargo,
sus propiedades termodinámicas y de transporte son excelentes, aumentando
potencialmente la eficiencia de los sistemas. Debido a su alto grado de toxicidad y
baja inflamabilidad, posee una clasificación igual a B2. A diferencia de los gases
fluorados, no tiene impacto en la capa de ozono y tiene un valor igual a cero de
calentamiento global (GWP).
1.2.2 Hidrocarbonos (HC)
Estos refrigerantes contienen carbono e hidrógeno, y son ampliamente usados
en dentro de muchas industrias. Los más comúnmente usados para propósitos de la
refrigeración son el isobutano (C4H12, R600a) y propano (C3H8, R290), propileno
(C3H6, R1270) y se usan también en mezclas compuestas en parte por estos fluidos.
Dentro de lo que es aplicaciones industriales, se usan una variedad de otros HC. En
general, los refrigerantes HC han sido usados como refrigerante desde los años 1800
hasta 1930, y fueron re-aplicados desde la década de los 90. Aparte de su uso en
refrigeración industrial, los refrigerantes HC se han usado en refrigeradores
domésticos, refrigeración comercial, acondicionadores de aire y chillers. Los
refrigerantes HC son químicamente estables, y exhiben una compatibilidad similar a
los CFC y HCFC. Los Hc también tienen excelentes propiedades termodinámicas y

8. 8
de transporte. Debido a su alta inflamabilidad, los HC tienen una clasificación de
seguridad de A3. Al igual que el R717, los refrigerantes HC no tienen impacto en la
capa de ozono y su efecto en el calentamiento global es insignificante. Tanto el
R600a y R290 son muy baratos pero su disponibilidad depende del país.
1.2.3 Dióxido de carbono (CO2, R744)
Este refrigerante contiene carbono y oxígeno, y es ampliamente empleado en
muchas industrias. Ha sido extensivamente usado durante mediados de los años 1800,
pero se discontinuó su uso con la aparición de los CFC y HFCF. A finales de los años
1990, emergió nuevamente como refrigerante y su uso se ha venido incrementando en
las industrias de la refrigeración, almacenaje frío, refrigeración comercial, y bombas
de calor, entre otros. El R744 es químicamente estable y no reacciona en la mayoría
de las condiciones, y es compatible con muchos materiales. Las características de
presión y temperatura del R744 son diferentes a de la mayoría de los refrigerantes
convencionales, y es por eso, por ejemplo, que opera a presiones siete veces mayores
que el R22, con lo cual el sistema debe ser diseñado con consideraciones especiales
para soportar altas presiones.
Además, tiene una baja temperatura crítica, de manera que cuando la
temperatura ambiente supera los 25º C, se necesita el diseño de un sistema especial.
Por otro lado, sus propiedades termodinámicas y de transporte son excelentes,
haciendo que los sistemas sean potencialmente eficientes en climas fríos. Debido a su
baja toxicidad y no inflamable, tiene una clasificación de seguridad de A1. A
diferencia de los refrigerantes fluorados, no tiene impacto en la capa de ozono. Sin
embargo posee un valor igual a 1 de potencial de calentamiento global (GWP). El
R744 es muy barato y ampliamente disponible en el mercado.
CARGAS DE REFRIGERACIÓN
Existen diferentes tipos de cargas presentes en un sistema de refrigeración,
cada una debe ser tomada en cuenta para el correcto diseño e implementación de

9. 9
equipos y sistemas de refrigeración. Los tipos de cargas que pueden estar presentes
son:
2.1 Carga por Transmisión
Los métodos para determinar la cantidad de flujo de calor a través de los
muros, piso y techo, están bien establecidos. Esta ganancia de calor es directamente
proporcional al DT, entre los dos lados del muro. El tipo y espesor del aislamiento
usado en construcción de la pared, El área exterior de la pared y el DT entre los dos
lados del muro son los tres factores que establecen la carga a través de muros.
Algunos refrigeradores para temperaturas arriba del punto de congelación son
construidos con el piso sin aislamiento. Para congeladores puede ser necesario
proveer calor en la base de la losa para evitar congelamiento del agua del terreno y
levantamiento del piso. La temperatura mínima de la losa deberá ser por lo menos
40°F, normalmente 55°F deberá ser usada para aplicaciones de congeladores.
2.2 Carga por Cambios de Aire
Siempre que la puerta de una cámara de refrigeración es abierta, cierta
cantidad de aire caliente del exterior entrará a la cámara. Este aire deberá ser enfriado
a la temperatura de la cámara refrigerada, resultando una considerable fuente de
ganancia de calor. Esta carga es algunas veces llamada carga de infiltración.
2.3 Cargas Misceláneas
Aun cuando la mayoría de la carga térmica en una cámara refrigerada o un
congelador es causada por la pérdida a través de paredes, cambios de aire y producto
enfriado o congelado. Existen otras tres fuentes de calor que no deben ser
descuidadas para la selección del equipo de refrigeración. Puesto que el equipo tiene
que mantener la temperatura bajo las condiciones de diseño, estas cargas son
generalmente promediadas a un periodo de 24 hrs. para suministrar la capacidad
durante este lapso. Dentro de este grupo están:

