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REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO - IMPACTO AMBIENTAL

¿Qué son los refrigerantes?

Al final del milenio pasado, hubo muchas las listas de hechos destacados o “Diez primeros” llevados a cabo, incluyendo un inventario de los mayores inventos del siglo XX. Además de los vuelos espaciales y las computadoras, la refrigeración se destacó entre los diez primeros puestos, ya que sin refrigeración, la conservación de alimentos no sería posible. Además, no podría haber edificios de oficinas de gran altura o instalaciones modernas de atención médica.

El diccionario Webster define refrigerantes como "una sustancia que se usa en un ciclo de refrigeración o directamente como el hielo que se  usa para la refrigeración”. Una persona ajena a la industria de la climatización podría describir un refrigerante como algun tipo de fluido utilizado en un acondicionador de aire. Muchos en la industria pensarían inmediatamente en los CFC (clorofluorocarbonos).

Todas estas definiciones son precisas, pero los refrigerantes son mucho más que eso. El agua es el refrigerante utilizado en máquinas de absorción. El dióxido de carbono (CO2) y el amoniaco (NH3) se conocen como  refrigerantes "naturales". Las sustancias inflamables tales como el propano y el isobutano también se utilizan como refrigerantes. A este grupo, se pueden añadir los CFC, HCFC y HFC. ASHRAE 34, la Designación y Clasificación de Seguridad de los refrigerantes, abarca más de 100 refrigerantes, aunque muchos de ellos no se utilizan en una base regular en la climatización comercial.

Los refrigerantes son sustancias químicas. Algunas sustancias conocidas como refrigerantes (por ejemplo, R-141b) se utilizan en diversas aplicaciones tales como un agente espumante, que tiene poco que ver con "espacios climatizados".

Los refrigerantes son productos químicos utilizados para la refrigeración de los acondicionadores de aire de automóviles, acondicionadores de aire tipo ventana, refrigeradores, congeladores, enfriadores de agua y deshumidificadores. Los refrigerantes mas comunes son los clorofluorocarbonos (CFC), tales como R12, y los hidrofluorocarbonos (HCFC) como el R22. Estos refrigerantes conocidos comúnmente con el nombre comercial de Freón, se han eliminado de las unidades y equipos de aire acondicionado y se reemplazan actualmente con R134a, un compuesto específicamente desarrollado para reemplazar R12 y el  R22.

El agente que trabaja en un sistema de refrigeración que absorbe acarrea o libera calor desde el lugar en donde va a ser enfriado o refrigerado puede ser llamado refrigerante. Esta transferencia de calor tiene lugar generalmente a través de un cambio de fase del refrigerante. La definición más completa de un refrigerante se podría dar como sigue:

"Refrigerante es el fluido utilizado para la transferencia de calor en un sistema de refrigeración que absorbe el calor durante la evaporación en la región de baja temperatura y presión, y libera calor durante la condensación en una región de mayor temperatura y presión. "

Un poco de historia del refrigerante

La refrigeración mecánica ha estado presente desde mediados del siglo XIX. La primera máquina práctica fue construida por Jacob Perkins en 1834. Se basa en el uso del éter como  refrigerante en un circuito de compresión de vapor. El dióxido de carbono (CO2) se utilizó por primera vez como refrigerante en 1866 y el amoníaco (NH3) en 1873. Otros productos químicos utilizados como refrigerantes de compresión de vapor incluyen chymgene (gasolina éter y nafta), dióxido de azufre (R-764) y éter de metilo. Sus aplicaciones se limitan a procesos industriales. La mayoría de la conservación de alimentos se llevó a cabo mediante el uso de bloques de hielo recolectados durante el invierno y almacenados o fabricados a través de un proceso industrial.

A principios del siglo XX, los sistemas de refrigeración se utilizaban para proporcionar aire acondicionado en los principales proyectos de construcción. El edificio Milam en San Antonio, Texas fue el primer edificio de  oficinas de gran altura de construcción en ser absolutamente acondicionado.

