Refrigerante


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Un refrigerante DuPont

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

Historia

La estabilización observada de las concentraciones de HCFC (gráficos de la izquierda) y el crecimiento de HFC (gráficos de la derecha) en la atmósfera terrestre.

Los primeros acondicionadores de aire y refrigeradores empleaban gases tóxicos o inflamables, como amoníaco , dióxido de azufre , cloruro de metilo o propano , que podían provocar accidentes fatales cuando tenían fugas. [1]

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

Eliminación de CFC

A principios de la década de 1980, 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 los agujeros de ozono en las regiones polares. Esto condujo a la firma del Protocolo de Montreal en 1989, cuyo objetivo era eliminar los CFC y los HCFC [5], pero no abordó las contribuciones de los HFC al cambio climático. La adopción de HCFC como el R-22 y el R-123 [2] [6] se aceleró y, por lo tanto, se utilizaron en la mayoría de los hogares estadounidenses en aires acondicionados y enfriadores [7]. desde la década de 1980, ya que tienen un potencial de agotamiento del ozono (ODP) dramáticamente más bajo que los CFC, pero su ODP todavía no era cero, lo que llevó a su eventual eliminación.

Hidrofluorocarbonos (HFC) como R-134a , [8] R-143a , R-407a , [9] R-407c , [10] R-404a [4] y R-410a [11] (una mezcla 50/50 de R-125 / R-32 ) se promovieron como sustitutos de los CFC y los HCFC en las décadas de 1990 y 2000. Los HFC no agotan la capa de ozono, pero tienen un potencial de calentamiento global (GWP) miles de veces mayor que el CO 2 con una vida atmosférica que puede extenderse por 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,[12] R-290, [13] R-600a, [13] R-454b, [14] R-1234yf , [15] R-514A, [16] R-744 (CO2), [17] R- 1234ze [18] y R-1233zd, [19] que tienen un ODP de cero y un GWP más bajo. Hidrocarburos y CO
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a veces se denominan refrigerantes naturales porque se pueden encontrar en la naturaleza.

La organización medioambiental Greenpeace proporcionó financiación a una antigua empresa de refrigeradores de Alemania del Este para que investigara un refrigerante alternativo para el ozono y el clima en 1992. La empresa desarrolló una mezcla de hidrocarburos de isopentano e isobutano , pero como condición del contrato con Greenpeace no pudo patentar el tecnología, lo que llevó a su adopción generalizada por otras empresas. [20] [21] [22] La política y la influencia política de los ejecutivos corporativos se resistieron al cambio, sin embargo, [23] [24] y DuPont junto con otras empresas bloquearon el refrigerante en los EE. UU. Con la EPA de EE. UU. [25] [26]

A partir del 14 de noviembre de 1994, la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. Restringió la venta, posesión y uso de refrigerantes solo a técnicos autorizados, según las reglas de las secciones 608 y 609 de la Ley de aire limpio. [27] En 1995, Alemania ilegalizó los refrigeradores con CFC. [28]

En 1996 , Eurammon , una iniciativa europea sin fines de lucro para refrigerantes naturales , se estableció y está integrada por empresas, instituciones y expertos de la industria europeos. [29] [30]

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

En 2000, en el Reino Unido, entró en vigor el Reglamento sobre el ozono [31] , que prohibió el uso de refrigerantes HCFC que agotan la capa de ozono, como el R22, en los nuevos sistemas. El Reglamento prohibió el uso de R22 como fluido de "relleno" para el mantenimiento entre 2010 para el fluido virgen y desde 2015 para el fluido reciclado. [ cita requerida ]

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 !. [28] [32] Cuatro años más tarde, Ben & Jerry's de Unilever y General Electric comenzaron a tomar medidas para respaldar la producción y el uso en los EE . UU. [33] Se estima que casi el 75 por ciento del sector de refrigeración y aire acondicionado tiene el potencial para convertirse en refrigerantes naturales. [34]

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). Se informó en 2010 y algunos refrigerantes se están utilizando como drogas recreativas , lo que lleva a un fenómeno extremadamente peligroso conocido como abuso de inhalantes . [35]

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 automóviles (GWP = potencial de calentamiento de 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 1410. [36] En el mismo año, la EPA decidió a favor del refrigerante seguro para el ozono y el clima para la fabricación estadounidense. [20] [37] [38]

Un estudio de 2018 realizado por la organización sin fines de lucro " Drawdown " colocó la gestión y eliminación adecuadas de refrigerantes en la parte superior de la lista de soluciones de impacto climático, con un impacto equivalente a eliminar más de 17 años de emisiones de dióxido de carbono de EE. UU. [39]

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 duración. [40] y en el mismo año el PNUMA publicó nuevas directrices voluntarias, [41] sin embargo, muchos países aún no han ratificado la Enmienda de Kigali .

