Refrigerantes de bajo PCG

© Derechos de autor para Gildardo Yañez , www.gildardoyanez.com
Refrigerantes de Bajo
Potencial de
Calentamiento Global Sustitutos del R-22
Ponente:
Gildardo Yañez, Ingeniero
www.gildardoyanez.com

¿Que es el Potencial
de Calentamiento Global de un Refrigerante?
El PCG del R-22 = 1810
• Significa que una tonelada métrica de R-22
equivale a 1810 toneladas métricas de CO2
• Liberar 1kg de R-22 equivale a liberar 1810
kgs de CO2 durante un umbral de cien años.

Gases de Efecto
Invernadero
Relación entre las SAO y los
Gases de Efecto Invernadero
Sustancias Agotadoras de la
Capa de Ozono
Metil Cloroformo
(CH3Cl)
Bromuro de Metilo
(CH3Br)
Tetracloruro de Carbono
(CCl4)
CH4
Metano
SF6
Hexafluoruro de Azufre
N2O
CO2
H-1211
H-1301
CFC-11
CFC-502
CFC-12
R-141b
R-22
HFC-404A
HFC-134a
HFC-410APFCs
Perfluorocarbonos

Cese de producción
Gases
CFC
HCFC
HFC
México
2005
2030
Equipo Nuevo
Ninguno
EU
1995
2010 Equipo Nuevo
2020 Servicio
Ninguno
Europa
1995
2000 Equipo Nuevo
2010 Servicio
2011 – 134a autos
nuevos A/C sistema

Regulaciones Europeas
Impuestos HFC :
Dinamarca, Noruega y Suecia
Se toma la cantidad en Kgs. y el PCG del refrigerante.
Ejemplo 1 kg de R-134a:
20 Euros en Dinamarca
28 Euros en Suecia
34 Euros en Noruega
• La regulación Europea F-Gas & Mobile Directive:
1/1/2011: Ningún modelo nuevo PCG > 150
1/1/2017: Ningún vehículo nuevo PCG > 150
Referencia: Low GWP Refrigerants and Their Performance Potentials
J. Steven Brown, Ph.D., P.E., The Catholic University of America
2011 ASHRAE Winter Meeting, Las Vegas, Nevada, January 2011

Calendario establecido
para reducir el consumo de HCFC
Sustancia agotadora
de la Capa de Ozono
Línea base Compromiso de
reducción
Hidroclorofluorocarbonos
(HCFC)
Consumo promedio de
los años 2009-2010
Año base 2013=100%
10% a partir de 2015
35% a partir de 2020
67.5% a partir de 2025
97.5% a partir de 2030
Consumo de 2.5% en el
periodo 2030-2040 con
revisión en 2020
Datos al: 26 de Julio del 2010
Calendario de reducción para los
Hidroclorofluorocarbonos de los países artículo 5
Referencia: Protocolo de Montreal

Clasificación establecida
por el TEAP
TEAP: Panel de Evaluación Económica ONU
Bajo PCG: < 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
Referencia: UNEP OEWG-30 - TF Decisión XXI/9
http://es.slideshare.net/ingenierogildardo/report-oftheteapxxi9taskforce

Tendencias en Refrigerantes
Movimiento hacia una 4a generación
4a.
Generación
Bajo PCG
Cero SAO
R-1234yf
R-1234ze
3a.
Generación
Cero SAO
R-134a
R-407C
R-410A
R-404A
2a.
Generación
R-22
R-408A
R-409A
R-401A
R-402B
1a.
Generación
R-11
R-12
R-502
Protocolo de Montreal
Eliminación de SAO
Protocolo de Kyoto
Reducción de PCG

INCIO
AHORA
Evolución
Evolución de los Refrigerantes
1830-1930
Lo que funcione
1930-1990
Mejoras de seguridad
Protección del Cambio Climatico
2010- ¿ ?
Protección al Ozono
1990-2010

El NIST ha logrado identificar
1,200 refrigerantes potenciales
• Método de Evaluación:
• Estructura molecular, el método predice la eficiencia
radiativa y la vida atmosférica para poder estimar el
PCG.
• Se aplican filtros de toxicidad, inflamabilidad y de
estabilidad química.
• Resultados:
• 56,230 refrigerantes potenciales a considerar.
• 1,234 han sido identificados como posibles Bajo PCG.
http://www.nist.gov/mml/acmd/refrigerants-091812.cfm