En 1926, Thomas Midgely desarrolló los primeros CFC (clorofluorocarbonos), R-12.  Los CFC eran inflamables, no tóxicos (en comparación con el dióxido de azufre) y eficientes. La producción comercial comenzó en 1931 y rápidamente encontró su aplicación en la refrigeración. Willis Carrier desarrolló el primer enfriador centrífugo para el uso comercial y la era de la refrigeración y el aire acondicionado comenzó.

Por varias razones técnicas, varios refrigerantes se hicieron muy populares en el aire acondicionado incluyendo CFC-11, CFC-12, CFC-113, CFC-114 y HCFC-22. Mientras que la naciente industria del aire acondicionado se convirtió en una industria de miles de millones de dólares, muy poco cambió en el tipo de refrigerante. Hacia 1963, estos refrigerantes representaban el  98% de la industria de flúor orgánico.

A mediados de la década de 1970, las preocupaciones comenzaron a surgir sobre el adelgazamiento de la capa de ozono y si los CFC podían ser en parte responsables. Esto llevó a la ratificación del Protocolo de Montreal en 1987 que requería la eliminación gradual de los CFC y los HCFC. Nuevas soluciones se han desarrollado con los HFC, asumiendo un papel importante como refrigerantes. Los HCFC se siguieron utilizando como soluciones provisorias y posteriormente comenzaron a ser eliminados.

En  los 1990s, el calentamiento global de surgió como la nueva amenaza al bienestar del planeta. Si bien hay muchos contribuyentes al calentamiento global, los refrigerantes se incluyeron nuevamente en la discusión, porque el aire acondicionado y la refrigeración son usuarios significativos de energía (alrededor de 1/3 de la energía en los EE.UU. es consumida en el funcionamiento de los edificios) y muchos refrigerantes son en sí mismos gases de efecto invernadero.

Aunque hay muchas sustancias clasificadas como refrigerantes por la norma ASHRAE Standard 34, sólo unos pocos son utilizados para el aire acondicionado comercial.

Objetivos

Vamos en forma resumida un poco acerca de los diferentes refrigerantes utilizados en diversos sistemas de refrigeración. En la actualidad, contamos con un gran número de los refrigerantes disponibles en función de los requisitos del sistema de refrigeración en particular. Por lo tanto un  estudio detallado de estos refrigerantes se ha convertido en un imperativo. Estas páginas tienen la intención de servir como una guía de introducción al estudio de los refrigerantes.

Veamos :

  • Las diferentes clasificaciones de refrigerantes,
  • convención de nomenclatura para los refrigerantes,
  • propiedades de los refrigerantes individuales, y
  • efectos ambientales relacionados con el uso de estos refrigerante

Refrigerantes primarios y secundarios

Grupos comunes de refrigerantes

Los refrigerantes primarios son aquellos que se puede utilizar directamente para el propósito de refrigeración. Si se permite que el refrigerante fluya libremente en el espacio a ser refrigerado y no hay peligro de posible daño a los seres humanos, entonces, se utilizan los refrigerantes primarios. Los refrigerantes utilizados en refrigeradores domésticos como el Freón-12 son refrigerantes primarios.

Por otro lado, puede haber ciertas situaciones en las que no podemos permitir que el refrigerante entre en contacto directo con los productos que son refrigerados y, entonces, el refrigerante usado se conoce como refrigerante secundario. Como por ejemplo, no podemos permitir que un refrigerante tóxico  sea utilizado para el aire acondicionado en edificios residenciales. Hay algunos refrigerantes que son altamente inflamables  por lo que su uso directo está prohibido por razones de seguridad. También puede ocurrir con una refrigeración directa, como por ejemplo en el enfriamiento de un gran almacén de frío sea requerido, pero la cantidad de refrigerante demandada pueda ser tan grande que su coste se convierte en prohibitivamente elevado.

Estas son algunas situaciones típicas por las que estamos a favor de la utilización de refrigerantes secundarios. Las soluciones de agua y salmuera son ejemplos comunes de refrigerantes secundarios.

CLASIFICACIÓN DE LOS REFRIGERANTES

Los refrigerantes se pueden clasificar en base a lo siguiente:

Principio de funcionamiento

Bajo este título, tenemos los refrigerantes primarios o comunes y los refrigerantes secundarios.

