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Garrafa de R410ACon la salida del mercado de los refrigerantes HCFC en constante aceleración en algunas regiones del mundo, sobre todo en Europa, se han realizado muchos estudios sobre dos alternativas para reemplazar al R-22, por ejemplo el R-407C y R410A. Sin embargo, hay una tercera alternativa emergente como candidato para reemplazar al R-22,  denominado R417A compuesto por una mezcla de R-125, R-134a y R600.


El R417A fue principalmente diseñado para reemplazar al refrigerante R-22 en aplicaciones de acondicionamiento del aire pero también ha sido exitosamente utilizado en refrigeración como por ejemplo, Refrigeración Comercial (gabinetes exhibidores). Es el único reemplazo que puede utilizarse tanto con aceite mineral y alkylbenceno o sintético.

En este artículo se detallarán ejemplos prácticos del uso del R-417A en aplicaciones de aire acondicionado y bomba de calor.

Introducción

Siguiendo con lo estipulado por el Protocolo de Montreal, acerca de la producción de los refrigerantes clorofluorcarbonados (CFC) en los países "œdesarrollados" en 1995, el centro de atención se ha dirigido hacia la próxima categoría de químicos que deterioran la capa de ozono y que la legislación pretende eliminar, como por ejemplo los hidrofluorocarbonados (HCFC), que en refrigeración industrial principalmente implica al diclorofluorometano (R-22).

Actualmente el Protocolo de Montreal especifica que la producción de refrigerantes del tipo HCFC será discontinuada en los países desarrollados a partir del año 2020,

ero existe una intensa presión por adelantar esa fecha y algunas autoridades, en su mayoría de la Unión Europea, han proclamado su propia legislación para finalizar la producción en el año 2010.


La búsqueda de refrigerantes alternativos comienza por la selección de componentes simples o azeotropos con propiedades ideales para reemplazar los CFC y HCFC, pero la realidad demuestra que, con excepción del R-134a, reemplazo del R-12, esto no es fácil.

El esfuerzo se ha enfocado en la mezcla de componentes que posean algunas de las propiedades deseadas para producir una mezcla sin las deficiencias de los componentes individuales. La primera mezcla producida fue creada con la intención de reemplazar al CFC R-12. Las mezclas obtenidas inicialmente utilizaban refrigerantes HCFC, que aún permitían el uso del tradicional aceite lubricante mineral y lubricantes del tipo alkylbenceno, tiempo después se desarrollaron mezclas que no afectaban la capa de ozono para reemplazar al R-12, R-502 y R-22 empleando hidrofluorocarbonados  (HFC), pero en general requerían del uso de lubricantes sintéticos como el aceite polyolester.

Actualmente existen mezclas que han sido desarrolladas como alternativas potenciales, como por ejemplo el R407C (mezcla de R-32, R-125 y r-134a), R410A (mezcla de R-32 y R-125) y R417A (mezcla de R-125, R134a y R600). Todas estas mezclas tienen o cumplen con los criterios necesarios para ser clasificados con el riesgo más bajo en términos de toxicidad y inflamabilidad de acuerdo a su fórmula de composición y en el peor de los escenarios.

El refrigerante R407C tiene propiedades físicas similares al R-22 y por lo tanto puede usarse en equipos de diseño similar, pero el R407C debe usarse en conjunto con los nuevos aceites lubricantes sintéticos como el POE (polyolester). El R407C también registra un importante deslizamiento (glide) en la práctica, lo que promueve dificultades operativas (en chillers por ejemplo).

El R410A también requiere el uso de lubricantes sintéticos y tiene propiedades físicas que son muy diferentes al R22 (por ejemplo, la presión del vapor saturado para el

R410A a 40º C es casi de un 60% mayor que el R22, y por lo tanto, el equipo debe ser diseñado para el uso exclusivo de esta mezcla). Se han identificado un número deventajas cuando se usa R410A, como por ejemplo, un alto e inesperado coeficiente de transferencia de calor y el hecho de que se necesitan un compresor y tuberías más pequeños. Sin embargo, la temperatura crítica de esta mezcla es relativamente baja (72º C), lo que plantea interrogantes en cuanto a la performance bajo condiciones ambientales extremas o en aplicaciones de bomba de calor donde las temperaturas de condensación pueden llegar a alcanzar los 60º C.


