refrigerantes y cargas termicas

1. Instituto Universitario Politécnico
“Santiago Mariño”
Escuela de Mantenimiento Mecánico
Extensión Maturín
TIPOS DE REFRIGERANTES Y CARGAS TÉRMICAS
AUTOR (ES): Fernández Daviannys 20.420.474
Mendeiros Yelimar 22.719.764
Aquino Manuel 24.124.492
Julieth Pérez 22.700.953
TUTOR: Luís Castillo
Maturín, Agosto de 2016

2. Instituto Universitario Politécnico
“Santiago Mariño”
Escuela de Mantenimiento Mecánico
Extensión Maturín
TIPOS DE REFRIGERANTES Y CARGAS TÉRMICAS
Caso: Trabajo en Grupo tercer corte
AUTOR (ES): Fernández Daviannys 20.420.474
Mendeiros Yelimar 22.719.764
Aquino Manuel 24.124.492
Julieth Pérez 22.700.953
TUTOR: Luís Castillo
Maturín, Agosto de 2016

3. iii
INDICE GENERAL
PP
INTRODUCCIÓN ............................................................................................1
Objetivo General .............................................................................................2
Objetivos Específicos......................................................................................2
TIPOS DE REFRIGERANTES ........................................................................2
GAS REFRIGERANTE....................................................................................2
Identificación de Refrigerantes........................................................................3
Clasificación de los refrigerantes.....................................................................3
Gases refrigerantes.........................................................................................6
Cargas térmicas de refrigeración. ...................................................................8
Clasificación de las cargas térmicas. ..............................................................9
Métodos de cálculo de cargas térmicas ..........................................................9
Componentes de la carga térmica.................................................................10
Cálculo de la carga térmica para refrigeración..............................................10
Cálculo de la carga térmica sensible.............................................................11
Carga por radiación solar a través de cristal "Qsr"........................................11
Carga por transmisión y radiación a través de paredes y techos exteriores
"Qstr".............................................................................................................12
Carga por transmisión a través de paredes, techos, suelos y puertas
interiores "Qst" ..............................................................................................13
Carga transmitida por infiltraciones de aire exterior "Qsi" .............................13
Carga sensible por aportaciones internas "Qsai" ..........................................14
Carga sensible total "Qs"...............................................................................14
Cálculo de la carga térmica latente ...............................................................14
Carga latente transmitida por infiltraciones de aire exterior "Qli"...................15
Carga latente por ocupación "Qlp" ................................................................15
Carga latente total "Ql"..................................................................................16
CONCLUSIONES..........................................................................................17
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..............................................................18

4. INTRODUCCIÓN
En la búsqueda para encontrar el mejor refrigerante con el producto más
conveniente de propiedades químicas, físicas y termodinámicas, muchos
tipos de refrigerantes fueron experimentados en los primeros días de
refrigeración. Varios que tuvieron un buen desempeño fueron descartados
porque eran explosivos o venenosos y podrían plantear un riesgo para la
salud si se liberaban a la atmósfera.
La mayoría de los tipos de refrigerantes tienen cualidades tanto buenas
como malas. El aire fue utilizado en los primeros días, pero no eliminaba muy
bien el calor. El amoníaco es tóxico, pero se ha utilizado durante años en
aplicaciones industriales donde la toxicidad es una preocupación secundaria.
El dióxido de carbono no es tóxico ni inflamable, pero exige altas
temperaturas de funcionamiento que no siempre son prácticas.
El nombre freón es en realidad una marca comercial utilizada para una
variedad de hidrocarburos fluorados no inflamables gaseosos o líquidos. Su
composición ha cambiado en los últimos años debido a las preocupaciones
de los posibles daños al medio ambiente.
A través de años de trabajo, diversas compañías y organizaciones han
evaluado múltiples factores requeridos para determinar las cargas de
enfriamiento en diversas aplicaciones. Cuando se utilizan estos factores para
el cálculo de cargas en espacios y edificios, lo importante es aplicar un buen
criterio para desarrollar algún procedimiento definido.

5. 2
Objetivo General
Elaborar un trabajo en grupo sobre los diferentes tipos de refrigerantes y las
cargas de refrigeración.
Objetivos Específicos
Describir los diferentes tipos de refrigerante.
Definir las cargas térmicas de refrigeración.
TIPOS DE REFRIGERANTES
GAS REFRIGERANTE
Es el fluido frigorígeno que contiene una instalación frigorífica y cuya
misión es la de absorber calor en la fuente fría a baja presión y temperatura,
para cederlo a la fuente caliente a alta presión y temperatura. Todo ello con
cambio de estado de líquido a vapor y viceversa.
Figura N° 1. Circuito frigorífico simple con expansión por capilar.

