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Revista "Frío y Calor" N° 92




Sistemas de Refrigeración Natural

Preparado por el Área de Refrigeración de Alfa Laval S.A. C.



Durante la década de 1980, con el descubrimiento de los Clorofluorocarbonos (CFCs), que agregaron al efecto de recalentamiento global la disminución de la capa de ozono, se dio un ímpetu adicional a la búsqueda de refrigerantes alternativos o naturales, mediante el Protocolo de Montreal suscrito por las principales naciones industriales en 1987.

En sus esfuerzos para descubrir los refrigerantes del futuro, los ingenieros han pasado mucho tiempo mirando al pasado; hacia los albores de la era de la refrigeración; de hecho, la producción natural de gases como el amoníaco (NH3) y el Anhídrido carbónico (CO2) fue utilizada primero para la fabricación de hielo y luego para crear la refrigeración.


Una historia breve

Según algunos historiadores científicos, los primeros pasos en el desarrollo de la refrigeración moderna, fueron dados allá por el Siglo 18. En esa época, los científicos aislaron primero el amoníaco, el oxígeno y el anhídrido carbónico, y descubrieron que el éter y otros líquidos volátiles podían congelar el agua si se permitía su evaporación en contacto con ellos. A principios del Siglo 19, Michael Faraday primero demostró que el amoníaco y el CO2 se licuaban bajo presión. Los tres descubrimientos fueron importantes para la investigación que se llevó a cabo sobre la refrigeración durante el siglo siguiente.

El empuje real, inicialmente para desarrollar sistemas para la fabricación de hielo industrial con el objeto de preservar los alimentos, se generó en la primera mitad del Siglo 19. En 1834, Jacob Perkins desarrolló la primera máquina de compresión de vapor, cargada con éter. Aunque no se la aprovechó comercialmente sino hasta mucho después, su máquina contenía los cuatro elementos principales que se encuentran en los modernos sistemas de refrigeración; un compresor, un condensador, una válvula de la expansión y un evaporador. En 1851 John Gorrie patentó un pequeño sistema de producción de hielo, que utilizó la rápida expansión del aire comprimido en presencia de agua para crear el hielo.

Tres sistemas compitieron inicialmente por la supremacía en la carrera sobre la refrigeración. Éstos eran los sistemas de aire frío, como el patentado por Gorrie, las máquinas de absorción de vapor y los sistemas de condensación de vapor - tales como el de Perkins - que fuera adoptado como norma a través de la industria. En estos sistemas iniciales de condensación de vapor se usaron muchos compuestos diferentes, incluyendo el amoníaco, el anhídrido carbónico, el éter sulfúrico y una variedad de hidrocarburos, antes de que el amoníaco se convirtiera en el refrigerante de elección por la mayoría de los instaladores.

El amoníaco es un compuesto de producción natural, pero primero fue sintetizado en 1823, reaccionando con el aire y el hidrógeno. La producción comercial de amoníaco como un derivado del proceso de destilación del carbón y del coke comenzó a fines de la década del 1800, y la primera planta comercial para la producción de amoníaco sintético se estableció en 1913. A principios del Siglo 20, los sistemas de refrigeración a base de amoníaco, eran comunes en las cervecerías y los depósitos para la conservación mediante el frío en Europa y en los EE.UU. El diseño básico del sistema de compresor de refrigeración a vapor, utilizando un refrigerante en un ciclo cerrado de evaporación, compresión y expansión, ha cambiado muy poco desde principios del 1900. La mayor parte del trabajo hecho desde entonces se ha concentrado en refinar los sistemas, desarrollando mejores compresores y reajustando los componentes y las presiones para lograr óptimas temperaturas de funcionamiento.

Por lo tanto ¿por qué el amoníaco y otros refrigerantes naturales perdieron el favoritismo? La respuesta es que el desarrollo de refrigerantes de Clorofluorocarbono tales como el Freon en los años 30 proporcionaron la oportunidad de desarrollar un gran mercado de refrigeración doméstica por primera vez, principalmente porque podía usarse con motores de pequeño tamaño, pero también porque no presentaban la misma amenaza a la salud como lo hacía el amoníaco.

A partir de que no tenían olor, no eran tóxicos y por lo menos comparables con otros refrigerantes en relación a su precio, los CFCs también reemplazaron más rápidamente a los refrigerantes naturales en sistemas de aire acondicionado, y consecuentemente, en muchas partes del mundo estaban especificados en los códigos de construcción como los refrigerantes requeridos.
 
