Tipos de gases refrigerantes en refrigeración y aire acondicionado

Tipos de gases refrigerantes en refrigeración y aire acondicionado

Existen dos tipos de diferentes de gases refrigerantes

Sintéticos: fluidos halocoarbonatos tales como cfc. Hcfc.

No sintéticos: hidrocarbonos dióxido de carbono, hfc, amoniaco, agua, aire

Refrigerantes sintéticos

Los refrigeradores empleados entre el año 1980 hasta 1929 empleaban gases altamente tóxicos (amoníaco, cloruro de metilo y dióxido de sulfuro) como refrigerantes. Varios accidentes fatales ocurrieron en la década de 1920 debido a la fuga de cloruro de metilo de los refrigeradores. Se inició en conjunto de tres corporaciones americanas la búsqueda de métodos menos peligrosos.

En el año 1928, se inventaron los refrigerantes CFC y HCFC como sustitutos para los refrigerantes altamente tóxicos y flamables. Los refrigerantes CFC y HCFC son un grupo de mezclas orgánicas conteniendo como elementos el carbono y el flúor, y, en muchos casos, otros halógenos (especialmente el cloro) e hidrógeno. La mayoría de los CFC y HCFC tienden a ser incoloros, sin olor, no flamables y no corrosivos. Debido a que los CFC y HCFC tienen poca toxicidad, su uso elimina el peligro de muerte por una fuga en un refrigerador. En solo pocos años, los compresores de refrigeradores que usaban CFC se volvieron el estándar para casi todas las cocinas hogareñas. En años siguientes, se introdujeron en una serie de productos los refrigerantes R11, R13, R114 y R22, que ayudaron a la expansión de la industria de la refrigeración y el aire acondicionado. Con el advenimiento del Protocolo de Montreal, los refrigerantes HFC se desarrollaron durante el año 1980 y 1990 como alternativa a los CFC y HCFC.

Refrigerantes con potencial dañino a la capa de ozono

Clorofluorocarbonos

Los refrigerantes CFC consisten de cloro, flúor y carbono. Los refrigerantes más comunes en este grupo son el R11, R12 y R115 (con la mezcla R502). Tal como se mencionó más arriba, estos refrigerantes vienen siendo usados ampliamente desde 1930, en muchas aplicaciones, incluyendo refrigeración doméstica, refrigeración comercial, almacenamiento frío, transporte y aire acondicionado del auto. Debido a que no contienen hidrógeno, los CFC son muy estables químicamente, y tienden a tener buena compatibilidad con la mayoría de los materiales y lubricantes tradicionales como los del tipo mineral. A lo largo de toda la variedad de CFC, tienen una amplia variedad de características de presión - temperatura, y por lo tanto cubren un amplio margen de aplicaciones. Sus propiedades termodinámicas y de transporte son generalmente buenas, y por lo tanto ofrecen un potencial muy bueno de eficiencia. La buena estabilidad también resulta en un bajo nivel de toxicidad y no flamabilidad, obteniendo una clasificación de A1 en seguridad.

Sin embargo, debido a que contiene cloro, los refrigerantes CFC dañan la capa de ozono (ODP), y debido a su larga vida en la atmósfera, aumentan el calentamiento global (GWP). De manera similar, existen gases ambientalmente ecológicos, pero con un alto valor de GWP. Sin embargo, estos no son controlados por el Protocolo de Kyoto debido a que son controlados y están siendo eliminados por el Protocolo de Montreal. Tradicionalmente, los refrigerantes CFC fueron muy baratos y ampliamente disponibles, hoy en día son mucho más caros y su disponibilidad disminuye.

Hidroclorofluorocarbonados

Los refrigerantes HCFC consisten de hidrógeno, cloro, flúor y carbón. Los refrigerantes más comunes en este grupo son el R22, R123 y R124 (dentro de varias mezclas). Debido a que contienen hidrógeno, los HCFC son en teoría menos estables químicamente que los CFC, pero sin embargo tienden a tener buena compatibilidad con la mayoría de los materiales y lubricantes tradicionales.

Hidrofluorocarbonados

Los refrigerantes HFC consisten de hidrógeno, flúor y carbono. Los refrigerantes más comunes son el R134a, R32, R125 y R143a (la mayoría incluidos dentro de mezclas tales como R404A, R407C y R410A). Estos están siendo usados en gran escala desde 1990 en casi todas las aplicaciones correspondientes a los CFC y HCFC, incluyendo refrigeración doméstica, refrigeración comercial, almacenamiento frío y aire acondicionado automotor. Los HFC son generalmente estables químicamente, y tienen tendencia a ser compatibles con la mayoría de los materiales. Sin embargo, no son miscibles con los lubricantes tradicionales, y por lo tanto se emplean otros lubricantes del tipo sintético. A lo largo del rango de refrigerantes HFC, existen distintas versiones a diferentes presiones y temperaturas. Sus propiedades termodinámicas y de transporte son desde casi a muy buenas, y por lo tanto ofrecen una excelente opción. Aunque algunos HFC son clasificados como A1 en términos de seguridad, algunos poseen clasificación A2 (baja toxicidad y baja flamabilidad). A diferencia de los CFC y HCFC, no contienen cloro, y por lo tanto no dañan la capa de ozono. Sin embargo, debido a su largo período de vida, son refrigerantes ecológicamente aceptables pero con un alto valor de GWP. Estos son controlados por el Protocolo de Kyoto. Actualmente, los refrigerantes HFC tienen un precio moderado, contra el precio de las mezclas que están comenzando a aumentar de precio. Aunque numerosos países están desarrollando leyes para controlar el uso y emisión de gases HFC, muchos están disponibles, y lo continuarán siendo por un futuro mayor.