Los refrigerantes primarios son los que pasan a través de los procesos de  compresión, enfriamiento o condensación, expansión y evaporación o calentamiento durante los procesos cíclicos. El amoníaco, R12, R22, dióxido de carbono su ubican bajo de este tipo de refrigerantes.

Por otro lado, el medio que no pasa por los procesos cíclicos en un sistema de refrigeración y sólo se utiliza como un medio para la transferencia de calor se conoce como refrigerantes secundarios. Agua, soluciones de salmuera de cloruro de sodio y cloruro de calcio entran en esta categoría.

Consideraciones de seguridad

Bajo este título, tenemos las tres subdivisiones siguientes.

Refrigerantes seguros

Estos son los refrigerantes no tóxicos, no inflamables, tales como el R11, R12, R13, R14, R21, R22, R113, R114, cloruro de metilo, dióxido de carbono, agua, etc.

Tóxico y moderadamente inflamable

Dicloroetileno metil formato, cloruro de etilo, el dióxido de azufre, amoniaco, etc. entran en esta categoría.

Refrigerantes altamente inflamables

Los refrigerantes en esta categoría son el butano, isobutano, propano, etano, metano, etileno, etc.

Composiciones químicas

Se subdividen como

Compuestos Halocarbonos

Estos se obtienen mediante la sustitución de uno o más átomos de hidrógeno en el etano o metano con halógenos.

Azeótropos

Estas son las mezclas de dos o más refrigerantes y se comportan como un compuesto.

Compuestos de Oxígeno y Nitrógeno

Los refrigerantes que tienen ya sea oxígeno o moléculas de nitrógeno en su estructura, tales como el amoníaco, se agrupan por separado y tienen una nomenclatura separada de los refrigerantes halogenados.

Los compuestos orgánicos cíclicos

Los compuestos correspondientes a esta clase son R316, R317 y R318.

Los compuestos inorgánicos

Estos se dividen nuevamente en dos categorías: criogénicos y no criogénicos.

Los fluidos criogénicos son los que se aplican para alcanzar temperaturas tan bajas como  -160 ºC a -273 ºC. Por encima de este rango de temperatura, se puede utilizar un sistema de refrigeración de múltiples etapas para llegar a la temperatura deseada. Pero por debajo de -160 ºC, esto no es posible ya que el COP del ciclo es muy bajo. Para alcanzar temperaturas por debajo de -160 ºC, se utilizan refrigerantes tales como nitrógeno, oxígeno, helio, hidrógeno, etc. y para temperaturas cercanas a -273 ºC, se emplea la refrigeración magnética.

Los compuestos inorgánicos que se emplean por encima de los rangos de temperatura criogénica vienen bajo la sub-división restante de refrigerantes inorgánicos.

Los compuestos no saturados

Los compuestos tales como etileno, propileno, etc. se agrupan bajo este título y se agrupan bajo la serie 1000 para su comodidad.

Diversos

Este grupo contiene aquellos compuestos que no se pueden agrupar en los otros componentes. Se indican con la serie 700 siendo los últimos números su peso molecular. Los ejemplos incluyen aire, dióxido de carbono, dióxido de azufre, etc.

Como podemos ver en las sub-divisiones anteriores, no son mutuamente excluyentes. Un compuesto puede venir en más de una sub-división. Por lo tanto, no se puede subestimar la importancia de adoptar las diversas convenciones de nombres para designar los diferentes refrigerantes.

Refrigeración: Consideraciones sobre Impacto Ambiental.

En los últimos años, la atención en el problema del agotamiento de la capa de ozono ha permanecido centrada en la condición de eliminación gradual de sustancias que agotan el ozono. Al mismo tiempo, ha aumentado la conciencia del cambio climático, junto con el desarrollo de los objetivos nacionales y regionales de reducción de emisiones de gas de efecto invernadero . Con el fin de lograr la reducción de las emisiones de sustancias que agotan el ozono y de reducción de emisiones de gas de efecto invernadero, la atención tiene que ser puesta en actividades a nivel micro. Esto incluye la reducción de las tasas de pérdidas, la mejora de la eficiencia energética y la prevención de otros impactos ambientales, dirigiendo las actividades de los individuos, y ejerciendo influencia en el diseño y mantenimiento de los equipos.