6. 3
Identificación de Refrigerantes
Los refrigerantes se identifican por números después de la letra R, que
significa "refrigerante". El sistema de identificación ha sido estandarizado por
la ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning
Engineers). Es necesario estar familiarizado con los números, así como con
los nombres de los refrigerantes.
Clasificación de los refrigerantes.
A continuación se presentaran diferentes maneras de clasificar los
refrigerantes:
Los refrigerantes se clasifican atendiendo a diferentes propiedades que los
dividen en grupos.
Composición química
Inorgánicos
• Agua
• Amoníaco
Orgánicos
• Hidrocarburos y sus derivados.
Perjudiciales para la Capa de Ozono
• HCFC's.Hidrocloroflurocarbonados.
• HFC's.
• HC: Hidrocarburos (alcanos y alquenos).
• Mezclas, azeotrópicas o no azeotrópicas, de los anteriores.
Grado de seguridad
• Grupo 1: no son combustibles ni tóxicos.

7. 4
• Grupo 2: tóxicos, corrosivos o explosivos a concetraciones mayores
de 3,5% en volumen mezclados con el aire:El grupo incluye el
Amoníaco, Cloruro de etilo, Cloruro de metilo y Dióxido de azufre, pero
solo el Amoníaco (r-717) se utiliza aún en cierto grado.
• Grupo 3: tóxicos, corrosivos o explosivos a concentraciones menores
o iguales a 3,5% en volumen. Estos refrigerantes son muy inflamables
y explosivos. A causa de su bajo costo se utilizan donde el peligro
está siempre presente y su uso no agrega otro peligro, como por
ejemplo, en las plantas petroquímicas y en las refinerías de petróleo.
El grupo incluye el Butano, Propano, Isobutano, Etano, Etileno,
Propileno y Metano.
Estos refrigerantes deben trabajar a presiones mayores que la
atmosférica para evitar que aumente el peligro de explosión. Las presiones
mayores que la atmosféricas impiden la penetración de aire por pérdidas
porque es la mezcla aire-refrigerante la que resulta potencialmente peligrosa.
Presiones de trabajo
• Baja
• Media
• Alta
• Muy alta
Función
• Primario: si es el agente transmisor en el sistema frigorífico, y por lo
tanto realiza un intercambio térmico principalmente en forma de calor
latente.
• Secundario: realiza un papel de intercambio térmico intermedio entre
el refrigerante primario y el medio exterior. Realiza el intercambio
principalmente en forma de calor sensible.

8. 5
Perjuicios
• A la capa de ozono: Índice ODP
• Ayudar al efecto invernadero: Índice GWP
Los refrigerantes según la norma americana NRSC (National Refrigeration
Safety Code) se dividen en tres grupos:
• Agua.
• Amoníaco
• Freones. Entre ellos los R12, R22, R502, así como los nuevos gases
no perjudiciales para la capa de ozono.
Existen en la actualidad tres tipos de refrigerantes de la familia de los
hidrocarburos halogenados:
CFC: (Flúor, Carbono, Cloro), Clorofluorocarbono, no contiene hidrógeno en
su molécula química y por lo tanto es estable, esta estabilidad hace que
permanezca mucho tiempo en la atmósfera afectando seriamente la capa de
ozono y es una de las causas del efecto invernadero (R-11, R-12, R-115).
Está prohibida su fabricación desde 1995.
HCFC: (Hidrógeno, Carbono, Flúor, Cloro). Es similar al anterior pero con
átomos de hidrógeno en su molécula. Posee un potencial reducido de
destrucción de la capa de ozono (R-22).
HFC: (Hidrógeno, Flúor, Carbono). Es un Fluorocarbono sin cloro con átomos
de hidrógeno sin potencial destructor del ozono dado que no contiene cloro.
(R-134a, 141b).
Refrigerantes simples.

