¿Es posible operar con refrigerantes que sean 100% amigables con el medio ambiente en vez de dar soluciones temporales? La respuesta es afirmativa. Existen diversos refrigerantes naturales que son realmente ecológicos porque definitivamente no dañan el medio ambiente, y además tienen propiedades termodinámicas superiores a muchos refrigerantes sintéticos. Y no sólo eso, son más económicos y existe tecnología para usarlos desde finales del siglo XIX. Suena difícil de creer, y uno se pregunta: ¿Por qué hemos estado utilizando refrigerantes sintéticos durante tanto tiempo?
Seguro has escuchado de esos refrigerantes naturales tan misteriosos, estamos hablando del amoniaco (R717), el CO2 (R744) y algunos hidrocarburos como el propano (R290). Pero no te espantes, sabemos que estos refrigerantes han sido satanizados por varios grupos como bombas de tiempo que van a explotar nuestras instalaciones en cualquier momento. Es cierto, son sustancias peligrosas, incluso pueden ser tóxicas en altas concentraciones, pero con un uso adecuado, los riesgos se minimizan dramáticamente. Tan sólo piensa en el tanque de gasolina que viaja contigo en tu automóvil todos los días.
EL AMONIACO
Es importante conocer varios aspectos importantes del amoniaco:
- Se encuentra en el ambiente mayormente en forma de gas, y está compuesto de otros dos gases: nitrógeno e hidrógeno (NH3).
- Es totalmente amigable con el medio ambiente
- Se encuentra en el ambiente en el aire, el suelo y el agua, y en plantas y en animales, incluso en seres humanos. Las bacterias que se encuentran en los intestinos produce amoníaco en pequeñas cantidades. ¡Todos lo llevamos dentro!
- El uso más común del amoniaco a nivel mundial es como fertilizante
- Ha sido el refrigerante más confiable desde hace más de 100 años (1890’s) ininterrumpidamente
- Posee propiedades termodinámicas únicas
- El amoniaco es más liviano que el aire y se disipa en la atmósfera de manera natural en el corto plazo
- Es incoloro, pero tiene un olor muy penetrante e incluso irritante, es auto-alarmante.
- El que se utiliza para refrigeración es conocido como amoniaco anhidro, porque es 99.98% puro y está libre de humedad
- El agua y el amoniaco se buscarán y mezclarán siempre que tengan oportunidad. Por eso causa picazón en las partes del cuerpo húmedas con sudor o en las mucosas.
- Lo mejor que puedes hacer si sufriste una salpicadura de amoniaco es salir de la zona de riesgo, lavarte con agua corriente durante 15 minutos, y notificar al médico lo que pasó
- Una nube con una muy elevada concentración de amoniaco puede llegar a causar que la tráquea se cierre como medida de protección ante un agente químico extraño. Esta es la situación más peligrosa, ya que puede llegar a causar la muerte por asfixia.
- En Estados Unidos, la exposición laboral permitida es de 50 ppm. Sin embargo, una concentración por arriba de los 300 ppm puede causar daño inmediato a la salud y a la vida.
- Debemos tener bien claro que las partes del cuerpo que mayormente debemos proteger del amoniaco son los ojos, los pulmones, vías respiratorias y la piel.
Enfocándonos en nuestra industria, algunas de las razones más importantes por las que usamos el amoniaco como refrigerante son:
1. Una instalación de buen tamaño puede resultar entre un 10% y un 20% más económica con amoniaco debido al menor diámetro requerido.
2. El amoniaco puede ser más eficiente que los CFC’s en más de un 10%, lo que permite ocupar menor electricidad y consecuentemente menores costos de operación
3. El amoniaco definitivamente es el refrigerante más amigable con el ambiente: tiene un potencial de afectación de la capa de ozono (Ozone Depletion Potential – ODP) de 0 y un potencial de calentamiento global (Global Warming Potential – GWP) también de 0. No va a salir del mercado, en comparación con los refrigerantes sintéticos actuales.
4. El precio del amoniaco es sustancialmente más económico que el de los CFC’s y HCFC’s
Sin embargo, debemos tener presente que, no hay un refrigerante apropiado para todas las aplicaciones. Hasta ahora, en los grandes sistemas de refrigeración requeridos en las plantas procesadoras de alimentos, el amoniaco ha demostrado ser el más eficiente. Muy recientemente, se utilizan también las instalaciones con baja carga de amoniaco, que son sistemas simplificados, en donde no hay exceso de refrigerante esperando en un recipiente a ser usado. Esto amplía dramáticamente el rango de aplicación del amoniaco, debido a que estos sistemas trabajan con muy poca cantidad de amoniaco, su peligrosidad se reduce drásticamente y los requerimientos de seguridad son menos estrictos.
CO2: EL REFRIGERANTE SIGILOSO
El CO2 es un gas que se encuentra en la atmósfera de manera natural, también se le conoce como dióxido de carbono. Este gas es producto de la respiración de diversos organismos y sigue un ciclo de manera natural entre los seres vivos. También es parte de los productos de la combustión, y de la descomposición de sustancias orgánicas. Se añade a los refrescos, para crear una sensación de frescura. Su forma sólida es conocida como “hielo seco”. Todos estos son aspectos positivos del gas, sin embargo, el dióxido de carbono también es un importante gas de efecto invernadero. El uso creciente de combustibles ha aumentado la concentración del CO2 en la atmósfera, y esto ha contribuido al calentamiento global.