AHRI
Programa de evaluación de refrigerantes alternativos con bajo potencial
de calentamiento global
• AHRI evalúa gases de PCG.
• En conjunto con:
• 16 empresas y organizaciones de los EU
• 05 empresas y organizaciones internacionales.
• Seis fabricantes de gases refrigerantes han enviado a
la fecha 38 gases refrigerantes de bajo PCG.
• Entre los que se encuentran los refrigerantes
naturales y los refrigerantes hechos con la molécula
HFO.
AHRI Low Global Warming Potential Alternative Refrigerants Evaluation
Program, Xudong Wang and Karim Amrane, Air-Conditioning, Heating, and
Refrigeration Institute, 2013 ASHRAE Winter Conference.

Tendencias de los Refrigerantes
• Refrigerantes de alta presión de
trabajo
• Usan compresores de menor
potencia ó consumo eléctrico

Tendencias de los Refrigerantes
• Refrigerantes de Bajo
Potencial de Calentamiento
Global

Standard 34-2010

Número
ASHRAE
Retrofit OEM PCG
Potencial de
Calentamiento
Global
Presiones de Operación
comparadas contra la de otros
gases
Lubricante
Recomendado
R-22 OEM 1810 -- Min/Ab
R-404A OEM 3922 Elevada POE
R-407A Retrofit 1700 Elevada POE
R-407C OEM 1525 Ligeramente Elevada POE
R-410A OEM 2088 Elevada POE
R-417A Retrofit 1950 Baja Min/Ab
R-421A Retrofit 2170 Ligeramente más baja Min/Ab
R-422A Retrofit 2530 Elevada Min /Ab
R-422B Retrofit 2080 Ligeramente más baja Min/Ab
R-422C Retrofit 2490 Elevadas Min/Ab
R-422D Retrofit 2230 Similares Min/Ab
R-424A Retrofit 2020 Baja Min/Ab
R-427A Retrofit 1830 Similares Min/Ab/POE
R-428A Retrofit 3060 Elevadas Min/Ab
R-434A Retrofit 2660 Elevadas Min/Ab
R-507A OEM 3300 Elevadas POE
Referencia: The R-22 phase out. Do you have a plan? RSES Journal 2008 Páginas 20-24
Min/Ab = Mineral / Alkilbenzeno POE = Polyolester OEM = Equipo Nuevo

Tabla comparativa
Refrigerante PCG / GWP PAO / ODP
R-410A 2,088 0
R-22 1,810 0.055
R-407C 1,774 0
MEZCLAS HFO <1,032 0
R-32 675 0
R-1234ze 6 0
R-1234yf 4 0
R-290 (Propano) 3.3 0
R-744 (CO2) 1 0

Emisiones de gas refrigerante a
la atmósfera debido a fugas en
los sistemas de refrigeración
Calentamiento Global Directo
TEWI Total Equivalent Warming Impact
Evaluación del Impacto Ambiental Total Durante la Vida Útil,
en Masa Equivalente de CO2
Emisiones de CO2 que se
producen al generar la
energía eléctrica necesaria
para que funcionen los
equipos de refrigeración y de
aire acondicionado
Calentamiento Global Indirecto

Sustitutos del R-22

R-404A
HFC-125=44%, HFC-143a=52%, HFC-134a=4%, PCG=3922 Muy elevado
Ventajas
• Es recomendado para sistemas
de temperatura media y baja.
• Es un substituto muy parecido
al R-502 y R-507.
Desventajas
• No se mezcla bien con los
aceites minerales o
alquilbencenos por lo cual se
tienen que sustituir (95%
mínimo) por aceite
polyoléster que es mas caro.
• Es una mezcla zeotropica por lo
cual tiene que ser cargado al
sistema en fase líquida.
• Tiene un deslizamiento de
temperatura mínimo de
1.5 °F.

R-507A
HFC-125=50%, HFC-143a=50%, PCG=3300 Muy elevado
Ventajas
• Es una mezcla azeotropica y
puede ser cargado en fase
líquida ó en fase gaseosa
• En caso de fugas, solo se
necesita repararlas y recargar el
sistema de refrigeración
cuantas veces sea necesario.
Desventajas
aceites minerales o
alkylbenzenos por lo cual se
mínimo) por aceite
polyolester que es mas caro.