El R417A tiene propiedades similares al R407C, R410A y R22 mencionados anteriormente, sin embargo ha sido diseñado para permitir su uso con los aceites minerales

tradicionales o lubricantes del tipo alkylbenceno. Esta propiedad, hace que el R417A sea ideal para el uso en equipos existentes pero también aconsejable para el empleo en equipos nuevos sin la necesidad de cambiar por aceites del tipo POE, cuyo costo es excesivo, y, además, es muy higroscópico (capacidad de absorber humedad).


Claramente, el R407C y R410A son reemplazos potenciales pero ambos necesitan que se realicen cambios y elevan la posibilidad de problemas potenciales en la práctica.

Este artículo técnico se concentra en el uso del R417A en equipos existentes diseñados para el uso con R22 y que emplean el aceite mineral tradicional o alkylbenceno. Este artículo además menciona mediciones y resultados de performances en equipos comerciales disponibles tanto para refrigeración como para aplicaciones de aire acondicionado. 

Pruebas de performance

La prueba se realizó con una mezcla compuesta de 46.6 % de R-125, 50.0 % de R-134ª y 3.4 % de R600 (R417A). Dicha prueba tuvo lugar en un instituto en Dresden, Alemania (ILK) en un sistema equipado con un compresor semi hermético Bitzer (tipo 4T-12.2) con aceite mineral, condensador de tubos y evaporador de tubos con calentadores para equilibrar contra la capacidad frigorífica del refrigerante. Tanto el R22 como el R417A se probaron bajo las siguientes condiciones:

Temperatura de condensación: 40º C
Temperatura de evaporación: -20º C, -10º C y 0º C.

La capacidad frigorífica y potencia del compresor se muestran en la figura 1 y puede verse claramente que la capacidad frigorífica del R417A es comparable al R22 con una significativa disminución en la potencia necesaria del compresor. Esto origina un incremento en el Coeficiente de Performance (COP) entre un 12.5 % a 20º C y de 4.5 % a 0º C. Este gran aumento en el COP tiene el beneficio de reducir dramáticamente el consumo de energía del equipo y por lo tanto el impacto ambiental.

Tabla 1

Refrigeración Comercial

Se realizó una prueba en un gabinete exhibidor comercial de supermercado marca Electrolux, en Holanda. Este tipo de equipo es de carga frontal con una unidad condensadora remota equipada con un compresor DWM Copeland semi hermético (D8-LE-20X) con el lubricante Standard usado con R22.

La unidad inicialmente funcionaba con una carga de 6 Kg. de R22. Luego, esta unidad fue evacuada y cargada con 5.6 Kg. De R417A y se ajustó la válvula de expansión termostática con un giro hacia la derecha con respecto a la configuración original. No se realizaron otros cambios.

Los resultados en la Tabla 1 muestran que la distribución de la temperatura es casi idéntica tanto en el R22 como en el R417A. Además, la temperatura del aire de salida y entrada del evaporador son virtualmente idénticas.

Luego de un período de de 24 horas, el consumo energético del compresor fue el mismo (41 Kw/h) incluso aunque el compresor estuvo funcionando 4 horas más por día con el R417A que con R22.

Las condiciones de operación típicas se muestran en la Tabla 1 y también puede verse que el radio de extracción de calor de la unidad funcionando con R417A es de aproximadamente un 4 % menor que el R22.

Estos resultados, que prueban la eficiencia del R417A, fueron complementados con más pruebas en un sistema de baja temperatura que generaba una capacidad frigorífica de 20 Kw. El compresor Bitzer alimentaba a cuatro recintos de comida congelada trabajando en un rango de temperaturas de -18º a 22º C. Luego de la reconversión a R417A, la performance de las unidades no fue notoriamente diferente excepto por una marcada reducción de la temperatura de descarga del compresor. Los resultados pueden observarse en la Tabla 2.

