En este post, exploraremos las ventajas del amoniaco como refrigerante y cómo está transformando la industria de la refrigeración de manera sostenible. Descubre cómo este compuesto químico versátil está redefiniendo el futuro de la refrigeración para lograr un mundo más verde y eficiente.
El Amoniaco es el refrigerante más utilizado en instalaciones de refrigeración industrial y el único que no tiene comprometido su futuro, como si lo tienen otros refrigerantes (halogenados) y refrigerantes mal llamados “ecológicos”.
No obstante aún hoy en día el amoniaco (NH3) es un refrigerante “discutido” y sufre limitaciones en sus usos y aplicaciones en refrigeración.
En la actualidad el único refrigerante absolutamente amigable con el medio ambiente es el amoníaco, que además, pese a ser fabricado a nivel industrial mediante el sistema Habber Bosch, es un refrigerante totalmente NATURAL.
Es el fluido que absorbe calor del medio que deseamos refrigerar mediante evaporadores o intercambiadores de calor y lo transporta al ámbito disponible para su evacuación.
Clasificación : los refrigerantes pueden ser primarios o secundarios.
Refrigerantes primarios: son aquellos en los cuales hay cambio de estado físico o de agregación de estado líquido a estado de vapor, este cambio de estado físico se produce en los evaporadores, se trata de “calor latente”.
Ejemplo : Amoniaco NH3 – R 22 etc.etc.
Refrigerantes secundarios: son aquellos en los cuales NO hay cambio de estado físico o de agregación sólo hay cambio de temperatura, este cambio de temperatura se produce en los intercambiadores de calor, se trata de “calor sensible”.
En adelante me referiré al refrigerante “primario” como “refrigerante”.
No existe el refrigerante ideal, solamente podemos enunciar cuales son las propiedades deseables que el mismo debería poseer.
ODP (Ozone Depletion Potential / Potencial de agotamiento de Ozono), es el índice que relaciona la contribución de una sustancia a la destrucción de la capa de ozono con relación al R 11 que se toma igual a 1.
GWP (Global Warming Potential / Potencial de Calentamiento Global), es el índice que relaciona la contribución de una sustancia al calentamiento global (Efecto invernadero) con relación al CO2 que se toma igual a 1.
El ozono (O3) bloquea las radiaciones ultravioletas que son nocivas para la salud y el medio ambiente aumentando el riesgo de contraer cáncer de piel, cataratas, disminución de la respuesta inmunológica, interfieren en la fotosíntesis (transformación de materia inorgánica en orgánica en presencia de luz y CO2), afecta el crecimiento del fitoplancton (organismos acuáticos que son bacterias y alimento de organismos mayores).
1- Halogenados: proceden de hidrocarburos, donde se ha reemplazado el carbono por elementos halógenos: Cl – Br – F – I.
R-11: C Cl3 F – Tricloro fluor metano
R-22: C H Cl F2 – Clorodifluormetano
R-12: C Cl2 F2 – Diclorodifluorometano
R-134A: CF3 – CH2 F – 1,1,1,2 Tetrafluoretano – Mal llamado “ecológico”
2- Mezclas Azeotrópicas: son mezclas de 2 ó más refrigerantes halogenados puros. Se comportan como una sustancia pura, las temperaturas de cambio de fase (evaporación/condensación) se mantienen constante.
R-502 , mezcla de R22 + R115
R-507, mezcla de R125 + R143A
3- Mezclas NO Azeotrópicas: durante los cambios de fase, las temperaturas sufren desviaciones del orden de los 5°C.
R-407C, mezcla de R-134A + R-125 + R-32
4- Orgánicos: son inflamables y tóxicos.
R-170: C2H6 – Etano
R-290: C3H8 – Propano
R-600: C4H10 – Butano
5- Inorgánicos:
R-717: NH3
El cloro (CL) de los refrigerantes halogenados (R11-R12-R22 etc.) destruye la capa de ozono según las siguiente reacciones químicas en cadena:
CL2 + 03 → CLO+ 02
CLO + 02 → CL2+ 02
Los nuevos refrigerantes desarrollados sin “cloro” denominados erróneamente, ecológicos como el R-134A, R-410A, R-407C, R-404A, CO2 etc. no son realmente ecológicos ya que contribuyen al calentamiento global es decir al efecto invernadero y son responsables del paulatino incremento de la temperatura promedio de la tierra al impedir la disipación de calor (proveniente del sol) en el espacio.