R-422D
R-125=65.1%, R-134a=31.5%, R-600a=3.4%, PCG=2230 Elevado
Ventajas
• El R-422D es un refrigerante
para media y baja temperatura.
• El R-422D provoca una pérdida
de potencia al sustituir al R-22
en sistema, que se traducirá en
un incremento del tiempo de
operación del compresor en un
sistema.
• El hidrocarburo (R-600a) que
tiene el R-422D en su fórmula
ayuda a promover el regreso
del aceite en sistemas
lubricados con aceite mineral ó
aceite alkilbenzeno.
Desventajas
• Algunos componentes del
sistema deberán de ser
cambiados en caso de
presentar un problema de caída
de presión.
• En sistemas de refrigeración
largos , con un diseño
complicado de tuberías, o que
contengan un volumen grande
de refrigerante, será necesario
retirar el aceite mineral ó el
aceite alkilbenzeno y sustituirlo
por el aceite polyolester.

R-410A
R-32=50%, R-125=50%, PCG=2088 Elevado
Ventajas:
• Mezcla de R-32 y de R125 que
forman un mezcla casi azeotrópica.
• Tiene un deslizamiento muy bajo y
no tiende a separase
• Este refrigerante produce una
presión de descarga 60% mayor a
la del R-22 en sistemas de aire
acondicionado.
• Los sistemas diseñados para
R-410A utilizan compresores de
menor caballaje comparándolos
con los compresores de R-22 de la
misma capacidad de enfriamiento.
Desventajas:
• Este refrigerante se puede utilizar
únicamente en equipo nuevo
diseñado para poder trabajar con
las presiones elevadas de este
gas.
• R-410A se lubrica con polyolester
POE.
• Bajo ninguna circunstancia no
se deben actualizar sistemas de
R-22 con este refrigerante.

R-407A
R-32=20%, R-125=40%, R-134a=40%, PCG=1700 Elevado
Ventajas
• Tiene propiedades similares a las
del R-22 en aplicaciones de media
y baja temperatura.
• El R-407A es el refrigerante que
casi iguala al R-22 en una
actualización de gas refrigerante
(retrofit) comparado con el resto de
las mezclas disponibles
actualmente, sin embargo tiene un
deslizamiento de 10°F
• La mayoría de los equipos de
refrigeración para supermercados
están construidos para utilizar un
HFC como el R-404A, R-507.
Desventajas
• No se mezcla bien con los aceites
minerales o alkilbenzenos por lo
cual se tienen que sustituir (95%
mínimo) por aceite polyolester que
es complejo en su manejo.
10 °F.
• Se lubrica con lubricante
Polyolester.

R-407C
R-32=23%, R-125=25%, R-134a=52%, PCG=1525 Elevado
Ventajas
• Propiedades similares al R-22 en
sistemas de aire acondicionado.
• El R-407C tiene las mejores
características para una
actualización (retrofit) para sustituir
al R-22 en un sistema de aire
acondicionado comparado contra
otras mezclas.
• Se puede utilizar también en
sistemas de media temperatura
que utilizan R-22.
• Los nuevos sistemas que usan
R-407C vienen precargados con
polyolester.
Desventajas
aceites minerales o
alkylbenzenos por lo cual se
mínimo) por aceite
polyolester que es complejo en
su manejo.
10 °F.

Sustitutos del R-22
Comparación de Rendimiento
R-22 R-404A R-407C R-407A R-422D
Btu’s/hr 13476
(100%)
12450
(90.6%)
12891
(93.8%)
13375
(97.3%)
10431
(75.9%)
C.O.P. 1.42
(100%)
1.18
(83%)
1.34
(94.4%)
1.34
(94.4%)
1.14
(80.3%)
Flujo Másico
(lb/min)
3.53
(100%)
4.67
(132.3%)
3.46
(98%)
3.90
(110.5%)
4.11
(116.4%)
Temperatura
Descarga
(°F)
217
(0°F)
179
(-38°F)
193
(-24°F)
192
(-25°F)
170
(-47°F)
Presión
Descarga
(psig)
211
(0 psig)
256
(+45 psig)
223
(+11 psig)
242
(+31 psig)
214
(+3 psig)
Referencia: The R-22 phase out. Do you have a plan? RSES Journal 2008
Páginas 20-24
Datos obtenidos a una temperatura ambiente de 26.6°C, temperatura de la cámara -1.1°C
Se utilizó una válvula de expansión para R-22 y se fue ajustando según el tipo gas

