Refrigerante R134a: guía para su utilización

Luego de muchos años de investigación y pruebas realizadas, el refrigerante R134a (HCF134a) ha surgido como la elección de la industria como alternativa de reemplazo para el CFC12. El refrigerante  R134a tiene un factor de 0 ODP (potencial destructivo de la capa de ozono) y un valor de 0.26 GWP. No es inflamable y tiene niveles de toxicidad aceptables.

 El refrigerante R134a aunque posee propiedades fisicoquímicas muy semejantes, no es un reemplazo directo (drop-in) para el R12. Hay diferencias significativas entre el R12 y el R134a, las cuales deben ser consideradas cuando se lo maneja, procesa, y aplica o se realiza el retrofit con R134a. En este artículo técnico analizaremos estas diferencias.

Propiedades del refrigerante R134a

En la figura 1 podemos apreciar la relación Presión / Temperatura entre refrigerante R134a versus refrigerante R12. El punto donde las líneas se cruzan está aproximadamente a 64º F. Por sobre esta temperatura, la presión de saturación del refrigerante R134a es mayor que la del refrigerante R12; por debajo, es menor.En la figura 2 se muestra la curva de capacidad del refrigerante R134a versus el refrigerante R12 a una temperatura de evaporación de entre 0º F a 50º F. Esta curva se basa en una temperatura de condensación de 120º F.

El punto donde se cruzan se moverá dependiendo de la temperatura de condensación del refrigerante. Cuanto mayor es la temperatura de condensación, más alto será el punto donde se cruzan las líneas. La figura 3 muestra la comparación de las propiedades de los refrigerantes R12, R134a y R22. Los datos son tomados en condiciones standard del refrigerante de 5º F de evaporación y 86º F de condensación. Para la misma cantidad de subenfriamiento, el refrigerante R134a produce un mayor efecto frigorífico.

Solubilidad en el agua: el refrigerante R134a en estado líquido, al igual que el refrigerante R22, pueden absorber mucha más cantidad de agua que el refrigerante R12 por lo tanto será menos recomendable para sistemas de baja temperatura por la posibilidad de bloqueo del tubo capilar debido a la formación de hielo. Sin embargo, esto no reduce la necesidad de un sistema deshidratado. Investigaciones y pruebas exhaustivas han conducido a determinar que el refrigerante R134a es compatible con todos los materiales usados en los compresores herméticos Tecumseh y sus unidades condensadoras.

Lubricantes  Polyol esters (POE)

Miscibilidad: es la habilidad del lubricante de mezclarse con el refrigerante. Esta miscibilidad es un factor importante para el retorno adecuado del lubricante hacia el compresor en un sistema frigorífico por sobre todo el rango de temperaturas de funcionamiento.El refrigerante R134a y los aceites minerales no son miscibles.Los aceites polyol ester y el refrigerante R134a son miscibles. La miscibilidad del aceite polyol ester (POE) y el refrigerante R134a es similar a los aceites diseñados para el refrigerante R22.Algunos tipos de aceites POE son completamente miscibles con el R134a, mientras que otros POE son parcialmente miscibles con el R134a.

Humedad: los aceites POE, son 100 veces más higroscópicos que los aceites minerales. Esta humedad es difícil de quitar incluso con calor y la aplicación de vacío al sistema.Deben tomarse medidas para prevenir la entrada de humedad dentro del sistema frigorífico. No se debe dejar el compresor o el sistema abierto por más de 15 minutos. El método adecuado para ensamblar un compresor sería remover las conexiones y tapas protectoras de los caños justo antes de soldar. El contenido máximo de humedad luego de completada la instalación del compresor es de 80 PPM (partes por millón). Luego de hacer funcionar la unidad durante cierto tiempo y con el filtro deshidratador apropiadamente instalado, el nivel de humedad en el sistema debería ser de 10 PPM o menor.

Siempre: use un apropiado filtro deshidratador en los sistemas que usen refrigerante R134a. 