¿Por qué tienen que ser eliminados adecuadamente los refrigerantes?

Los refrigerantes como el R12 y R22 son sustancias que agotan el ozono estratosférico. Por disposiciones internacionales se requiere que estas sustancias químicas se recojan y se recuperen para minimizar su impacto en la capa de ozono estratosférico. La imposibilidad de recuperar con éxito y eliminar el R12 y R22 dan como resultado  una liberación de estas sustancias químicas a la atmósfera. Una vez en la atmósfera, el cloro del refrigerante se libera y reacciona con el ozono, alterando con ello las moléculas del mismo. Esto da como resultado el adelgazamiento o agujero de la capa de ozono y el aumento de la radiación a nivel del suelo. Por esta razón, es ilegal ventilar a sabiendas refrigerantes en el medio ambiente durante la instalación, reparación o eliminación de los aparatos de aire acondicionado. Los refrigerantes usados que no son recuperados o reciclados son residuos regulados.

Los refrigerantes de aire acondicionado de automóviles deben ser recuperados en un área de seguridad antes de la eliminación o el desguace de un automóvil.

Los aparatos no deseados, tales como refrigeradores, congeladores, acondicionadores de aire de ventana, y deshumidificadores deben ser llevados a una estación de transferencia local o centro de reciclaje. Todas las estaciones de transferencia tienen disposiciones para recuperar el refrigerante de estos aparatos antes de que el aparato sea eliminado.

El tema general de la siguiente información es alentar a los técnicos a trabajar con los sistemas de una forma más respetuosa con el medio ambiente, y hacer que el equipo en sí que tenga un impacto menor. Sin embargo, la motivación principal de las operaciones técnicas realizadas sobre un sistema en particular están por lo general orientadas a los costos, en lugar de considerar el impacto ambiental. A menudo no se reconoce que las acciones que resulten en un menor impacto ambiental son consistentes con un menor impacto en los costos a largo plazo. Por el contrario, los tipos de acciones que son opciones "más baratas" tienden a conducir a mayores costos en el largo plazo, así como un peor impacto ambiental.

Por ejemplo:

• Un sistema tiene fugas pueden ser recargado  o reparado. El recargado puede tener un costo inmediato inferior, mientras que la reparación de la pérdida toma más tiempo y por lo tanto, cuesta más. Sin embargo, en el largo plazo, el sistema reparado tiene menos probabilidad de tener  pérdidas y así los altos costos terminan, mientras que la recarga periódica de un sistema durante meses y años se traduce en un alto costo acumulado varias veces. Obviamente, es mucho más deseable desde un punto de vista ambiental la prevención de fugas y por lo tanto menos viajes hacia el equipo y una mejor eficiencia resultante.

• Un sistema que está diseñado para trabajar de manera eficiente y está bien mantenido puede costar más para construir, pero el período de amortización es generalmente mucho más corto que la vida útil del equipo. Del mismo modo, las emisiones de gases de efecto invernadero adicionales asociadas con la construcción de grandes intercambiadores de calor (por ejemplo) son diminutas en comparación con la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero derivadas del consumo de energía que se ahorrarán en el primer año de funcionamiento.

Por lo tanto, cuando se instala un nuevo sistema o se está trabajando en un sistema existente, las medidas adoptadas deben idealmente conducir a que el sistema opere con un impacto mínimo sobre el medio ambiente. Para lograr esto, varios aspectos deben ser tenidos en cuenta:

• Reducir el consumo de energía, reduciendo al mínimo la carga de calor y mejorando la eficiencia.

• Reducir al mínimo las fugas y otras emisiones siempre que sea posible.

• Evite el uso de refrigerantes de alto potencial de calentamiento global .