Sólo es relativamente reciente el que los científicos han señalado a los CFCs como  principales contribuyentes al recalentamiento global. Desde los “años treinta” en adelante se convirtieron en la principal fuente de refrigeración para virtualmente todos los refrigeradores domésticos y las instalaciones del aire acondicionado domésticas y comerciales. El amoníaco, mientras tanto, se retuvo en muchas partes del mundo y sobre todo en América del Norte, como el medio refrigerante preferido para el proceso de alimentos, el congelamiento y el almacenamiento. A partir de la prohibición de los CFCs, ha habido un pronunciado amento de uso del amoníaco - y otros refrigerantes naturales - ambos para estos mercados tradicionales y también en las áreas tales como las de aire acondicionado para grandes escuelas, hospitales y otros grandes edificios, tiendas y sistemas refrigerantes distritales.

El amoníaco como un refrigerante

Como su fórmula química – NH3 – lo indica, el amoníaco está compuesto por un átomo de nitrógeno y con tres átomos de hidrógeno. Es un compuesto natural esencial para muchos procesos biológicos y es por consiguiente, inherentemente compatible con el ambiente. La mayoría del amoníaco en nuestro ambiente se produce naturalmente por la descomposición de estiércol, de las plantas y los animales y proporciona el nitrógeno para las plantas y los animales. De los dos mil millones de toneladas métricas estimadas de presencia de amoníaco en el mundo, sólo alrededor del cinco por ciento es artificial.

El grado del amoníaco refrigerante es anhidro; es decir no contiene agua y también es 99.98% puro. Es de fácil fabricación y esta disponibilidad mantiene su precio competitivo. Lo que lo hace particularmente conveniente como refrigerante es su superior performance termodinámica. El amoníaco es capaz de absorber grandes cantidades de calor cuando se evapora, requiere menos energía y, según algunos expertos, es de 3 a 10% más eficaz termodinámicamente que otros refrigerantes. Por consiguiente, según el Instituto Internacional de Refrigeración por Amoníaco, la instalación de una planta de refrigeración industrial típica diseñada para usar amoníaco cuesta entre un 10 y un 20% menos que otros sistemas industriales de refrigeración. Este mismo instituto indica que para lograr una temperatura dada, se necesita menos amoníaco que usando otros refrigerantes industriales.
 
Estas características contribuyen a uno de los importantes atractivos del amoníaco - su mínimo impacto en el ambiente. La valoración del impacto de sistemas de refrigeración involucran ahora dos consideraciones: Impacto de Calentamiento Equivalente Total (TEWI) y, más recientemente, Performance del Clima en el Ciclo de Vida (LCCP). Básicamente, la premisa es que los sistemas de refrigeración impactan directamente en el ambiente en forma de emisiones (gases de Invernadero) que contribuye al recalentamiento global e indirectamente, a través de las emisiones de anhídrido carbónico, que son la resultante de la conversión de combustibles fósiles en la energía necesaria para impulsar los sistemas. TEWI es la suma de los indicadores de estos recalentamientos globales, mientras que LCCP toma el cálculo de una etapa siguiente, la que produce un impacto en la producción de refrigeración, distribución y los costos de disposición final.
           
A partir de que las plantas de amoníaco requieren menos energía, las emisiones de carbono producidas para impulsarlas son, similarmente, bajas. Así como no daña la capa de ozono, el ciclo de vida del amoníaco de menos de una semana una vez expuesto a la atmósfera, asegura que también tiene cero impactos medioambientales en cuanto se refiere a los gases de invernadero.

Desde luego, existe un lado inconveniente. El amoníaco es inherentemente peligroso para los seres humanos. La exposición al gas del amoníaco puede causar un serio daño a los pulmones, los ojos y otras áreas que contienen humedad, la que convierte el gas en el corrosivo hidróxido de amonio. Sin embargo, el distintivo e instantáneamente reconocido olor del amoníaco actúa como un detector de fugas; incluso los rastros no peligrosos de amoníaco serán notados inmediatamente por cualquiera que se encuentre cerca.

Este aspecto de auto señalamiento del compuesto, significa que inclusive pueden descubrirse y repararse inmediatamente las fugas más pequeñas de un sistema de refrigeración. Además, el amoníaco es diecisiete veces más liviano que el aire, lo cual significa que una fuga de gas se elevará inmediatamente y se disipará en la atmósfera. Si hay alguna presencia de agua, se formará una espesa nube de vapor clara y visible. En general, los registros de seguridad del amoníaco como refrigerante se comparan favorablemente con otros sistemas.

Proporcionado todo lo anterior, posiblemente no sorprenda que el amoníaco y otros refrigerantes naturales estén haciendo su regreso. En nuestros tiempos de conciencia medioambiental, cualquier “nuevo” producto que protege el ambiente mientras reduce los costos deben tener un futuro brillante: inclusive uno que ha estado en uso corriente durante más de 100 años.

 

 

 


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