Los refrigerantes se utilizan en un sistema de expansión directa (DX, por sus siglas en inglés) (sistema de circulación) para transferir energía de un entorno a otro, generalmente desde el interior de un edificio al exterior (o viceversa), comúnmente conocido como un sistema de aire acondicionado que solo enfría o un sistema de DX inverso de enfriamiento y calefacción o un ciclo de DX de bomba de calor que solo enfría. Los refrigerantes pueden transportar 10 veces más energía por kg que el agua y 50 veces más que el aire.
Los refrigerantes son sustancias controladas y están clasificados por las normas de seguridad internacionales ISO 817/5149, AHRAE 34/15 y BS EN 378 debido a las altas presiones (700–1000 kPa (100–150 psi)), temperaturas extremas (−50 °C [−58 °F] a más de 100 °C [212 °F]), inflamabilidad (clase A1 no inflamable, clase A2/A2L inflamable y clase A3 extremadamente inflamable/explosiva) y toxicidad (B1-baja, B2-media y B3-alta). Las normas se refieren a situaciones en las que estos refrigerantes se liberan a la atmósfera en caso de una fuga accidental que no esté en circulación.
Los refrigerantes (sustancias controladas) solo deben ser manipulados por ingenieros calificados/certificados para las clases correspondientes (en el Reino Unido, C&G 2079 para refrigerantes de clase A1 y C&G 6187-2 para refrigerantes de clase A2/A2L y A3).
Refrigerantes (sólo clase A1) Debido a su no inflamabilidad, no inflamabilidad clase A1, no explosividad y no toxicidad, no explosividad se han utilizado en sistemas abiertos (se consumen cuando se usan) como extintores, inhaladores, extinción de incendios y aislamiento de salas de ordenadores, etc.) desde 1928.
Historia
La estabilización observada de las concentraciones de HCFC (gráficos de la izquierda) y el crecimiento de los HFC (gráficos de la derecha) en la atmósfera terrestre.
A mediados de la década de 1970, los científicos descubrieron que los CFC estaban causando un daño importante a la capa de ozono que protege la Tierra de la radiación ultravioleta y a los agujeros de ozono sobre las regiones polares. [8] [9] Esto llevó a la firma del Protocolo de Montreal en 1987, que tenía como objetivo eliminar gradualmente los CFC y los HCFC [10], pero no abordó las contribuciones que los HFC hacían al cambio climático. La adopción de HCFC como el R-22 , [11] [12] [13] y el R-123 [5] se aceleró y, por lo tanto, se utilizaron en la mayoría de los hogares estadounidenses en acondicionadores de aire y enfriadores [14] a partir de la década de 1980, ya que tienen un potencial de agotamiento de la capa de ozono (PAO) dramáticamente menor que los CFC, pero su PAO todavía no era cero, lo que llevó a su eliminación final.
Los hidrofluorocarbonos (HFC), como el R-134a , [15] [16] R-407A , [17] R-407C , [18] R-404A , [7] R-410A [19] (una mezcla 50/50 de R-125 / R-32 ) y el R-507 [20] [21] se promocionaron como sustitutos de los CFC y los HCFC en los años 1990 y 2000. Los HFC no agotaban la capa de ozono, pero sí tenían potenciales de calentamiento global (GWP) miles de veces mayores que el CO 2 , con vidas atmosféricas que pueden extenderse por décadas. Esto a su vez, a partir de la década de 2010, condujo a la adopción en nuevos equipos de refrigerantes de hidrocarburos y HFO ( hidrofluoroolefina ) R-32, [22] R-290, [23] R-600a, [23] R-454B , [24] R-1234yf , [25] [26] R-514A, [27] R-744 (CO 2 ), [28] R-1234ze(E) [29] y R-1233zd(E), [30] que tienen un ODP de cero y un GWP menor. Los hidrocarburos y el CO 2 a veces se denominan refrigerantes naturales porque se pueden encontrar en la naturaleza.
En 1992, la organización ambientalista Greenpeace proporcionó fondos a una antigua empresa de refrigeradores de Alemania del Este para investigar refrigerantes alternativos seguros para el ozono y el clima. La empresa desarrolló una mezcla de hidrocarburos de propano e isobutano , o isobutano puro, [31] llamada "Greenfreeze", pero como condición del contrato con Greenpeace no pudo patentar la tecnología, lo que llevó a su adopción generalizada por otras empresas. [32] [33] [34] Sin embargo, la política y la influencia política de los ejecutivos corporativos se resistieron al cambio, [35] [36] citando la inflamabilidad y las propiedades explosivas de los refrigerantes, [37] y DuPont junto con otras empresas los bloquearon en los EE. UU. con la EPA de EE. UU. [38] [39]
A partir del 14 de noviembre de 1994, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos restringió la venta, posesión y uso de refrigerantes únicamente a técnicos autorizados, de conformidad con las normas de las secciones 608 y 609 de la Ley de Aire Limpio. [40] En 1995, Alemania ilegalizó los refrigeradores con CFC. [41]
En 1996 se creó Eurammon , una iniciativa europea sin ánimo de lucro para refrigerantes naturales , integrada por empresas, instituciones y expertos de la industria europeos. [42] [43] [44]
En 1997, los FC y los HFC se incluyeron en el Protocolo de Kyoto de la Convención Marco sobre el Cambio Climático.