Las consideraciones en cuanto a qué hacer con el sistema pueden incluir:

  • Reparación: Si se debe reparar y volver a llenar con el mismo refrigerante.
  • Volver a cambiar el refrigerante: Ya sea reparar y volver a cambiar por refrigerante nuevo, y si es así, qué tipo de refrigerante a utilizar.
  • Reequipamiento : Ya sea reparar y reequipar con un nuevo refrigerante, y si es así, qué tipo de refrigerante de usar.
  • Rediseño: Ya sea para reparar y añadir refrigerante, y también llevar a cabo otras mejoras para mejorar la fiabilidad y la eficiencia.
  • Reemplazo: Ya sea para reemplazar todo el sistema por uno nuevo, y si es así, qué sistema y qué tipo de refrigerante utilizar.

Los factores que afectan la decisión

La decisión sobre qué enfoques seguir rara vez es obvio y requiere la consideración de muchos aspectos.

Tipo de refrigerante y su disponibilidad

Si un sistema utiliza un clorofluorocarbono (CFC), entonces es probable que sea difícil de obtener, o incluso prohibido. Lo mismo se aplicará a los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) en el futuro. (Los refrigerantes con CFC y HCFC resultan perjudiciales para la capa de ozono y favorecen el efecto invernadero).

La gravedad de las fugas

Para los sistemas que tienen un historial alto de fugas, tal vez debido a una mala fabricación o construcción, o estar colocados en una posición vulnerable, debe considerarse la posibilidad de  volver a instalar las piezas susceptibles, o su o sustitución/rediseño.

Carga de refrigerante

Si un sistema tiene una pequeña carga de refrigerante controlada o disponible en poca cantidad, entonces no es tan problemático retenerlo, sin embargo que si la carga es grande, entonces sería prudente reemplazarlo.

Disponibilidad de refrigerante alternativo

La elección del refrigerante alternativo debería ser, idealmente, una sustancia con cero potencial de agotamiento del ozono, es decir que no sea un CFC o HCFC, ni tampoco una mezcla que los contenga.  Debe tener un valor tan bajo como sea posible de GWP (en sus siglas en inglés) o alto potencial de calentamiento global.

El tamaño físico del sistema

Si un sistema es muy grande, su sustitución por un nuevo sistema puede requerir un costo considerable.

La disponibilidad de sistemas similares (reemplazo)

Si el sistema es particularmente complejo y se está considerando un reemplazo, se debe hacer sólo se dispone de un sistema sustituto fácilmente disponible.

Disponibilidad de conocimientos asociada con el tipo de sistema.

Se debe tener en cuenta  los tipos de trabajo o la sustitución de piezas o toda la instalación debe ser siempre hecha con suficiente experiencia disponible.

El grado de integración en la aplicación

Cuando un sistema está parcialmente integrado en una aplicación o un edificio, o es parte de una instalación mecánica mucho más grande, es probable que sea mucho más fácil y más rentable llevar a cabo trabajos mínimos en lugar de intentar reemplazarlo con un nuevo sistema.

Condición /estado de los equipos

Para sistemas en una condición muy pobre, donde son probables el mantenimiento y las reparaciones perpetuas, la instalación de un nuevo sistema puede ser apropiado.

Edad de sistema

Si un sistema es muy antiguo y está utilizando tecnología y partes obsoletas, podría ser adecuado reemplazarlo, mientras que los nuevos equipos puede tener un diseño moderno y ya utilizan refrigerantes adecuados.

La elección es a menudo compleja y es una función de muchos factores diferentes. Por lo general, la edad del equipo es un factor importante en base a la cual se extraen conclusiones en términos de cómo se debe manejar el equipo, por las razones anteriormente descriptas.

Nivel real de fiabilidad

Si la fiabilidad del sistema y de sus componentes son pobres, dando por resultando visitas de mantenimiento repetidas y pérdidas de piezas y refrigerantes, entonces, un reemplazo de sistema  puede ser la opción preferida.

La eficiencia del sistema y el potencial de mejora de la eficiencia

Si un sistema tiene un bajo nivel de eficiencia, es necesario considerar si hay operaciones viables que podrían llevarse a cabo para ayudar a mejorar la eficiencia, pero si esto no es posible, la adopción de un nuevo sistema deberá ser considerada.

 

 

 

 

 

 

 

 
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