9. 6
Son sustancias químicas, que por sí solas, pueden utilizarse como
refrigerantes.
Entre los principales refrigerantes simples o puros se encuentra el R.12,
R-22. R134A, R-125.
Mezclas Azeotrópicas.
Son los refrigerantes compuestos de dos o tres sustancias, (binarias o
ternarias), pero que se comportan como o casi un refrigerante puro o simple.
Mezclas Zeotrópicas.
No tienen una evaporación ni condensación constante a una presión
determinada.
Gases refrigerantes.
Los fabricantes de gases refrigerantes los envasan en cilindros de
colores, respetando el código de colores de AHRI (Air conditioning, Heating &
Refrigeration Institute), que a su vez utiliza el PMS (Pantone Matching
System), un lenguaje internacional de impresión que se utiliza para los
colores. El AHRI asigna los colores de acuerdo con el Standard 34 de
ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning
Engineers) siguiendo la siguiente clasificación:
Clase I
Refrigerantes líquidos: estos tienen un punto de ebullición superior a los 20
°C. La presentación de estos gases normalmente se efectúa en un tambor
Ejemplos: R-11, R-113, R-123
Clase II
Refrigerantes de “baja presión”: Los envases de estos gases pueden
soportar una presión interior máxima de hasta 500 psig

10. 7
Ejemplos: R-12, R-134a y R-22
Clase III
Refrigerantes de “alta presión”: estos gases se envasan en cilindros que
tienen una presión mínima de trabajo de al menos 500 psig
Ejemplos: R-13, R-23 y R-503
Clase IV
Refrigerantes inflamables: estos refrigerantes, ya sean zeótropos o
azeótropos, que tienen la clasificación 2 o 3 de inflamabilidad otorgada por
ASHRAE en el Standard 34
Ejemplos: R-114B o R-411a
Figura N° 2. Código de colores ARI para los cilindros de gas refrigerante.

11. 8
Cargas térmicas de refrigeración.
La carga térmica se define como la cantidad de calor que debe ser retirada
del sitio por refrigerar para reducir o mantener la temperatura deseada. En un
área por acondicionar, la carga térmica se debe eliminar mediante
enfriamiento, el cual resulta de la suma de las cargas térmicas en las que
están involucradas diferentes fuentes.
Por su parte, para mantener fría una cámara y todo lo que esté contenido en
ella, es necesario extraer el calor inicial y, luego, el que pueda entrar en ella,
aunque se encuentre bien aislada.
Según la American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning
Engineers (ASHRAE), para el cálculo de la carga térmica en cámaras de
almacenamiento de alimentos son considerados los siguientes factores:
• Transmisión de calor por la superficie
• Calor que el alimento debe perder para alcanzar la temperatura
deseada
• Calor interno referente a personas
• Lámparas y equipamientos, infiltraciones de aire
• Calor de los moto-ventiladores y tiempo previsto de funcionamiento
• Coeficiente de seguridad
En el diseño de un sistema de aire acondicionado habrá que calcular las
cargas térmicas para las situaciones de diseño de verano y de invierno,
dimensionando la instalación para la situación más desfavorable.

12. 9
Clasificación de las cargas térmicas.
Cargas térmicas de transmisión: Es la carga SENSIBLE transmitida a través
de los cerramientos de un edificio.
• Cargas térmicas de ventilación: Es la debida a la renovación del aire del
interior del edificio. Sensible y latente.
• Carga térmica de infiltraciones: Es la debida al aire que entra a través de
los intersticios del edificio. Sensible y latente.
• Carga térmica de radiación: Es la carga sensible debida al paso de la
radiación solar a través de superficies acristaladas. Sensible.
• Carga térmica interna: Es la debida al uso del edificio, tanto por máquinas y
equipos que están en funcionamiento, como por la presencia de las personas
que hay en su interior. Sensible y latente.
Métodos de cálculo de cargas térmicas
La complejidad depende de si es calefacción o refrigeración:

13. 10
Componentes de la carga térmica
Según la procedencia se pueden distinguir dos grandes grupos de cargas
térmicas:
• Cargas térmicas procedentes del ambiente exterior del edificio:
A su vez, las cargas térmicas externas pueden ser de diversos tipos:
- Cargas a través de cerramientos;
- Cargas a través de superficies acristaladas, ventanas y claraboyas;
- Cargas introducidas a través de la ventilación;
- Cargas debidas a infiltración.
- Cargas térmicas generadas en el interior del edificio:
A su vez, las cargas térmicas internas pueden ser de diversos tipos:
- Cargas generadas por las personas;
- Cargas de iluminación;
- Cargas generadas por equipos eléctricos, informáticos...
- Otras cargas generadas en el interior.
Cálculo de la carga térmica para refrigeración
El cálculo de la carga térmica de refrigeración (Qr) es necesario para
saber la capacidad de refrigeración de los aparatos de aire acondicionado
que se deben utilizar, y en última instancia de su potencia eléctrica de
consumo.
La carga térmica total de refrigeración (Qr) de un local se obtiene de la
siguiente expresión:
Qr = Qs + Ql