Desde mediados del siglo XIX (1850’s) Alexander Twining publicó su propuesta para usar el CO2 como refrigerante. Cuando más se utilizó de este gas en refrigeración fue a finales de la década de 1920. Pero, su uso se vino a menos con la producción en serie de los refrigeradores domésticos, y debido a que a partir de 1932 se empezaron a utilizar los clorofluorocarbones (CFC’s) y llegó al mercado el Freón 12. Empezaba la época de los refrigerantes sintéticos. Después, en 1935 se empezaron a producir los hidroclorofluorocarbones (HCFC’s) como el Freón 22, usado para aplicaciones de baja temperatura. En los años 70’s los refrigerantes sintéticos tuvieron su mayor auge. Sin embargo, en los años 80’s, la sociedad empieza a tomar conciencia de graves problemas como el calentamiento global y la afectación de la capa de ozono de la estratósfera. Se estima que en 1986 la producción de freones fue de 1,123 millones de toneladas a nivel mundial, el 30% de esta cantidad se consumía en Estados Unidos y el 20% se consumía en Europa. En consecuencia, se empezaron a dar acuerdos internacionales dirigidos a reducir el uso de los refrigerantes sintéticos. El primero fue el Protocolo de Montreal, firmado en 1987.
En 1988 el profesor Gustav Lorentzen logró la reinvención de la tecnología del CO2, y a partir de los años 90’s, la tecnología del CO2 ha logrado un desarrollo impresionante, especialmente en Europa.
Insistimos en usar CO2 porque es excepcional: es una sustancia 100% natural, no destruye la capa de Ozono, tiene un potencial de calentamiento global muy bajo y se encuentra disponible en la atmósfera. Además, no es tóxico ni inflamable. No es necesario recuperarlo cuando hay alguna avería en el sistema, y también tiene propiedades termodinámicas excelentes. Los sistemas de R744 ahora cuentan con tecnología de vanguardia. Es preferido para soluciones de sistemas integrados de Media Temperatura + Baja Temperatura + Recuperación de Calor + Aire Acondicionado. Se pueden obtener reducciones de costos de inversión inicial y operacional. El CO2 no será prohibido en el futuro. Se estima que hasta hace 2 años, se tenían en operación en el mundo más de 9,000 sistemas de CO2 aplicados a la refrigeración comercial de supermercados.
Varios fabricantes han mejorado los sistemas con CO2. Por ejemplo, el uso de eyectores ha creado muchas expectativas. Se piensa que los eyectores pueden ayudar a mejorar la eficiencia hasta en un 40% al reducir la demanda de energía. Esto beneficia también el aspecto de sustentabilidad. Se conocen dos tipos: los eyectores fijos y los eyectores de modulación. Los eyectores fijos implican el uso de un compresor paralelo. El eyector modulante utiliza la electrónica y permite su utilización en climas cálidos. Incluso se ha venido desarrollando el concepto de multi-eyectores para aplicaciones transcríticas, eliminando el uso de sistemas de refrigeración en cascada y mejorando la eficiencia energética.
El punto crítico de un refrigerante es aquel límite para el cual el volumen de un líquido es igual al de una masa igual de vapor. Las densidades del líquido y del vapor son iguales. Temperatura y presión por encima de la cual no se puede condensar un gas. En otras palabras, por encima del punto crítico, no hay diferencia entre gas y líquido. En un fluido supercrítico, temperatura y presión son independientes entre sí. En consecuencia, el condensador en los sistemas supercríticos no provoca cambio de fase, sólo toma calor sensible.
- La Temperatura Crítica del CO2 es baja (31.1 °C)
- Los refrigerantes más utilizados tienen sus Temperaturas Críticas en el rango de 72 °C (R404a) a 132 °C (R717)
Los sistemas transcríticos son entonces aquellos que operan por arriba del punto crítico. Una de las particularidades más importantes al utilizar sistemas de CO2, son los niveles de presión que se manejan. En los sistemas transcríticos, la sección de alta presión maneja valores por arriba de las 1,000 psig. Esta es una de las principales diferencias que hace que los componentes para CO2 sean especiales: compresores, tuberías, válvulas y controles, deben ser diseñados para soportar altas presiones.
COMENTARIOS FINALES
El amoniaco y el CO2 son dos refrigerantes del futuro. Recientemente se han desarrollado nuevas formas de utilizar el amoniaco que permiten sustituir los refrigerantes halogenados. Así que no te sorprendas de ver compresores tornillo para amoniaco a partir de los 20 hp, o que encuentres en el mercado chillers para aire acondicionado trabajando con amoniaco como refrigerante. Para proyectos de baja temperatura, un sistema en cascada de CO2 con amoniaco puede ser la mejor solución, altamente eficiente y amigable con el medio ambiente. Por todo lo anterior, es muy recomendable que los ingenieros y técnicos de la refrigeración comercial comencemos a familiarizarnos con estos refrigerantes naturales y con sus tecnologías novedosas.