En el año 2000, en el Reino Unido, entró en vigor el Reglamento sobre el ozono [45] , que prohibía el uso de refrigerantes HCFC que dañan la capa de ozono, como el R22, en sistemas nuevos. El Reglamento prohibió el uso del R22 como fluido de "recarga" para el mantenimiento a partir de 2010 para el fluido virgen y a partir de 2015 para el fluido reciclado. [ cita requerida ]
Abordar los gases de efecto invernadero
Con el creciente interés en los refrigerantes naturales como alternativas a los refrigerantes sintéticos como los CFC, HCFC y HFC, en 2004, Greenpeace trabajó con corporaciones multinacionales como Coca-Cola y Unilever , y más tarde Pepsico y otras, para crear una coalición corporativa llamada Refrigerants Naturally!. [41] [46] Cuatro años más tarde, Ben & Jerry's de Unilever y General Electric comenzaron a tomar medidas para apoyar la producción y el uso en los EE. UU. [47] Se estima que casi el 75 por ciento del sector de refrigeración y aire acondicionado tiene el potencial de convertirse a refrigerantes naturales. [48]
En 2006, la UE adoptó un Reglamento sobre los gases fluorados de efecto invernadero (FC y HFC) para fomentar la transición a refrigerantes naturales (como los hidrocarburos). En 2010 se informó de que algunos refrigerantes se estaban utilizando como drogas recreativas , lo que da lugar a un fenómeno extremadamente peligroso conocido como abuso de inhalantes . [49]
A partir de 2011, la Unión Europea comenzó a eliminar gradualmente los refrigerantes con un potencial de calentamiento global (GWP) de más de 150 en el aire acondicionado de los automóviles (GWP = potencial de calentamiento de 100 años de un kilogramo de un gas en relación con un kilogramo de CO 2 ), como el refrigerante HFC-134a (conocido como R-134a en América del Norte), que tiene un GWP de 1526. [50] Ese mismo año, la EPA decidió a favor de este refrigerante seguro para el ozono y el clima para su fabricación en Estados Unidos. [32] [51] [52]
Un estudio de 2018 de la organización sin fines de lucro Drawdown colocó la gestión y eliminación adecuadas de refrigerantes en lo más alto de la lista de soluciones para el impacto climático, con un impacto equivalente a eliminar más de 17 años de emisiones de dióxido de carbono en los EE. UU. [53]
En 2019 se estimó que los CFC, HCFC y HFC eran responsables de alrededor del 10% del forzamiento radiativo directo de todos los gases de efecto invernadero antropogénicos de larga duración. [54] y en el mismo año el PNUMA publicó nuevas directrices voluntarias, [55] sin embargo muchos países aún no han ratificado la Enmienda de Kigali .
A principios de 2020, los HFC (incluidos los R-404A, R-134a y R-410A) están siendo reemplazados: los sistemas de aire acondicionado residencial y las bombas de calor utilizan cada vez más el R-32 , que aún tiene un potencial de calentamiento global de más de 600. Los dispositivos más avanzados utilizan refrigerantes con un impacto climático casi nulo, a saber, el R-290 (propano), el R-600a (isobutano) o el R-1234yf (menos inflamable, en los automóviles). En la refrigeración comercial también se puede utilizar CO2 (R-744) .
Requisitos y propiedades deseables
Un refrigerante debe tener: un punto de ebullición que esté algo por debajo de la temperatura objetivo (aunque el punto de ebullición se puede ajustar ajustando la presión de manera adecuada), un calor de vaporización alto, una densidad moderada en forma líquida, una densidad relativamente alta en forma gaseosa (que también se puede ajustar ajustando la presión de manera adecuada) y una temperatura crítica alta . Lo ideal es que las presiones de trabajo se puedan contener mediante tuberías de cobre , un material que se encuentra comúnmente disponible. Se deben evitar las presiones extremadamente altas. [ cita requerida ]
El refrigerante ideal sería: no corrosivo , no tóxico , no inflamable , sin potencial de agotamiento de la capa de ozono ni de calentamiento global . Preferiblemente, debería ser natural, con un impacto ambiental bajo y bien estudiado. Los refrigerantes más nuevos abordan la cuestión del daño que los CFC causan a la capa de ozono y la contribución de los HCFC al cambio climático, pero algunos plantean problemas relacionados con la toxicidad y/o la inflamabilidad. [56]
Refrigerantes comunes
Refrigerantes con muy bajo impacto climático
Con el aumento de las regulaciones, se espera que los refrigerantes con un potencial de calentamiento global muy bajo desempeñen un papel dominante en el siglo XXI, [57] en particular, el R-290 y el R-1234yf. Partiendo de una participación de mercado casi nula en 2018, [58] los dispositivos de bajo GWPO están ganando participación de mercado en 2022.