14. 11
donde,
Qs es la carga térmica sensible (W);
Ql es la carga térmica latente (W).
Cálculo de la carga térmica sensible
Expresión general
Para el cálculo de la carga térmica sensible (Qs) se emplea la siguiente
expresión:
Qs = Qsr + Qstr + Qst + Qsi + Qsai
donde,
Qsr es el valor de la carga sensible debida a la radiación solar a través de
las superficies acristaladas (W);
Qstr es la carga sensible por transmisión y radiación a través de paredes y
techos exteriores (W);
Qst es la carga sensible por transmisión a través de paredes, techos,
suelos y puertas interiores (W);
Qsi es la carga sensible transmitida por infiltraciones de aire exterior (W);
Qsai es la carga sensible debida a aportaciones internas (W).
Por lo tanto, el cálculo de la carga sensible se basa en calcular cada una de
las diferentes cargas anteriores y sumarlas, obteniéndose así el valor de la
carga sensible total.
Carga por radiación solar a través de cristal "Qsr"
La radiación solar atraviesa las superficies traslúcidas y transparentes e
incide sobre las superficies interiores del local, calentándolas, lo que a su vez
incrementa la temperatura del ambiente interior.

15. 12
La carga térmica por radiación a través de cristales y superficies traslúcidas
(Qsr) se calcula como sigue:
Qsr = S.R.F
donde,
Qsr es la carga térmica por radiación solar a través de cristal, en W.
S es la superficie traslúcida o acristalada expuesta a la radiación, en m2.
R es la radiación solar que atraviesa la superficie, en W/m2, correspondiente
a la orientación, mes y latitud del lugar considerado.
F es el factor de corrección de la radiación en función del tipo de vidrio
empleado en la ventana, efectos de sombras que pueda existir, etc. Este
valor se puede obtener de las tablas incluidas en el documento CTE-DB HE
Ahorro de energía.
Carga por transmisión y radiación a través de paredes y techos
exteriores "Qstr"
La carga por transmisión y radiación que se transmite a través de las
paredes y techos opacos que limitan con el exterior (Qstr) se calcula como
sigue:
Qstr = K.S(Tec - Ti)
donde,
Qstr es la carga por transmisión a través de paredes y techos exteriores, en
W.
K es el coeficiente global de transmisión térmica del cerramiento, también
llamado transmitancia térmica, expresado en W/m2ºC.
S es la superficie del muro expuesta a la diferencia de temperaturas, en
m2.

16. 13
Ti es la temperatura interior de diseño del local (ºC)
Tec es la temperatura exterior de cálculo al otro lado del local (ºC)
Carga por transmisión a través de paredes, techos, suelos y puertas
interiores "Qst"
La carga por transmisión a través de los cerramientos interiores del local que
lo limitan con otras estancias del edificio (Qst) se calcula aplicando la
expresión siguiente:
Qst = K S (Te-Ti)
donde,
Qst es la carga por transmisión a través de los cerramientos interiores, en
W.
K es el coeficiente global de transmisión térmica del cerramiento, también
llamado transmitancia térmica, expresado en W/m2ºC.
S es la superficie del cerramiento interior, en m2.
Te es la temperatura de diseño al otro lado del cerramiento (ºC)
Ti es la temperatura interior de diseño del local (ºC)
Carga transmitida por infiltraciones de aire exterior "Qsi"
La carga transmitida por infiltraciones y ventilación de aire exterior (Qsi) se
determina mediante la siguiente expresión:
Qsi = V.ρ.Ce,aire.ΔT
donde,
Qsi es la carga térmica por infiltración y ventilación de aire exterior (W);
V es el caudal de aire infiltrado y de ventilación (m3/s);
ρ es la densidad del aire, de valor 1,18 kg/m3;