Refrigerantes de Bajo
Potencial de Calentamiento Global
Bajo PCG: < 300
Muy bajo PCG: < 100
Ultra bajo PCG: < 30

R-290 (Propano), R-600a (Isobutano),
R-1270 (Propileno), R-600 (Butano)
PCG=<5
Ventajas:
• El R-290 y el R-1270 son utilizados
en unidades condensadoras
hechas en el Norte de Europa, así
como también indirectamente en
sistemas rack como refrigerante
primario.
• Un número en aumento de equipos
auto contenidos utiliza R-290 en
vez de R-134a.
• El R-600a se usa en Europa y en
Japón en
refrigeradores/congeladores y en la
mayoría de los equipos Chinos.
Desventajas:
• Todos los refrigerantes de
hidrocarburo son altamente
inflamables,
• Clasificación “A3” en el
Standard 34-2010 de ASHRAE.
• El equivalente europeo a la
clasificación “A3” que se utiliza
en la Norma EN 378 es “L3”.
• Independientemente de la
inflamabilidad del refrigerante
utilizado, existen numerosos
requisitos de seguridad que
deben considerarse.

Refrigerantes HFO de
Moderado y de Bajo Potencial
de Calentamiento Global
Refrigerante Actual Serie N
(Moderado PCG) (A1)
Serie L
( Bajo PCG) (A2L)
R-404A
PCG=3260
HFO – PCG ~ 1300
(Retrofit) N-40
HFO – PCG ~ 1000
(Equipo Nuevo) N-20
HFO – PCG ~200-300
L-40
HCFC-22
PCG=1810
HFO – PCG ~ 1000
N-20
HFO – PCG < 150
L-20
HFC-134a
PCG=1430
HFO – PCG ~ 600
N-13
HFO-1234yf PCG=4
HFO-1234ze PCG=6
R-410A
PCG=2088
HFO- PCG < 500
L-41
Referencia: Low GWP Refrigerant Options for Unitary A/C and Heat Pumps
Mark W. Spatz, Global Refrigerant Technology Leader, Honeywell Fluorine Products
2011 ASHRAE Winter Meeting, Las Vegas, Nevada, January 2011

Dióxido de Carbono CO2
PCG = 1
Ventajas
• 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
Desventajas
• La presión de descarga
es extremadamente alta
en operación transcrítica
con presiones superiores
a las 1450.38 PSI

Se utilizaba en los barcos
• Fue desplazado y
olvidado por los gases
CFCs, considerados en
ese tiempo como
refrigerantes seguros
• Se dejó de utilizar
durante los años 50´s,.

CO2 como fluido secundario
1. Estación de bombeo de
CO2.
2. Sistema de
Enfriamiento/
Condensación de CO2.
3. Depósito de
acumulación de CO2.
4. Evaporadores de CO2.
Referencia: “El uso del CO2 como refrigerante en centrales frigoríficas”
Jordi Cabello , Albert Albert PECOMARK

¿Qué barreras impiden el uso generalizado
de estos nuevos refrigerantes?

Comparación entre
sistemas CO2 Vs. HFC
CO2 HFC Impacto en el Sistema
PCG 1 1300-3900
Presión de Saturación
Presión de Prueba
Presión de Operación
Muy Altas Más Bajas
Dispositivos Adicionales de Seguridad para Venteo
y Alivio.
Fuerte Impacto de las fugas sobre el rendimiento
Gas Inerte
Inflamabilidad
Toxicidad
Olor
Si
No
No, pero
Sin
Si
No
No
Sin
El cobre puede ser utilizado.
No es tóxico, pero cuando > 1000ppm
Requiere ventilación y detectores de fuga
Flujo de Masa
Transferencia de Calor
Rend. a Altas Temp. Amb.
Rend. a Bajas Temp.
Ambiente
Alto
Alta
Mas Bajo
Mas Bajo
Mas Bajo
Mas Bajo
Alto
Bueno
Menor Diámetro de Tuberías y Tamaño de
Compresor.
Requiere Modificaciones Especiales de Diseño
Costo por Kg
Complejidad del Sistema
Uso en México
Bajo
Mas Alta
Muy Bajo
Alto
Simple
Muy Alto
El Sistema es Mucho Mas Caro.
Requiere Fuerte Entrenamiento Para Operación y
Servicio
Referencia: Tendencias en Refrigerantes para Refrigeración Comercial
Carlos C. Obella, Gerente Técnico Latino América, Emerson, Junio, 2010