R-410: R-32 + R-125
R-407C: R-32 + R-125 + R-134A
R-404A: R-125 + R-143A + R-134A
Siendo:
El vapor de agua y el gas metano (CH4) , por ejemplo, incrementan también el efecto invernadero.
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En la tabla siguiente se comparan refrigerantes en función de las contribuciones a la destrucción de la capa de ozono (ODP) e incremento del efecto invernadero (GWP):
| ODP | GWP |
| R-11 : 1 (Ref). | R-11 : 4000 |
| R-12 : 0.82 | R-12 : 10900 |
| R-22 : 0,05 | R-22 : 1810 |
| NH3 : 0 | NH3 : 0 |
| R-125: 0 | R-125: 3500 |
| R-134A : 0 | R-134A : 1430 |
| R-407C: 0 | R-407C: 1800 |
| R-410A: 0 | R-410A: 2100 |
| R–404A : 0 | R–404A : 3750 |
| CO2 : 0 | CO2 : 1 (Ref) |
El único refrigerante totalmente amigable con el ambiente, es el AMONIACO, que no posee efecto alguno sobre la capa de ozono y no contribuye al incremento del efecto invernadero, ODP = 0 y GWP = 0.
Los nuevos refrigerantes alternativos, mal llamados “ecológicos” como por ejemplo R134, R404A, R407C, R507 generan un aumento del efecto invernadero.
R-11, R-12, R-502, R-131
R-22, prohibido en CEE, fuera de la CEE se prohibirá en 2030 y se prohibirá en el 2040 en países subdesarrollados.
R-134 a , R-413 , R – 404
R-717, AMONIACO: Fuera de toda discusión que cuestione su utilización en el futuro.
El amoniaco se empleó por primera vez como refrigerante en 1876, cuando Carl Von Linde lo aplicó en una máquina de compresión de vapor. El desarrollo de los clorofluorocarbonos (CFC) en EE. UU. en esa época desequilibró la balanza a su favor, ya que en comparación con todos los demás refrigerantes entonces en uso, los CFC se consideraban productos químicos inofensivos y extremadamente estables. Por aquel entonces no se podían prever las consecuencias de la liberación masiva de refrigerantes.
Los refrigerantes CFC se promovieron como productos seguros, logrando su éxito de la mano de una acelerada demanda. A pesar del éxito de los CFC, el amoníaco mantuvo su posición, especialmente en grandes instalaciones industriales y en el sector de la conservación de alimentos. Los efectos perjudiciales de los refrigerantes CFC se hicieron evidentes en los años 80, cuando se aceptó de manera generalizada que estaban contribuyendo al agotamiento de la capa de ozono y al calentamiento global. El resultado fue el Protocolo de Montreal (1989), en el que casi todos los países acordaron un calendario para la retirada gradual de los clorofluorocarbonos.
En vista de la gravedad de los daños a la atmósfera, los peligros derivados de las emisiones de CFC y HCFC, y sus efectos sobre el calentamiento global, las revisiones realizadas en los tratados de Montreal (1990), Copenhague (1992) y Kioto (1998) exigieron la aceleración de su retirada. Los HCFC también van a retirarse paulatinamente. Europa ha tomado la iniciativa, siendo muchos los países que están frenando el empleo de refrigerantes HCFC.
El amoníaco (NH3) es un gas licuado, tóxico por inhalación e irritante para ojos, piel y sistema respiratorio.
Es soluble en agua, se hidroliza: NH3 + H2O ↔ NH4(+) + OH(-) (Ión amonio + ión oxidrilo).
Respuesta fisiológica al vapor de NH3:
Concentración máxima permitida para ocho horas: 25 a 50 ppm (0.0025 a 0.005 % ) , según distintas legislaciones europeas o americanas.
Límites de inflamabilidad en aire: 160.000 a 250.000 ppm (16 a 25%)
Evitar agregar agua al NH3 líquido, se produce una violenta reacción exotérmica, algo menos violenta si se agrega NH3 líquido al agua, la diferencia se debe a que el agua tiene mayor peso específico que el NH3 y “no flota” en su superficie, lo que genera un mayor contacto agua – NH3 que favorece la reacción entre ambas sustancias.
