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Refrigerante

Un refrigerante DuPont R-134a

Un refrigerante es un fluido de trabajo utilizado en el ciclo de refrigeración de sistemas de aire acondicionado y bombas de calor donde, en la mayoría de los casos, pasan por una transición de fase repetida de líquido a gas y viceversa. Los refrigerantes están fuertemente regulados debido a su toxicidad , inflamabilidad y la contribución de los refrigerantes CFC y HCFC al agotamiento de la capa de ozono y la de los refrigerantes HFC al cambio climático .

Los refrigerantes se utilizan en un sistema de expansión directa (DX) para transferir energía de un entorno a otro, normalmente del interior de un edificio al exterior (o viceversa), comúnmente conocido como "aire acondicionado" o "bomba de calor". Los refrigerantes pueden transportar 10 veces más energía por kg que el agua y 50 veces más que el aire.

En algunos países, los refrigerantes son sustancias controladas debido a las altas presiones (700 a 1000 kPa (100 a 150 psi)), temperaturas extremas (de -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/explosivo) y toxicidad (B1-baja, B2-media y B3-alta), según la clasificación ISO 817 y ASHRAE 34.

Los refrigerantes solo deben ser manipulados por ingenieros calificados/certificados para las clases de refrigerante relevantes (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).

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.

Los primeros aires acondicionados y refrigeradores empleaban gases tóxicos o inflamables, como amoníaco , dióxido de azufre , cloruro de metilo o propano , que podían provocar accidentes mortales en caso de fugas. [1]

En 1928, Thomas Midgley Jr. creó el primer gas clorofluorocarbono no inflamable y no tóxico, el freón (R-12). El nombre es una marca registrada propiedad de DuPont (ahora Chemours ) para cualquier refrigerante clorofluorocarbono (CFC), hidroclorofluorocarbono (HCFC) o hidrofluorocarbono (HFC). Tras el descubrimiento de mejores métodos de síntesis, los CFC como R-11 , [2] R-12 , [3] R-123 [2] y R-502 [4] dominaron el mercado.

Eliminación gradual de los CFC

A principios de la década de 1980, los científicos descubrieron que los CFC estaban causando daños importantes a la capa de ozono que protege a la Tierra de la radiación ultravioleta y a los agujeros de ozono sobre las regiones polares. Esto llevó a la firma del Protocolo de Montreal en 1987, cuyo objetivo era eliminar los CFC y los HCFC [5] pero no abordaba las contribuciones que los HFC hacían al cambio climático. La adopción de HCFC como R-22 , [6] [7] [8] y R-123 [2] se aceleró y, por lo tanto, se utilizaron en la mayoría de los hogares estadounidenses en acondicionadores de aire y enfriadores [9] 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 aún no era cero, lo que llevó a su eventual eliminación.

Hidrofluorocarbonos (HFC) como R-134a , [10] [11] R-407A , [12] R-407C , [13] R-404A , [4] R-410A [14] (una mezcla 50/50 de R-125 / R-32 ) y R-507 [15] [16] fueron promovidos como sustitutos de los CFC y HCFC en las décadas de 1990 y 2000. Los HFC no agotan la capa de ozono, pero sí tienen potenciales de calentamiento global (PCA) miles de veces mayores que el CO 2 con vidas atmosféricas que pueden extenderse durante décadas. Esto a su vez, a partir de la década de 2010, llevó a la adopción en nuevos equipos de refrigerantes de hidrocarburos y HFO ( hidrofluoroolefinas ) R-32, [17] R-290, [18] R-600a, [18] R-454B , [ 19] R-1234yf , [20] [21] R-514A, [22] R-744 (CO 2 ), [23] R-1234ze(E) [24] y R-1233zd(E), [25] que tienen un PAO de cero y un PCA más bajo. A los hidrocarburos y al CO 2 a veces se les llama refrigerantes naturales porque se pueden encontrar en la naturaleza.

