El
paso de las generación de los fluidos refrigerantes tiene detalles que vale la pena mencionar y que son destacados en el siguiente artículo.
por Ing. Ernesto Sanguinetti Remusgo*
Los sistemas de refrigeración por compresión de vapor, por absorción de vapor, por adsorción, por eyección, por ciclo de aire y sistema vortex necesitan una sustancia de trabajo o fluido refrigerante o simplemente, como llamaremos más adelante, un refrigerante.
De todos éstos sistemas el que más se emplea a nivel mundial es el sistema de refrigeración por compresión de vapor. Es el sistema con el cuál todos los que nos dedicamos a la refrigeración y al acondicionamiento de aire estamos más familiarizados.
Los refrigerantes que se emplean para realizar los diferentes procesos que conforman el ciclo termodinámico que se cumple en un equipo frigorífico han ido cambiando y evolucionando a través del tiempo por las circunstancias que vamos a mencionar.
Primera generación
La primera generacion de los refrigerantes son aquellos que permitieron al hombre empezar a producir el “frio artificial” empleando principalmente el sistema de refrigeración por compresión de vapor. Se puede decir que usaron “cualquier sustancia que servía para ese fin”, estando dentro de ellos en orden de aparición:
- Cloruro de Etilo ó Monocloro Etano ( C2 H5 CL ) ó (R-160), año 1,717
- Eter Etílico ( C4 H10 O ), año 1,856
- Eter Metílico ó Eter Dimetílico ( C2 H6 O ), año 1,864
- Anhidrido Sulfuroso ó Dióxido de Azufre ( S O2 ) ó (R-764), año 1,874
- Amoníaco ( N H3 ) ó (R-717), año 1,876
- Cloruro de Metilo ó Cloro Metano ( C H3 CL ) ó (R-40), año 1,877
- Anhidrido Carbónico ó Bióxido de Carbono ( CO2 ) ó (R-744), año 1,878
La ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Airconditioning Engineers) posteriormente estableció reglas muy claras y precisas para identificar a los refrigerantes a nivel mundial y como referencia diremos que estableció que los refrigerantes inorgánicos deben tener la nomenclatura: R-7xx, siendo xx su peso molecular. Inclusive el aire (R-729) y el agua (R-718) se identifican como refrigerantes con esa nomenclatura. Mostramos en la relación anterior para algunos refrigerantes de la primera generación con nomenclatura de ASHRAE.
Fueron dejándose de usar por ser tóxicos e inflamables, pero de todos ellos a pesar del tiempo y de sus inconvenientes, se usan y se seguirán usando el amoniaco y el anhídrido carbónico.
Segunda generación
La segunda generacion de los refrigerantes aparece como consecuencia de que muchos científicos, con el apoyo de grandes laboratorios, realizaron investigaciones para conseguir nuevos refrigerantes “Seguros“ que no sean tóxicos ni inflamables. Alterando la estructura molecular de los hidrocarburos, al reemplazar los átomos de Hidrógeno por átomos de Cloro y de Flúor, lograron obtener muchos refrigerantes “amigables” que se denominaron Cloro Fluoro Carbonados (CFC) e HidroCloro Fluoro Carbonados (HCFC) donde los más destacados fueron los siguientes:
- Diclodifuoro Metano (R-12) , año 1,930
- Tricloromonofluoro Metano (R-11), año 1,932
- Monoclorodifluoro Metano (R-22) , año 1,935
- Mezcla de 48.8% R-22 y 51.2% R-115 (R-502), año 1,963.
La ASHRAE estableció otra nomenclatura numérica, que es la mostrada entre paréntesis, para identificar mundialmente a éstos refrigerantes, con base en el número de átomos de Cloro, de Flúor y de Hidrógeno de sus moléculas, cuya regla de formación de esa numeración no se explicará en detalle en éste artículo.
De toda aquella segunda generación todavía se usa el refrigerante R-22 y algunas mezclas con ese refrigerante, pero solo en países en vías de desarrollo, teniendo como meta ir disminuyendo año a año su uso hasta desaparecer en el año 2039.