El agua se debe utilizar para neutralizar un escape de NH3 en estado de vapor.
| Tipo A : Baja toxicidad | Tipo B : Alta toxicidad |
| A1 : Baja inflamabilidad | B1 : Baja inflamabilidad |
| A2 : Moderada inflamabilidad | B2 : Moderada inflamabilidad |
| A3 : Alta inflamabilidad | B3 : Alta inflamabilidad |
La mayoría de los refrigerantes son A1: Baja toxicidad y baja inflamabilidad.
El amoniaco es “B2” : moderada inflamabilidad y alta toxicidad , necesita medidas de seguridad específicas, solo se usa en refrigeración industrial , prohibido en instalaciones de aire acondicionado de manera directa.
El COP (Coeficiente de Performance) de un compresor de refrigeración es la relación entre la capacidad frigorífica y la potencia eléctrica demandada, a mayor valor de COP más eficiente es la instalación de refrigeración.
El COP es un número adimensional, la capacidad frigorífica y la potencia eléctrica se deben expresar en las mismas unidades, por ejemplo en KW y depende de:
En el gráfico siguiente se observan valores de COP de distintos refrigerantes en función de la temperatura de evaporación, para una temperatura de condensación constante e igual a + 35°C.
Claramente se observa la ventaja energética del NH3 frente a todos los refrigerantes en todo el rango de temperaturas de evaporación, solamente el R-22 y en el entorno de -40/-45°C muestra una leve ventaja sobre el NH3.
Check list de seguridad para instalaciones de NH3 según OSHA – OSHA : Occupational Safety and Health Administration (Administración de Seguridad y Salud Ocupacional)
Descarga el Check List completo con todas las verificaciones necesarias de seguridad para instalaciones de refrigeración con amoniaco NH3.
Se debe desarrollar y mantener un programa de mantenimiento preventivo para todos los equipos de refrigeración y organizarlo de acuerdo con las recomendaciones de los fabricantes.
El programa de mantenimiento preventivo debe incluir:
Otras tareas que se deben incluir en el programa de mantenimiento
Llevar un registro de aceite agregado a los compresores y del aceite purgado de la instalación, realizar un balance entre aceite agregado y aceite purgado, los valores obtenidos deben ser similares.
Mantener al sistema de refrigeración libre de fugas de amoniaco. Investigar todo reporte relativo a olores a amoniaco y reparar todas las fugas inmediatamente. Realizar pruebas de estanqueidad a cañerías, válvulas, sellos, bridas, etc., en forma periódica. Algunos métodos que pueden utilizarse para pruebas son: barras de azufre, papel tornasol o un detector portátil equipado con una sonda flexible.
El sistema de refrigeración de amoniaco debe ser monitoreado en forma permanente. (Presiones y temperaturas). Es conveniente el uso de un libro para registrar todas las novedades acontecidas en cada turno.
Realizar inspecciones periódicas de cañerías de refrigeración de amoniaco para detectar aislamiento fallido/barrera de vapor, oxidación y corrosión. Reemplazo de cañerías deterioradas.
Protección de cañerías de refrigeración no aisladas contra la corrosión mediante pinturas adecuadas. Instalar mangas de viento en lugares apropiados para determinar la dirección del viento.
Mantener diagramas actualizados de cañerías e instrumentación.
La respuesta incluye sin dudas los siguientes conceptos:
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Agradecimientos
Muchas gracias por el tiempo dedicado a la lectura de este articulo, espero que haya sido de interés. Quedo a disposición de todos los lectores, respondiendo a sus preguntas o inquietudes y son bienvenidas aquellas sugerencias para la selección de contenidos a desarrollar en los próximos artículos del blog académico.
Sobre el autor
Ing. Alejandro d’Huicque
Ingeniero Electromecánico egresado de la Universidad de Buenos Aires – Argentina. Trabajo en el área de refrigeración industrial desde el año 1984.
Docente en : Universidad Tecnológica Nacional UTN – Consejo Profesional de Ingeniería Mecánica y Electricista COPIME -Instituto Argentino de Refrigeración y Aire Acondicionado IARAA.
2 comentarios. Dejar nuevo
Agradecimiento.
Muchas gracias Juan por unirte a nuestra comunidad y leer nuestros artículos. Muchos Éxitos! Saludos!