Más utilizado
Prohibido / Eliminado gradualmente
Otro
Recuperación y eliminación de refrigerantes
Los refrigerantes y los líquidos refrigerantes se encuentran en todo el mundo industrializado, en hogares, oficinas y fábricas, en dispositivos como refrigeradores, aires acondicionados, sistemas de aire acondicionado central (HVAC), congeladores y deshumidificadores. Cuando se realizan tareas de mantenimiento en estas unidades, existe el riesgo de que el gas refrigerante se libere a la atmósfera de forma accidental o intencionada, de ahí la creación de programas de formación y certificación de técnicos para garantizar que el material se conserve y gestione de forma segura. Se ha demostrado que el mal uso de estos gases agota la capa de ozono y se sospecha que contribuye al calentamiento global . [81]
Con excepción del isobutano y el propano (R600a, R441A y R290), el amoníaco y el CO2 , según la Sección 608 de la Ley de Aire Limpio de los Estados Unidos , es ilegal liberar deliberadamente cualquier refrigerante a la atmósfera. [82] [83]
Clase 2: Estos refrigerantes enfrían por cambio de temperatura o " calor sensible ", siendo la cantidad de calor la capacidad calorífica específica x el cambio de temperatura. Son aire, salmuera de cloruro de calcio, salmuera de cloruro de sodio, alcohol y soluciones anticongelantes similares. El propósito de los refrigerantes de Clase 2 es recibir una reducción de temperatura de los refrigerantes de Clase 1 y transmitir esta temperatura más baja al área que se va a enfriar.
Clase 3: Este grupo está formado por soluciones que contienen vapores absorbidos de agentes licuables o medios refrigerantes. Estas soluciones funcionan por su capacidad de transportar vapores licuables, que producen un efecto de enfriamiento por la absorción de su calor de solución. También se pueden clasificar en muchas categorías.
Sistema de numeración R
El sistema de numeración R fue desarrollado por DuPont (que poseía la marca registrada Freon ) e identifica sistemáticamente la estructura molecular de los refrigerantes fabricados con un único hidrocarburo halogenado. Desde entonces, la ASHRAE ha establecido las siguientes pautas para el sistema de numeración: [85]
Rx 1x2x3x4
X 1 = Número de enlaces carbono-carbono insaturados (omitir si es cero)
X 2 = Número de átomos de carbono menos 1 (omitir si es cero)
R-4xx/5xx + Sufijo en mayúsculas (A, B, C, etc.) Misma mezcla con diferente composición de refrigerantes
R-6xx + letra minúscula indica isómeros cada vez más asimétricos
7xx/7xxx + letra mayúscula Misma masa molar, compuesto diferente
R-xxxxB# El bromo está presente y el número después de B indica cuántos átomos de bromo
R-xxxxI# El yodo está presente y el número después de I indica cuántos átomos de yodo
Molécula trans R-xxx(E)
Molécula cis R-xxx(Z)
Por ejemplo, el R-134a tiene 2 átomos de carbono, 2 átomos de hidrógeno y 4 átomos de flúor, una fórmula empírica del tetrafluoroetano. El sufijo "a" indica que el isómero está desequilibrado por un átomo, lo que da como resultado 1,1,1,2-tetrafluoroetano . El R-134 (sin el sufijo "a") tendría una estructura molecular de 1,1,2,2-tetrafluoroetano.
Los mismos números se utilizan con un prefijo R- para refrigerantes genéricos, con un prefijo "Propelente" (por ejemplo, "Propelente 12") para el mismo producto químico utilizado como propelente para un aerosol , y con nombres comerciales para los compuestos, como " Freón 12". Recientemente, ha surgido una práctica de utilizar las abreviaturas HFC- para hidrofluorocarbonos , CFC- para clorofluorocarbonos y HCFC- para hidroclorofluorocarbonos , debido a las diferencias regulatorias entre estos grupos. [ cita requerida ]
Seguridad del refrigerante
La Norma ASHRAE 34, Designación y clasificación de seguridad de refrigerantes , asigna clasificaciones de seguridad a los refrigerantes según su toxicidad e inflamabilidad .
Utilizando la información de seguridad proporcionada por los fabricantes, ASHRAE asigna una letra mayúscula para indicar toxicidad y un número para indicar inflamabilidad. La letra "A" es la menos tóxica y el número 1 es la menos inflamable. [86]
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Otro
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Enlaces externos
Página de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos sobre los PCA de diversas sustancias
Iniciativa de refrigeración ecológica sobre tecnologías de refrigeración con refrigerantes naturales alternativos
Instituto Internacional de Refrigeración Archivado el 25 de septiembre de 2018 en Wayback Machine.