Refrigerantes naturales

Varios hidrocarbonos, el amoníaco y dióxido de carbono pertenecen al grupo denominado refrigerantes naturales. Todos los refrigerantes naturales existen en los ciclos de la naturaleza, inclusive sin intervención del ser humano. Tiene un valor de ODP igual a 0 y no son GWP. Las innovaciones y evolución en la tecnología han contribuido en la consideración de estos refrigerantes naturales. Debido a su mínimo impacto ambiental y por ser más apropiados y acordes desde el punto de vista de la sustentabilidad tecnológica, los sistemas frigoríficos con refrigerantes naturales pueden jugar un rol importante en el futuro de muchas aplicaciones.

Amoníaco (NH3, R717)

El amoníaco contiene nitrógeno e hidrógeno, y es ampliamente utilizado en muchas industrias. Ha sido empleado como refrigerante desde los años 1800, y hoy en día es comúnmente usado en refrigeración industrial, almenaje frío, en procesos alimenticios y más recientemente está siendo usado en refrigeración comercial y chillers.

El R717 es químicamente estable, pero reacciona bajo ciertas condiciones, por ejemplo, cuando se pone en contacto con dióxido de carbono o agua o cobre. Por otro lado, es compatible con el acero y con el aceite correctamente seleccionado. Las características de presión y temperatura del R717 son similares al R22. Sin embargo, sus propiedades termodinámicas y de transporte son excelentes, aumentando potencialmente la eficiencia de los sistemas. Debido a su alto grado de toxicidad y baja inflamabilidad, posee una clasificación igual a B2. A diferencia de los gases fluorados, no tiene impacto en la capa de ozono y tiene un valor igual a cero de calentamiento global (GWP).

Hidrocarbonos (HC)

Estos refrigerantes contienen carbono e hidrógeno, y son ampliamente usados en dentro de muchas industrias. Los más comúnmente usados para propósitos de la refrigeración son el isobutano (C4H12, R600a) y propano (C3H8, R290), propileno (C3H6, R1270) y se usan también en mezclas compuestas en parte por estos fluidos. Dentro de lo que es aplicaciones industriales, se usan una variedad de otros HC. En general, los refrigerantes HC han sido usados como refrigerante desde los años 1800 hasta 1930, y fueron re-aplicados desde la década de los 90. Aparte de su uso en refrigeración industrial, los refrigerantes HC se han usado en refrigeradores domésticos, refrigeración comercial, acondicionadores de aire y chillers. Los refrigerantes HC son químicamente estables, y exhiben una compatibilidad similar a los CFC y HCFC. Los Hc también tienen excelentes propiedades termodinámicas y de transporte. Debido a su alta inflamabilidad, los HC tienen una clasificación de seguridad de A3. Al igual que el R717, los refrigerantes HC no tienen impacto en la capa de ozono y su efecto en el calentamiento global es insignificante. Tanto el R600a y R290 son muy baratos pero su disponibilidad depende del país.

Dióxido de carbono (CO2, R744)

Este refrigerante contiene carbono y oxígeno, y es ampliamente empleado en muchas industrias. Ha sido extensivamente usado durante mediados de los años 1800, pero se discontinuó su uso con la aparición de los CFC y HFCF. A finales de los años 1990, emergió nuevamente como refrigerante y su uso se ha venido incrementando en las industrias de la refrigeración, almacenaje frío, refrigeración comercial, y bombas de calor, entre otros. El R744 es químicamente estable y no reacciona en la mayoría de las condiciones, y es compatible con muchos materiales. Las características de presión y temperatura del R744 son diferentes a de la mayoría de los refrigerantes convencionales, y es por eso, por ejemplo, que opera a presiones siete veces mayores que el R22, con lo cual el sistema debe ser diseñado con consideraciones especiales para soportar altas presiones. Además, tiene una baja temperatura crítica, de manera que cuando la temperatura ambiente supera los 25º C, se necesita el diseño de un sistema especial. Por otro lado, sus propiedades termodinámicas y de transporte son excelentes, haciendo que los sistemas sean potencialmente eficientes en climas fríos. Debido a su baja toxicidad y no inflamable, tiene una clasificación de seguridad de A1. A diferencia de los refrigerantes fluorados, no tiene impacto en la capa de ozono. Sin embargo posee un valor igual a 1 de potencial de calentamiento global (GWP). El R744 es muy barato y ampliamente disponible en el mercado.