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 en 1992. La empresa desarrolló mezclas de hidrocarburos como isopentano e isobutano , [ cita necesaria ] propano e isobutano, o isobutano puro, [ 26] llamado "Greenfreeze", pero como condición del contrato con Greenpeace no podía patentar la tecnología, lo que llevó a su adopción generalizada por otras empresas. [27] [28] [29] Sin embargo, la política y la influencia política de los ejecutivos corporativos se resistieron al cambio, [30] [31] citando la inflamabilidad y las propiedades explosivas de los refrigerantes, [32] y DuPont, junto con otras empresas, los bloquearon en los EE. UU. con la EPA de EE.UU. [33] [34]

A partir del 14 de noviembre de 1994, la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. restringió la venta, posesión y uso de refrigerantes únicamente a técnicos autorizados, según las normas establecidas en las secciones 608 y 609 de la Ley de Aire Limpio. [35] En 1995, Alemania declaró ilegales los refrigeradores con CFC. [36]

En 1996 se creó Eurammon , una iniciativa europea sin ánimo de lucro para refrigerantes naturales , formada por empresas, instituciones y expertos de la industria europeos. [37] [38] [39]

En 1997, los FC y los HFC se incluyeron en el Protocolo de Kioto de la Convención Marco sobre el Cambio Climático.

En el año 2000, en el Reino Unido entró en vigor el Reglamento sobre el Ozono [40] que prohibía el uso de refrigerantes HCFC que agotan la capa de ozono, como el R22, en sistemas nuevos. El Reglamento prohibía el uso del R22 como fluido de "relleno" para mantenimiento a partir de 2010 para el fluido virgen y desde 2015 para el fluido reciclado. [ cita necesaria ]

Abordar los gases de efecto invernadero

Con un creciente interés en los refrigerantes naturales como alternativas a los refrigerantes sintéticos como 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!. [36] [41] 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. [42] Se estima que casi el 75 por ciento del sector de refrigeración y aire acondicionado tiene el potencial convertirse en refrigerantes naturales. [43]

En 2006, la UE adoptó un Reglamento sobre gases fluorados de efecto invernadero (FC y HFC) para fomentar la transición a refrigerantes naturales (como los hidrocarburos). En 2010 se informó que algunos refrigerantes se están utilizando como drogas recreativas , lo que lleva a un fenómeno extremadamente peligroso conocido como abuso de inhalantes . [44]

A partir de 2011, la Unión Europea comenzó a eliminar progresivamente los refrigerantes con un potencial de calentamiento global (GWP) de más de 150 en el aire acondicionado de los automóviles (GWP = potencial de calentamiento en 100 años de un kilogramo de 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. [45] Ese mismo año, la EPA se decidió a favor de este refrigerante seguro para el clima y la capa de ozono para su fabricación en Estados Unidos. [27] [46] [47]

Un estudio de 2018 realizado por la organización sin fines de lucro " Drawdown " colocó la gestión y eliminación adecuadas de refrigerantes en lo más alto de la lista de soluciones de impacto climático, con un impacto equivalente a eliminar más de 17 años de emisiones de dióxido de carbono en EE. UU. [48]

En 2019, se estimó que los CFC, HCFC y HFC eran responsables de aproximadamente el 10% del forzamiento radiativo directo de todos los gases de efecto invernadero antropogénicos de larga vida. [49] y en el mismo año el PNUMA publicó nuevas directrices voluntarias, [50] sin embargo muchos países aún no han ratificado la Enmienda de Kigali .

Desde principios de 2020, los HFC (incluidos R-404A, R-134a y R-410A) están siendo reemplazados: los sistemas de aire acondicionado residenciales y las bombas de calor utilizan cada vez más R-32 . Esto todavía tiene un PCA de más de 600. Los dispositivos progresivos utilizan refrigerantes que casi no tienen impacto climático, a saber, R-290 (propano), R-600a (isobutano) o R-1234yf (menos inflamable, en los automóviles). En refrigeración comercial también se puede utilizar CO 2 (R-744).

Requisitos y propiedades deseables.