Tabla 2

Aire acondicionado y bomba de calor

El R417A ha demostrado ser particularmente útil cuando se convierten sistemas con compresores herméticos. Esto ha conducido a muchas reconversiones  de equipos splits, pero hasta la fecha no se han realizado estudios formales como los anteriormente mencionados.

Un fabricante de origen alemán, especialista en sistemas para el control del clima, realizó un estudio y comparó el R417A con el R407C. La unidad utilizaba tres compresores scroll Copeland y su diseño fue muy compacto. Como resultado de este diseño compacto, la unidad operó en condiciones de alta temperatura de condensación ( 55º C). En la Tabla 3 se pueden apreciar los resultados.

Los resultados de la Tabla 3 muestran que las condiciones de operación son virtualmente idénticas para todos los refrigerantes excepto por dos parámetros claves. La presión de condensación del R407C es significativamente mayor que el R22 y el requerimiento de energía para el R417A es significativamente menor que el R22 (-10.9 %) y comparado con el R407C (-17.4 %). Incluso aún, la capacidad para el R417A es ligeramente más baja que el R22 (-6.5 %), el COP es más alto para el R417A (3.00) que para el R22 (2.88) ó R407C (2.70).

Tabla 3

La Tabla 4 detalla los resultados de estas pruebas realizadas.

Tabla 4

La unidad probada con R407C tuvo que ser optimizada para el uso con R407C, sin embargo la unidad probada con R417A fue una unidad equipada originalmente con R22. Las únicas modificaciones realizadas fueron la reposición del control de desescarche. Se puede ver claramente que aunque se use un refrigerante del tipo "œaplicación directa" ("œdrop in") la capacidad del R417A es menor que el R407C en un sistema optimizado, el COP del R417A es mucho mayor. Esa reducción en la capacidad significará que el sistema funcionará un mayor tiempo para obtener la temperatura deseada, pero la diferencia en el COP es tan grande que el consumo de energía será menor para el R417A.

Conclusiones

Los ejemplos que se acaban de dar claramente demuestran que el R417A es un candidato aconsejable para el reemplazo del R22 tanto para refrigeración como para el acondicionamiento del aire. En todas las pruebas realizadas el R417A fue agregado directamente sin realizar cambios al sistema. Ni siquiera cambio de aceite.

Cuando se usa como reemplazo directo, las pruebas de performance demuestran que la capacidad del R417A es típicamente un 5 a 10 % menor que el R22 pero el COP es significativamente mayor que el R22, y particularmente que el R407C. 

Gráfico performance

Más datos

Sobre un estudio realizado por el Departamento de Ingienería Técnica de la universidad de Salerno (Italia, Octubre de 2003)

" No hay una solución definitiva para el reemplazo del R22. Sin embargo el R417A provee una solución fácil a los requerimientos de la legislación vigente, dado que no representa riesgo alguno para la capa de ozono y además no necesita del cambio de aceite de la instalación o modificaciones en el sistema. El análisis del experimento, ha permitido demostrar que las mejores performances en términos de COP y eficiencia energética se obtienen con R22 en comparación con el R417A. Particularmente, la diferencia de porcentaje entre el COP de los fluidos probados es, en promedio, cerca de un 15 %. Más aún, la cantidad de exergíaconsumida en los componentes de la planta cuando se usa R417A como fluido frigorífico, en promedio, es un 14 % mayor que la exergía consumida por el R22 (exergía: es una magnitud termodinámica que indica el máximo trabajo teórico que se puede alcanzar por la interacción espontánea entre un sistema y su entorno. Informa de la utilidad potencial del sistema como fuente de trabajo).

Algunos estudios realizados por fabricantes de splits:

Toshiba: se realizaron algunas investigaciones con R417A y se encontró una caída de 6 a 10 % en la performance y un 15 a 25 % aumento en el consumo energético. Este fabricante recomienda reemplazar el aceite mineral por POE.
Actualmente no posee más instalacionespara continuar pruebas o investigaciones. El uso del R417A como reemplazo deberá ser decidido por el mecánico.

