Refrigeración Sectores de la industria

Desafíos de la Lubricación en Instalaciones Frigoríficas Actuales

El nuevo reto de la industria HVAC&R es responder a las necesidades ambientales. El uso de aditivos potenciadores de lubricación es una excelente alternativa.

Los circuitos frigoríficos y su problemática

La compatibilidad entre aceite y refrigerante es importante, ya que si el aceite migra al circuito frigorífico, muestra solubilidad para volver con el refrigerante, produciéndose reacciones químicas adversas, que podrían arruinar una instalación

ABREVIATURA LUBRICANTE GRADOS
MO Aceite Mineral 0- Incompatible
AB Alquilbencénico 1-Parcialmente compatible, según el equipo o condiciones
POE Poli-Ol-Ester 2-Compatible
PVE Poli-Vinil-Éter
PAG Poli-Alquil-Glicol

Veamos, por tipo de refrigerante, qué lubricantes pueden emplearse y cuándo. La información es orientativa y basada en la compatibilidad química, debiendo seguirse las indicaciones del fabricante del compresor en cada caso empleando las siguientes abreviaturas (tabla 1):

El empleo de alquilbencenos frente a lubricantes minerales nafténicos tiene varias ventajas, entre las que destacan:

  • Mayor estabilidad térmica: Mantiene más tiempo las prestaciones y características iniciales, retardando la necesidad del cambio de aceite de varios miles a decenas de miles de horas. También tenemos menor aparición de carbonilla en la placa de válvulas.
  • Mayor transmisión del calor: En compresores equipados con enfriador de aceite, conseguimos bajar más la temperatura y refrigerar de forma más eficiente el compresor.

Para favorecer principalmente el retorno de aceite en equipos de expansión directa, se está experimentando (en diversos grados) el uso de un azeótropo formado por R-717 (NH3) a 60% (±10)  y R-723 (DME, dimetiléter) a 40%(±10). Este producto evapora a -36.5°C (frente a -33.4°C del NH3). Con este producto se consigue tanto un mejor retorno de aceite como un incremento del coeficiente de transmisión del calor, al tener menos aceite en los intercambiadores. Por otro lado, el empleo de PAG especialmente formulados (doble terminación) puede ayudar a mantener un nivel bajo de aceite en los equipos, al presentar cierta solubilidad en amoniaco y poca afinidad por el agua.

Nuevos desafíos

La hidro-fluoro-olefina, HFO1234yf (CF3-CF=CH2) viene a sustituir al R-134a en algunas aplicaciones, empezando por el automóvil, dada la preocupación por reducir el efecto invernadero. Se habla de su empleo en pequeñas aplicaciones domésticas y comerciales, y como futuro componente de otras mezclas. Este refrigerante necesita un lubricante distinto, dadas sus características especiales.

El lubricante adecuado es un PAG de doble terminación, con alta tasa de conversión (alto nivel de finalización). Esto redundará en menor afinidad por el agua y una mayor rigidez dieléctrica que permita su empleo en compresores herméticos y semiherméticos.

Además, debe aditivarse correctamente para asegurar una duración óptima del lubricante: extrema presión, protección contra la corrosión en el circuito y contra el deterioro por oxidación del lubricante.

El Dióxido de carbono (CO2), es uno de los refrigerantes naturales, R-744. La entrada de los refrigerantes “seguros” en los años cuarenta, con menor complejidad técnica en instalaciones (menores presiones de descarga) le hicieron caer en desuso hasta el momento actual, donde consideraciones medioambientales lo suben de nuevo al escenario. Su GWP de 1, y el estar fuera de las regulaciones sobre recuperación y reciclaje, le ayuda a aumentar su protagonismo, tanto en instalaciones transcríticas como subcríticas.

En este caso el desafío no es sólo de compatibilidad de lubricante, dado el punto crítico de 31° C del CO2 a 74 Bar. Para operar con este gas como refrigerante tenemos dos caminos:

Circuitos subcríticos: Cuando las condiciones de trabajo lo permitan o incorporemos un segundo equipo en cascada donde el evaporador sea el condensador de CO2. Las presiones de trabajo entonces son más moderadas.

Circuitos transcríticos: Cuando trabajamos contra temperatura ambiente, no condensando sino “enfriando” el gas. En ese caso se habla de “gas cooler” y tenemos un gradiente de temperatura en todo el intercambiador. Aparecen líquido y vapor saturados una vez pasado el dispositivo de expansión, ya en el sector de baja. Para esta aplicación se hace necesario un lubricante capaz de soportar las altas presiones y temperaturas que concurren en el compresor. El empleo de POE, como en equipos de refrigerantes halocarbonados, no es recomendable dada la alta solubilidad del CO2. Resultará en espumación, descenso de la viscosidad de trabajo, además de problemas de estabilidad química si entra algo de humedad al circuito.

Propiedades que debe tener el lubricante:

Estabilidad térmica y a la presión: En un circuito típico podemos encontrarnos órdenes de magnitud de 100 Bar y 140° C en culata. El empleo de aditivos de extrema presión se hace imprescindible.

Estabilidad química: El CO2 puede absorber agua y formar ácido carbónico, apareciendo así la acidez en el circuito. En cuanto al lubricante, los PAG tienen la ventaja de mayor estabilidad química. Un PAG de doble terminación no tiene grupos hidroxilo que se liguen con el agua, reduciendo muchísimo su higroscopicidad y anulando la reactividad química con la misma. Los POE siempre pueden reaccionar con agua libre rompiéndose en el ácido original.

HCFCs y CFCs: Estos refrigerantes están en desuso en países desarrollados, y se trata de mantener los equipos existentes hasta su obsolescencia o bien cambiar el refrigerante por alguno de sustitución directa.

(H)CFC REFRIGERANTES EN DESUSO
LUBRICANTE COMPATIBILIDAD OBSERVACIONES
MO 2 Es el lubricante tradicional.
AB 2 Un lubricante sintético de alta miscibilidad por su contenido aromático, que proporciona un retorno sin precedentes a baja temperatura o largas tiradas de tubería.
POE 1 Si bien puede emplearse en los equipos existentes, su superior capacidad disolvente puede hacer necesario seleccionar un grado superior de viscosidad. De este modo, cuando la disolución de refrigerante llegue al equilibrio, alcanzará una viscosidad de trabajo adecuada. Puede provocar una espumación excesiva en equipos sin resistencia de cárter.
PVE 1 Mismas consideraciones que para POE.
PAG 0 Son completamente inmiscibles.

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