Un refrigerante debe tener: un punto de ebullición algo inferior a la temperatura objetivo (aunque el punto de ebullición se puede ajustar ajustando la presión adecuadamente), un alto calor de vaporización , una densidad moderada en forma líquida, una densidad relativamente alta en forma gaseosa. (que también se puede ajustar ajustando la presión adecuadamente) y una temperatura crítica alta . Lo ideal es que las presiones de trabajo puedan contenerse mediante tubos de cobre , un material comúnmente disponible. Deben evitarse presiones extremadamente altas. [ cita necesaria ]

El refrigerante ideal sería: no corrosivo , no tóxico , no inflamable , sin agotamiento de la capa de ozono ni potencial de calentamiento global . Preferiblemente debe ser natural, bien estudiado y de bajo impacto ambiental. Los refrigerantes más nuevos abordan la cuestión del daño que los CFC causaron a la capa de ozono y la contribución que los HCFC hacen al cambio climático, pero algunos plantean cuestiones relacionadas con la toxicidad y/o la inflamabilidad. [51]

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, [52] en particular, el R-290 y el R-1234yf. Partiendo de una cuota de mercado prácticamente nula en 2018, [53] los dispositivos de bajo GWPO están ganando cuota de mercado en 2022.

Más usado

Prohibido/eliminado progresivamente

Otro

Recuperación y eliminación de refrigerantes.

Los 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 realiza mantenimiento a estas unidades, existe el riesgo de que el gas refrigerante se libere a la atmósfera de forma accidental o intencional, de ahí la creación de programas de certificación y capacitación de técnicos para garantizar que el material se conserve y maneje de manera segura. Se ha demostrado que el maltrato de estos gases agota la capa de ozono y se sospecha que contribuye al calentamiento global . [74]

Con la excepción del isobutano y el propano (R600a, R441A y R290), el amoníaco y el CO 2 , según la Sección 608 de la Ley de Aire Limpio de los Estados Unidos, es ilegal liberar a sabiendas cualquier refrigerante a la atmósfera. [75] [76]

La recuperación de refrigerante es el acto de procesar gas refrigerante usado que se ha utilizado previamente en algún tipo de circuito de refrigeración de manera que cumpla con las especificaciones para gas refrigerante nuevo. En los Estados Unidos , la Ley de Aire Limpio de 1990 exige que el refrigerante usado sea procesado por un recuperador certificado, que debe tener licencia de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), y la EPA debe recuperar y entregar el material al recuperador. -técnicos certificados. [77]

Clasificación de refrigerantes.

Presión del R407C - diagrama de entalpía , isotermas entre las dos líneas de saturación

Los refrigerantes se pueden dividir en tres clases según su forma de absorción o extracción de calor de las sustancias a refrigerar: [ cita necesaria ]

sistema de numeración R

El sistema de numeración R fue desarrollado por DuPont (propietario de la marca Freon ) e identifica sistemáticamente la estructura molecular de los refrigerantes elaborados con un solo hidrocarburo halogenado. Desde entonces, ASHRAE ha establecido pautas para el sistema de numeración de la siguiente manera: [78]

Recepción 1 X 2 X 3 X 4

Serie

Cadenas derivadas del etano

Cadenas derivadas del propano

Derivados del propeno

Mezclas

Misceláneas

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, dando 1,1,1,2-tetrafluoroetano . 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 propulsor de un aerosol y con nombres comerciales de los compuestos, como como " freón 12". Recientemente, ha surgido la práctica de utilizar abreviaturas HFC- para hidrofluorocarbonos , CFC- para clorofluorocarbonos y HCFC- para hidroclorofluorocarbonos , debido a las diferencias regulatorias entre estos grupos. [ cita necesaria ]

Seguridad del refrigerante

La Norma 34 de ASHRAE, Designación y clasificación de seguridad de refrigerantes , asigna clasificaciones de seguridad a los refrigerantes según su toxicidad e inflamabilidad .

Utilizando información de seguridad proporcionada por los productores, 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. [79]

Ver también

Referencias

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Fuentes

Informes del IPCC

Otro

enlaces externos