A partir de 2020, los HFC (incluidos R-404a, R-134a y R-410a) están siendo reemplazados: con sistemas de aire acondicionado residenciales que usan R-32 o R-600 (isobutano); sistemas de aire acondicionado para automóviles que utilizan R-1234yf ; enfriadores para refrigeración comercial; aire acondicionado con R-1234ze; y refrigeración comercial con CO
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(R-744).

Propiedades deseables

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 con un impacto ambiental bien estudiado y bajo. También 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 apropiadamente), un alto calor de vaporización , una densidad moderada en forma líquida, una densidad relativamente alta en forma gaseosa (que también se puede ajustar estableciendo la presión de manera adecuada), y una temperatura crítica alta. Deben evitarse presiones extremadamente altas. Los refrigerantes más nuevos abordan la cuestión del daño que los CFC causaron 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. [42]

Ejemplos de refrigerantes

Algunos refrigerantes comunes son:

Recuperación y eliminación de refrigerante

Los refrigerantes y refrigerantes se encuentran en todo el mundo industrializado, en hogares, oficinas y fábricas, en dispositivos como refrigeradores, acondicionadores de aire, sistemas de aire acondicionado central (HVAC), congeladores y deshumidificadores. Cuando estas unidades reciben servicio, existe el riesgo de que el gas refrigerante se ventile a la atmósfera, ya sea accidental o intencionalmente, de ahí la creación de programas de capacitación y certificación 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 . [59]

Con la excepción del isobutano y propano (R600a, R441a y R290), el amoníaco y el CO 2 bajo la Sección 608 de la Ley de Aire Limpio de los Estados Unidos , es ilegal liberar a sabiendas cualquier refrigerante a la atmósfera. [60] [61]

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 modo que cumpla con las especificaciones para gas refrigerante nuevo. En los Estados Unidos , la Ley de Aire Limpio de 1990 requiere que el refrigerante usado sea procesado por un recuperador certificado, que debe estar autorizado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), y el material debe ser recuperado y entregado al recuperador por la EPA. -Técnicos certificados. [62]

Clasificación de refrigerantes

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

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

  • Clase 1: esta clase incluye refrigerantes que se enfrían por cambio de fase (generalmente hirviendo), utilizando el calor latente del refrigerante .
  • Clase 2: Estos refrigerantes se 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 no congelantes 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 la naturaleza de su capacidad para transportar vapores licuables, que producen un efecto de enfriamiento por la absorción de su calor de solución. También se pueden clasificar en muchas categorías.

El sistema de numeración R- # fue desarrollado por DuPont (propietario de la marca registrada Freon ) e identifica sistemáticamente la estructura molecular de los refrigerantes fabricados con un solo hidrocarburo halogenado. El significado de los códigos es el siguiente: [ cita requerida ]

  • Para los hidrocarburos saturados, restando 90 de los números concatenados de átomos de carbono , hidrógeno y flúor , respectivamente, se obtiene el R # asignado. [63]
  • Si hay bromo , el número va seguido de una B mayúscula y luego el número de átomos de bromo.
  • Los enlaces restantes no contabilizados están ocupados por átomos de cloro .
  • Un sufijo de una letra minúscula a, b o c indica isómeros cada vez más asimétricos .

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 en un átomo, dando 1,1,1,2-tetrafluoroetano . R-134 (sin el sufijo "a") tendría una estructura molecular de 1,1,2,2-tetrafluoroetano.

  • La serie R-400 está formada por mezclas zeotrópicas (aquellas en las que el punto de ebullición de los compuestos constituyentes difiere lo suficiente como para provocar cambios en la concentración relativa debido a la destilación fraccionada ) y la serie R-500 está formada por las denominadas mezclas azeotrópicas . El dígito más a la derecha es asignado arbitrariamente por ASHRAE , una organización de estándares de la industria.
  • La serie R-700 está compuesta por refrigerantes no orgánicos, también designados por ASHRAE.

Los mismos números se utilizan con un prefijo R- para refrigerantes genéricos, con un prefijo "Propelente" (p. Ej., "Propelente 12") para el mismo químico usado como propelente para un aerosol , y con los nombres comerciales de los compuestos, como como " Freon 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 ]

Ver también

  • Salmuera (refrigerante)

Referencias

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enlaces externos

  • Página de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. Sobre los PCA de diversas sustancias
  • Iniciativa de enfriamiento verde sobre tecnologías alternativas de enfriamiento de refrigerantes naturales
  • Instituto Internacional de Refrigeración
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