Tercera generación
La tercera generacion de refrigerantes aparece como consecuencia de la búsqueda de fluídos que reemplacen a los anteriores pero que no tengan cloro para “no causar daño a la capa de ozono terrestre“. Se encontraron sustancias puras pero la mayoría son el resultado de mezclas, siendo las más destacadas:
- Tetrafluoro Etano (R-134a)
- Mezcla de 23% R-32 + 25% R-125 + 52% R-134a (R-407C)
- Mezcla de 44% R-125 + 52% R-143a + 4% R-134a (R-404A)
- Mezcla de 50% R-125 + 50% R-143a (R-507)
- Mezcla de 31.5% R-134a + 65.1% R-125 + 3.4% R-600a (R-422D)
- Mezcla de 50% R-32 + 50% R-125 (R-410A)
La ASHRAE estableció la siguiente nomenclatura para identificar a las mezclas: R-4xx para mezclas o refrigerantes Zeotrópicos ( sus componentes tienen diferentes puntos de ebullición y de condensación) y R-5xx para mezclas o refrigerantes Azeotrópicos (sus componentes tienen el mismo punto de ebullición y el de condensación comportándose como sustancia pura); siendo xx el orden de aparición de ese tipo de refrigerantes. Se colocan luego de la numeración letras mayúsculas como A, B, C, D , etc. para diferenciar la variación de porcentaje de los mismos componentes que pueda tener una mezcla.
Cuando son sustancias puras se usa una letra minúscula luego de la numeración cuando hay isómeros (el mismo refrigerante, la misma composición pero con los átomos de la molécula en otra posición). Es el caso del R-134a. Esa búsqueda de una tercera generación de refrigerantes tuvo sus orígenes en lo siguiente:
En el año 1,974 los científicos Mario Molina (Mexico) y Sherwood Rowland (USA) lanzan su teoría de que los refrigerantes que contienen cloro (CFC y HCFC) estaban destruyendo a la capa de ozono que envuelve a la tierra, cuando éstos se escapaban hacia la atmósfera. Explicaron que los átomos de cloro que conforman la molécula de refrigerante llegaban a grandes alturas (estratósfera) donde está concentrado el ozono, rompían las moléculas del ozono (O3) produciendo su depleción, que consiste en que un átomo de cloro impacta sobre la molécula de ozono y desprende un atomo de oxígeno, dejando suelta una molécula de O2 que como es lógico ya no es O3. Es una reacción de destrucción “en cadena”.
Ese daño resulta peligroso para la vida en la tierra porque la capa de ozono sirve como filtro de protección contra los rayos ultravioleta “ nocivos “ provenientes del sol (aquellas de corta longitud de onda) no permitiendo que ellas pasen y solo permitiendo que pasen las de onda larga, para que lleguen hasta la superficie terrestre. Ese tipo de radiación ultravioleta “buena” es la que permite la vida en el planeta; es la que hace que se realice la fotosíntesis del reino vegetal.
Las observaciones del comportamiento de la capa de ozono, a partir de ese año, llevaron a la conclusión de que dicha capa estaba seriamente amenazada. Este es el motivo por el que se reunió la Asamblea General de las Naciones Unidas el 16 de septiembre de 1987, firmando el Protocolo de Montreal (13 años después de la alerta ). En 1994, la Asamblea General de las Naciones Unidas estableció el día 16 de septiembre como el Día Internacional para la Preservación de la Capa de Ozono.
El adelgazamiento de la capa de ozono provocó el aumento de los casos de melanomas (cáncer) de piel, de cataratas oculares, supresión del sistema inmunológico en humanos y en otras especies. También afectó a los cultivos sensibles a la radiación ultravioleta.
Para preservar la capa de ozono se estableció disminuir a cero el uso de los CFC y HCFC (usados en refrigeración y en propelentes), y fungicidas de suelo (como el bromuro de metilo) que destruía la capa de ozono a un ritmo superior a los CFC.
Nota: En los próximos días encontrará la segunda parte de este artículo, que explica de forma detallada el desarrollo de la cuarta generación de refrigerantes.
* Ingeniero Ernesto Sanguinetti, Gerente División Ingeniería de Cold Import S.A. – Lima – Perú.
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