Compatibilidad: mientras que los aceites POE son compatibles con los aceites minerales, estos no deberían mezclarse indiscriminadamente con aceites minerales en sistemas equipados con R134a. Esta práctica podría resultar en la falta de retorno de aceite al compresor y/o reducir la transferencia de calor en el evaporador. Sin embargo, pequeñas cantidades, mayores al 1%del aceite mineral es aceptable en situaciones de retrofit.

Evacuación: los niveles de evacuación para sistemas con R134a deberán ser los mismos que las unidades equipadas con R12 (un mínimo de 200 micrones en el sistema tanto por el lado de alta y de baja presión). Si no se toman las medidas necesarias para prevenir la entrada de humedad antes de la instalación del compresor, el proceso de vacío del sistema tomará un mayor tiempo para alcanzar los niveles adecuados de deshidratación y de eliminación de gases no condensables. Tecumseh recomienda un máximo de un 2% de gases no condensables y 80 PPM de humedad. El sistema completo deberá tener un nivel de humedad de 10 PPM o menor luego de funcionar con un filtro deshidratador apropiadamente instalado.Los aceites POE se evaporan mucho menos que los aceites minerales para el mismo nivel de calor y vacío. Por lo tanto, si la vaporización del aceite en un sistema con refrigerante R12, tampoco lo será en un sistema con refrigerante R134a.

Pruebas de fuga: use equipos diseñados para detección de R134a o aprobados para tal refrigerante. Advertencia: Dupont advierte sobre el uso de R134a mezclado con aire para pruebas de presión o hermeticidad en los sistemas.

Carga de refrigerante R134a

En general, los equipos usados para la carga de refrigerante como mangueras, válvulas, etc., que son compatibles con R22, deberían ser compatibles con R134a. Las unidades con R12 a convertir deberían ser limpiadas de residuos de este refrigerante. Realizando un vacío profundo (de 25 a 50 micrones) y barridos repetidos con refrigerante R134a debería ser suficiente. El R134a puede ser cargado en estado gaseoso o líquido. Si la carga de refrigerante se realiza en estado líquido, debería cargarse por el lado de alta presión del sistema. La carga en estado gaseoso debe realizarse por el lado de bajo presión del sistema mientras el compresor está funcionando. Peligro: siempre rompa el vacío con vapor de refrigerante antes de hacer funcionar el compresor.

Retrofitting

La situación ideal con respecto al uso del R134a es su aplicación para unidades nuevas solamente. De esta manera, los componentes del sistema serían seleccionados y probados por el diseñador con aspectos concernientes al R134a y aceite POE. Sin embargo, en el mundo real, con millones de unidades con R12 en el campo, y con la disminución del suministro del R12 a nivel mundial, esto no es posible.Por lo tanto ofrecemos algunas guías generales para aquellos que deben realizar el Retrofit de unidades existentes con R12 a R134a. Los procedimientos específicos pueden ser solamente determinados luego de pruebas exhaustivas del equipo intervenido. Deberá tenerse en cuenta que las recomendaciones aquí expuestas tienen como objetivo complementar la información disponible sobre el uso de R134a y que no implican de ninguna manera alguna responsabilidad en cuanto a la performance e implementación para cada situación en particular.

Reemplazo del compresor de R12 por otro de R134a

Siga los procedimientos estipulados por el fabricante del compresor, teniendo especial cuidado en no dejar el sistema abierto a la atmósfera durante más de 15 minutos.Para aplicaciones de Baja Presión de Aspiración (LBP), se obtendrá una reducción en la capacidad de entre 10% – 15%, dependiendo del desplazamiento del compresor. Aquellos compresores que posean un menor desplazamiento volumétrico, son más sensibles al cambio de refrigerante. En aplicaciones LBP, para obtener prestaciones similares a las originales, se necesitará seleccionar un compresor con desplazamiento inmediatamente superior a aquél utilizado para R12. Además. El tubo capilar deberá tener alteraciones, en el sentido de agregar más resistencia al escurrimiento del refrigerante.

1. Recupere el refrigerante R12 y cualquier residuo de aceite mineral que haya quedado en el sistema usando un equipo apropiado para recuperar refrigerante.