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2.3.1 Luces
Los requerimientos típicos son de 1 a 1/2 watt por pie2. Las cámaras de cortes
o proceso puedan ser del doble de capacidad estimado. Cada watt el multiplicado por
3.42 BTU / watt para obtener un BTUH estimado. Este es entonces multiplicado por
24 para tener un porcentaje diario estimado.
2.3.2 Motores
Los motores más pequeños usualmente son menos eficientes y tienden a
generar más calor por HP que los motores más grandes, por ésta razón la tabla 11 en
la página 19, está dividida en grupos de HP. Los motores están ubicados en el
exterior pero que el trabajo se realiza el interior, común transportador, rechazarán
menos calor dentro del espacio refrigerada. Si para manejar el material o producto se
utiliza equipo como montacargas, deberá incluirse la carga térmica del motor.
Generalmente se usan montacargas los cuales funcionan con batería en las cámaras
refrigeradas, lo cual representa una ganancia de calor de 8,000 a 15,000 BTU, o más
sobre el período de funcionamiento. Si las condiciones de carga debidas a los motores
se desconocen, se puede asumir un motor de 1 HP para cada 16,000 pies3 en cámara
de enfriamiento, y 1 HP por cada 12,500 pies 3 en cámara de congelación,
aplicándose a motores de ventiladores y algunos montacargas en funcionamiento.
2.3.3 Ocupación
La ocupación múltiple para un período corto debe promediarse a un período
superior a 24 hrs. Si la carga por ocupación no es conocida, se permite una persona
cada 24 hrs para cada 25,000 pies3 de espacio.
2.4 Carga del Producto
Siempre que un producto tenga una temperatura más alta y sea colocado en una
cámara de refrigeración o congelación, el producto perderá su calor hasta que éste
alcance la temperatura de almacenamiento. Esta carga térmica consta con cuatro
componentes que se definen a continuación:

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2.4.1 Calor específico
Es la cantidad de calor que debe de ser removido de una libra de producto
para reducir su temperatura 1°F, se le llama calor específico. Este tiene dos valores:
uno aplicado cuando el producto está arriba del punto de congelación; el segundo es
aplicable después de que el producto ha alcanzado su punto de congelación.
2.4.2 Calor Latente
Es La cantidad de calor que debe eliminarse a una libra de producto para
congelarlo, se le llama calor latente de fusión. La mayoría de los productos tienen un
punto de congelación en el rango de 26°F a 31°F, y si la temperatura exacta es
desconocida, ésta puede considerarse de 28°F
Existe una relación definida entre el calor latente de fusión del contenido de
agua del producto, su calor específico y latente. Estimación de los calores específico
y latente:
Calores específico arriba del punto de congelación = 0.20 + (0.008% agua).
Calor específico abajo del punto de congelación = 0.20 + (0.003% agua).
Calor latente = 143.3 x % agua.
2.4.5 Respiración
Las frutas frescas y los vegetales están vivos. Incluso en el almacén
refrigerado generan calor, el cual es llamado calor de respiración. Estos
continuamente son sometidos a un cambio en el cual se libera energía en forma de
calor, la cual varía con el tipo y temperatura del producto. Los valores son
generalmente tabulados en BTU/lbs/24hrs y son aplicados al peso total del producto
que se almacena y no sólo lo retirado diariamente.
2.4.6 Tiempo de Abatimiento
Cuando la carga del producto es calculada con un tiempo de abatimiento
diferente a 24 hrs.

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Un factor de corrección:
24 hrs.
Tiempo de abatimiento (c)
Debe de multiplicar a la carga del producto.
Mientras que el abatimiento de temperatura del producto puede ser calculado,
no debe otorgarse ninguna garantía en relación con la temperatura final del producto
debido a los diversos factores incontrolables. (Esto es el tipo de empaque, posición de
la carga, método de almacenamiento, etc.)

13. 13
CONCLUSIÓN
Podemos decir que la refrigeración es un proceso que consiste en bajar o
mantener el nivel de calor de un cuerpo o un espacio. Considerando que realmente el
frío no existe y que debe hablarse de mayor o menor cantidad de calor o de mayor o
menor nivel térmico (nivel que se mide con la temperatura), refrigerar es un proceso
termodinámico en el que se extrae calor del objeto considerado (reduciendo su nivel
térmico), y se lleva a otro lugar capaz de admitir esa energía térmica sin problemas o
con muy pocos problemas.
Entendiendo que al referirnos a cargas térmicas estamos hablando
implícitamente de fenómenos asociado a sistemas de climatización, como a sistemas
frigoríficos. Se trata de la cantidad de energía térmica por unidad de tiempo, es decir
la potencia térmica que un recinto cerrado intercambia con el exterior debido a las
diferentes condiciones higrotérmicas del interior y del exterior, considerando las
exteriores como las más desfavorables posible.
El cálculo de estas cargas permite disponer los sistemas adecuados de
calefacción o refrigeración para compensarlas. En principio, podríamos englobar
dentro el término refrigerante a cualquier sustancia que cambie de fase de líquido a
vapor a una temperatura baja, en función de las condiciones de presión , pero para su
utilización en un ciclo de refrigeración por compresión, debe cumplir con
características o propiedades que son las que determinan si son una opción viable y
factible para el sistema o equipo de refrigeración, es por ello que existe una amplia
variedad de refrigerantes debido a que hay una amplia variedad de aplicaciones que
requieren características especiales.

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BIBLIOGRAFÍA
Enlaces Web:
https://es.wikipedia.org/wiki/Refrigerante
https://www.gildardoyanez.com/refrigerantes/
http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/frio-industrial-y-aire-
acondicionado/material-de-clase-2/003%20Cargas%20Termicas.pdf
http://www.cype.net/manuales/cypetherm_ashrae_loads/Informe_de_cargas_t
ermicas.pdf
http://www.bohn.com.mx/archivospdf/bct-025-h-eng-1apm-manual-
ingenieria.pdf