EE.UU.
Dióxido de
Carbono
P D
Amoniaco P R
Hidrocarburos P D P,D
A2L P D P,D
Unión Europea
Directriz de
Equipos
Presurizados 60335-2-40
60335-2-
75
60335-2-89
EN
378
Dióxido de
Carbono
D,R
Amoniaco D,R D
Hidrocarburos D,R D D D P,D
A2L D,R D D D P,D
P – Prohibido el uso de ciertos tipos de refrigerantes en ciertas aplicaciones
D – Implicaciones de diseño, tales como limitantes en la cantidad de la carga de gas
R – Debe de cumplir con requisitos para garantizar seguridad

Seguridad de acuerdo con EN 378
• Los sistemas con capacidades de carga de
0.15 kg. (0.33 lb) o inferiores pueden instalarse
en habitaciones de cualquier tamaño
• Sistemas con capacidad de carga superior a
0.15 kg. (0.33 lb), la habitación debe tener un
tamaño tal que una pérdida repentina de
refrigerante no ocasione que la concentración
media en la habitación supere el límite práctico
de 0.008kg/m3 (0.00049944 lb/ft3

Seguridad de acuerdo con EN 378
• Se menciona que en caso de fuga el gas no
debe de entrar en contacto por ningún motivo
con el equipo eléctrico que pudiera ocasionar
la ignición del gas
• Se menciona claramente el equipo eléctrico
debe de ser a prueba de explosión.
• En el estándar no se menciona en ninguno
de sus incisos que sea un gas
recomendado para una sustitución directa

Hechos
• En la Unión Europea se usan siempre y
cuando el equipo esté diseñado para ese gas
de acuerdo con la EN 378.
• En EU la EPA no los acepta como gases de
sustitución directa bajo la 608.
• En México, en el proyecto de eliminación de
los CFCs y HCFCs de la SEMARNAT, no
están considerados por lo peligroso en su
manejo como un gas de sustitución directa.

¿Qué sigue adelante?

R-22
R-410A
R-407C
R-32
HFO
R-290
R-744 CO2
Opciones disponibles
para el aire acondicionado fijo
*La línea continua representa los
reemplazos disponibles actuales
*La línea punteada representa los posibles
reemplazos disponibles en el futuro

Opciones disponibles
para la Refrigeración Comercial
R-12
R-22
R-502
R-404A
R-134a
R-404AR-404A
R-600a
R-774
R-774
R-774
R-22
R-22
R-717
R-717
R-12
R-290 R-290
R-290
R-507A R-507A
R-407C R-407A
R-1270
R-1270
HFO
Sistemas de
Unidad CondensadoraEquipos Autocontenidos
Paralelos
para Autoservicio
*Las líneas continuas indican las alternativas disponibles para
cualquiera de los tres sistemas.
•Las líneas punteadas indican las alternativas probables para El futuro

Nivel de Toxicidad
Nivel de Inflamabilidad
Presiones de Trabajo
Conclusiones
Consideraciones de seguridad el evaluar el refrigerante y el
sistema de refrigeración / aire acondicionado

Calentamiento Global Directo
Calentamiento Global Indirecto
Mejor Relación Costo Beneficio
Conclusiones
Consideraciones ambientales al evaluar el refrigerante y el
sistema de refrigeración / aire acondicionado

El refrigerante perfecto no existe.

Para más información:
Sitio Web:
www.gildardoyanez.com
Blog refrigerantes naturales:
co2-r290.gildardoyanez.com
Blog sustitutos al R-22:
r22.gildardoyanez.com

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