17. 14
Ce,aire es el calor específico del aire, de valor 1012 J/kgºC;
ΔT es la diferencia de temperaturas entre el ambiente exterior e interior.
Carga sensible por aportaciones internas "Qsai"
La ganancia de carga sensible debida a las aportaciones internas del local
(Qsai) se determina a su vez como suma de las siguientes tipos de cargas
que se generan dentro del mismo:
Qsai = Qsil + Qsp + Qse
donde,
Qsil es el valor de la ganancia interna de carga sensible debida a la
iluminación interior del local (W);
Qsp es la ganancia interna de carga sensible debida a los ocupantes del
local (W);
Qse es la ganancia interna de carga sensible debida a los diversos
aparatos existentes en el local, como aparatos eléctricos, ordenadores, etc.
(W).
Carga sensible total "Qs"
La carga sensible total (Qs) aportada al local es la suma de todas las
anteriores:
Qs = Qsr + Qstr + Qst + Qsi + Qsil + Qsp + Qse
Cálculo de la carga térmica latente
Expresión general
Para el cálculo de la carga térmica latente (Ql) se emplea la siguiente
expresión:
Ql = Qli + Qlp

18. 15
donde,
Qli es la carga latente transmitida por infiltraciones de aire exterior (W);
Qlp es la carga latente debida a la ocupación del local (W).
Por lo tanto, el cálculo de la carga latente se basa en calcular cada una de
las diferentes cargas anteriores y sumarlas, obteniéndose así el valor de la
carga latente total.
Carga latente transmitida por infiltraciones de aire exterior "Qli"
La carga latente transmitida por infiltraciones y ventilación de aire exterior
(Qli) se determina mediante la siguiente expresión:
Qli = V.ρ.Cl,agua.Δw
donde,
Qli es la carga térmica latente por ventilación de aire exterior (W)
V es el caudal de aire infiltrado y ventilación (m3/s);
ρ es la densidad del aire, de valor 1,18 kg/m3;
Cl,agua es el calor específico del agua, de valor 2257 kJ/kg;
Δw es la diferencia de humedad absoluta entre el ambiente exterior e
interior.
Carga latente por ocupación "Qlp"
La carga latente por ocupación del local (Qlp) se determina multiplicando la
valoración del calor latente emitido por la persona-tipo y por el número de
ocupantes previstos para el local.
La expresión para obtener el calor latente de aporte por la ocupación del
local sería la siguiente:
Qlp = n · Clatente,persona

19. 16
siendo,
n es el número de personas que se espera que ocupen el local;
Clatente,persona es el calor latente por persona y actividad que realice
Carga latente total "Ql"
La carga latente total (Ql) aportada al local es la suma de todas las
anteriores:
Ql = Qli + Qlp

20. 17
CONCLUSIONES
Los refrigerantes son vitales en el desarrollo de la vida del ser humano, ya
que nos permiten tener el control sobre la temperatura en diversos aspectos
necesarios, desde el hogar hasta procesos industriales.
Los refrigerantes a pesar de que son de gran importancia tanto en el
hogar como en la industria no siempre son recomendables debido a que se
ha llegado a la conclusión que muchos de ellos tienen efectos nocivos en la
capa de ozono, ya que se ha comprobado que las altas emisiones de gases
como los CFC han degradado considerablemente la capa de ozono
provocando como consecuencia inmediata el calentamiento global.
El conocimiento de las cargas térmicas es imprescindible, como paso
previo para acometer la tarea de diseñar el sistema de acondicionamiento del
aire interior de un edificio, dependencia o local.

21. 18
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Villanueva, R. (2004). Refrigerantes para aire acondicionado y refrigeración.
Editorial: club Universitario.
Cero Grados Celcius (2014). Revista digital. Código para la identificación de
refrigerantes. [On-Line]. Disponile: https://www.0grados.com/codigo-para-la-
identificacion-de-refrigerantes/
eHOW en español. Tipos de refrigerantes. [On-Line]. Disponible:
http://www.ehowenespanol.com/tipos-refrigerantes-sobre_48720/
EcuRed. Revista digital. [On-Line]. Disponible:
http://www.ecured.cu/Refrigerante
MUNDO HVA&R. Revista digital. Los Refrigerantes y sus Propiedades. [On-
Line]. Disponible: https://www.mundohvacr.com.mx/mundo/2007/02/los-
refrigerantes-y-sus-propiedades/
MUNDO HVA&R. Revista digital. Carga térmica. [On-Line]. Disponible:
https://www.mundohvacr.com.mx/mundo/2012/06/carga-termica/
INGEMECANICA. Guía para el cálculo de cargas térmicas en los edificios.
Revista digital. Carga térmica. [On-Line]. Disponible:
http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn255.html