2. Instale en el sistema un nuevo tubo capilar apropiado o válvula de expansión termostática.

3. Instale un filtro deshidratador diseñado para erfrigerante R134a y del tamaño adecuado.

4. Instale el compresor adecuado equipado con aceite POE. Asegúrese de usar los componentes eléctricos adecuados; estos  pueden ser distintos a los usados con el compresor de R12.

5. Evacúe el sistema profundamente.

6. Rompa el vacío con refrigerante R134a en estado de vapor.

7. Cargue el sistema usando los métodos de carga recomendados por la industria. Generalmente, el sistema usará una menor cantidad de refrigerante que el R12.

8. Verifique la correcta operación del sistema.

Reemplazo de R12 en un sistema existente con R134a 

1. Recupere el refrigerante usando un equipo apropiado para recuperar refrigerante.

2. Desinstale el compresor del sistema y drene el aceite original del compresor.

3. Recargue el compresor con la cantidad apropiada de aceite POE. Consulte con las especificaciones del fabricante por la cantidad adecuada de aceite a usar. 

4. Reinstale el compresor y evacúe el compresor.

5. Cargue el sistema con refrigerante R12 usando los métodos de carga recomendados por la industria. 

6. Haga funcionar el sistema lo suficiente como para permitir que el aceite original se mezcle con el aceite POE.

7. Repita los pasos 1 al 6 hasta que el remanente de aceite original sea aproximadamente menor al 1%.

8. Recupere el refrigerante R12 del sistema.

9. Desinstale el compresor y drene el aceite del mismo. Recargue con una nueva cantidad apropiada de aceite POE.

10. Instale en el sistema un nuevo tubo capilar apropiado o válvula de expansión termostática.

11. Instale un filtro deshidratador diseñado para R134a y del tamaño adecuado.

12. Evacúe el sistema profundamente.

13. Rompa el vacío con refrigerante R134a en estado de vapor.

14. Cargue el sistema usando los métodos de carga recomendados por la industria. Generalmente, el sistema usará una menor cantidad de refrigerante que el R12.

15. Verifique la correcta operación del sistema.

Luego de finalizado el retrofit del sistema, siempre especifique en la unidad que fue cargada con R134a y que contiene aceite POE colocando una etiqueta sobre la misma.

Diseño del sistema

Selección del compresor: en la mayoría de los casos se usa un compresor con el mismo desplazamiento volumétrico, especialmente en compresor del tipo HBP (alta presión de retorno), mientras que en otras situaciones es necesario usar un compresor de desplazamiento un poco mayor. Será oportuno probar cada compresor en la aplicación correspondiente para determinar la conveniencia del mismo, dado que las condiciones de operación varían enormemente de una aplicación a otra.

Selección del tubo capilar: en general el R134a tiene un mayor efecto frigorífico que el R12, por lo tanto se reduce el flujo de masa necesario para determinada capacidad. De todas maneras se recomienda realizar pruebas para determinar la correcta selección del tubo capilar.

Selección de la válvula de expansión: seleccionar una válvula de expansión diseñada para este refrigerante.

Filtro deshidratador: debe seleccionarse un filtro diseñado para este refrigerante.

Temperaturas del gas de retorno / descarga: la temperatura teórica del gas de descarga para refrigerante R134a es ligeramente más baja que la del R12 en condiciones similares. Por lo tanto las condiciones de diseño para un compresor de R12 deberían aplicarse para el compresor de R134a.

Cantidad de refrigerante: la cantidad de dependerá de los componentes del sistema. Generalmente, según datos obtenidos, se necesitaría de un 5% a un 30% menos de refrigerante comparado con el R12.

Filtros deshidratadores recomendados para r134a

 Los aceites Poe, que son usados con R134a, son propensos a hidrolizarse con la humedad, dando como resultado la formación de ácidos. Por lo tanto, debe usarse un filtro apropiado para refrigerante R134a. Los filtros deshidratadores que deberían usarse, son los del tipo moléculas sieve, que son compatibles con R22. El filtro XH-6, XH-7 y XH-9 son los recomendados.

Fuentes consultadas: Tecumseh - Guidelines for utilization of R134a. Embraco: Manual de compresores.