Sanyo: recomienda cambiar por R417A todos los sistemas Sanyo incluyendo equipos VRF. En varios equipos Sanyo cargados con R417A con una antigüedad de más de 10 años no se han conocido efectos significativos en su performance.

Mitsubishi Electric: su posición oficial establece no usar el R417A. Este reduce la eficiencia y acorta la vida del compresor ya que sus unidades no han sido diseñadas para los refrigerantes de reemplazo "œdirecto" (drop in).

Fujitsu: nunca realizó pruebas con refrigerantes "œdrop in", por lo tanto no está capacitado para emitir comentario alguno acerca de le eficiencia de un equipo con R417A.

Hitachi: todos nuestros sistemas son probados con sus refrigerantes originales, de manera que tanto el COP, durabilidad y otros parámetros son probados y basados en los resultados de las pruebas realizadas con el refrigerante original. No hemos probado nuestros sistemas con otros refrigerantes, por lo tanto no podemos sugerir o recomendar el uso del R417A en nuestros equipos.

Daikin:  no se han realizado aun pruebas con los refrigerantes "œdrop in". Si el cliente desea probar el uso de un equipo Daikin con los nuevos refrigerantes, Daikin no se hace responsable por la performance del equipo. La prueba o reconversión correrá enteramente a riesgo de quien la realice.

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Comentarios   

+1 #16 Juan peña quevedo 24-02-2017 22:22
Se puede mezclar en un equipo que utiliza R22 con el 417A. Se puede recargar .......?
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-1 #15 daniel paya 28-12-2016 15:15
consulata quiero saber....tengo un split quenbrawn con r417a le falta completar la carga puedo mezclarlo con r22
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0 #14 cocodrilo 22-11-2016 21:54
hola muy explicita la nota lo estoy probando en una fabricadora de helados y no rinde de la misma manera
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0 #13 Guest 07-09-2016 16:47
Ok
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+2 #12 Guest 08-12-2014 00:50
muy buen articulo... quisisera agregar que he encontrados equipos split hitachi con r417a
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-1 #11 gaspi21 22-03-2013 13:39
Muy buen tema interesante excelente .........
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0 #10 yhoooo 25-12-2011 23:24
El R290 es superior al R22.
Tengan en cuenta que todo lo que yhoooo digo es en referencia a refrigeración Familiar, no grandes equipos
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+1 #9 JAMESQRO 05-12-2011 03:15
EXCELLENTE ..QUE BUEN ARTICULO...
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+3 #8 gonn 21-10-2011 00:09
buenas yo tengo un articulo sobre este refrigerante que habla de las aplicaciones en diversas maquinas pero posee mejor rendimiento apartir de las 7.5 tr, y tambien este mismo documento habla de otro refrigerante que puede ser una alternativa del r22.,gracias
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0 #7 linares1955 23-03-2011 13:12
buena el articulo, pero tengo una duda, ya que el r600 es inflamable, si tenemos que hacer una reparacion que peligro hay
habra algun reemplazo de r22 que no lo contenga y que proporcion tiene el r417 y a donde se consigue
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+2 #6 sergio Britez 10-08-2010 18:37
muy bueno, o sea tiene un porcentaje de r 600 esto podra ser que sea algo inflamable? la verdad no conocia este gas, buenisimo
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0 #5 jose pari vasquez 08-08-2010 22:01
buen articulo sobre el r417a
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0 #4 Carlos Alberto Iglesias 26-07-2010 01:03
Muy bien explicado y a la vez fácil de entender. exelente artículo. ;-)
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0 #3 JAMESQRO 26-07-2010 00:54
MUY BUENO E INTERESANTE ESTA APORTACION..
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0 #2 guillermo rizzieri 25-07-2010 00:27
me encanto el articulo.-
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0 #1 melena 24-07-2010 03:52
muy bueno el articulo del r.417a.
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