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”.
¿Cuáles son las características del refrigerante ideal?
No existe el refrigerante ideal, solamente podemos enunciar cuales son las propiedades deseables que el mismo debería poseer.
Alta conductividad térmica, buen conductor del calor
No tóxico.
No explosivo.
Su punto de ebullición no debe verificarse a presiones muy bajas, para evitar trabajar en lo posible con presiones de evaporación menores a la presión atmosférica, que favorecen el ingreso de aire a la instalación.
Alta temperatura crítica
Calor latente de vaporización elevado, menores caudales puestos en juego.
Peso específico alto, compresores de menor desplazamiento
Alto valor de COP.
No causar corrosión en los metales utilizados.
Mantener sus propiedades en el tiempo.
No atacar los metales, ni alterar los aceites, lubricantes.
Fácil detección.
Bajo costo.
No alterar la capa de ozono.
No contribuir al efecto invernadero.
Presiones moderadas de trabajo, menores espesores de chapa en la fabricación de elementos de la instalación.
Baja tensión superficial, la baja tensión superficial favorece el “mojado de las superficies de intercambio”.
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).
¿Qué tipos de refrigerantes hay?
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.
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.
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.
Los refrigerantes en la actualidad
Cloro+Fluor+Carbono : PROHIBIDOS
R-11, R-12, R-502, R-131
Hidrógeno+Cloro+Flúor+Carbono : EN VÍAS DE ELIMINACIÓN
R-22, prohibido en CEE, fuera de la CEE se prohibirá en 2030 y se prohibirá en el 2040 en países subdesarrollados.
Hidrógeno+Flúor+Carbono : EN DISCUSIÓN, SU FUTURO ES INCIERTO.
R-134 a , R-413 , R – 404 R-717, AMONIACO: Fuera de toda discusión que cuestione su utilización en el futuro.
El NH3 como refrigerante, un poco de historia
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.
Propiedades del NH3 y efectos fisiológicos sobre las personas
El amoníaco (NH3) es un gas licuado, tóxico por inhalación e irritante para ojos, piel y sistema respiratorio.
Color : incoloro
Punto de fusión : – 77,7 ºC
Punto de ebullición : – 33,6 ºC a presión atmosférica a nivel del mar.
Densidad relativa al aire : 0.6 (más liviano que el aire)
Es soluble en agua, se hidroliza: NH3 + H2O ↔ NH4(+) + OH(-) (Ión amonio + ión oxidrilo).
Temperatura de auto inflamabilidad : 630 ºC
Al descomponerse en el agua libera calor
El cobre, bronce , latón y zinc no son materiales aptos para utilizar en con NH3.
Respuesta fisiológica al vapor de NH3:
5 a 20 ppm (0.0005 a 0,002 %): detección de olor.
150 a 220 ppm (0.015 a 0.022 %): ojos afectados luego de un minuto , sin lesiones serias, respiración sin afectar.
600 a 700 ppm (0.06 a 0.07 %): abundante lagrimeo en 30 segundos.
1000 ppm (0.1%): lagrimeo instantáneo , posible lesiones oculares permanentes, respiración muy dificultosa.
5.000 a 10.000 ppm (0.5 a 1 %): letal en corto tiempo, 30 minutos.
En animales , una concentración de 5000 ppm ocasiona la muerte en 30 minutos.
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.
Clasificación de refrigerantes según ANSI y ASHRAE
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.
COP en función del tipo de refrigerante y condiciones de diseño de la instalación
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:
Tipo de refrigerante
Temperatura de evaporación
Temperatura de condensación
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.
Aplicación del Reglamento de Seguridad de Instalaciones de Refrigeración con amoniaco
Check list de seguridad para instalaciones de NH3 según OSHA – OSHA : Occupational Safety and Health Administration (Administración de Seguridad y Salud Ocupacional)
Los empleados que trabajan con el amoniaco están debidamente entrenados ?
Todo el personal asignado a trabajar con amoniaco es apto para trabajar en áreas riesgosas ?
Todas las personas que trabajan con amoniaco tienen anteojos de seguridad disponibles ?
Las personas utilizan guantes adecuados para trabajar con amoniaco ?
Están disponibles e identificadas duchas y lavaojos de emergencia ?
Tienen disponibles trajes adecuados para las personas que trabajan con amoniaco ?
Tienen botas apropiadas para el personal ?
Existen por lo menos dos máscaras de cara completa con sus filtros adecuados ?
Hay disponibles como mínimo dos equipos de respiración autónomos ?
Hay disponibles arneses de seguridad y líneas de vida para operaciones en alturas ?
Descarga el Check List completo con todas las verificaciones necesarias de seguridad para instalaciones de refrigeración con amoniaco NH3.
Recomendaciones mínimas de mantenimiento preventivo/predictivo de instalaciones de 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:
Instalaciones eléctricas de automatización y potencia
Equipamiento de seguridad : ERA – Detección – Ventilación – Trajes – Respiradores etc.
Otras tareas que se deben incluir en el programa de mantenimiento
Realizar análisis de vibraciones en los compresores.
Documentar y analizar resultados para identificar tendencias.
Realizar análisis de aceite de los compresores.
Documentar y analizar resultados para identificar tendencias.
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.
¿Por qué se discute y limita el uso del amoniaco como refrigerante (NH3) ?
La respuesta incluye sin dudas los siguientes conceptos:
Desconocimiento, manejo de información parcial o distorsionada.
Temor a los riesgos, posiblemente sin conocerlo claramente.
Amplia publicidad de refrigerantes alternativos incorrectamente llamados ecológicos.
¿Cómo impulsar al NH3 al importante lugar que le corresponde ?
Minimizar la cantidad de NH3 de la instalación por medio de sistemas de carga justa, utilizando refrigerantes secundarios.
Estricta aplicación de normas y legislaciones en la fabricación de equipos y montajes electromecánicos.
Instalación de sistemas de detección de NH3.
Capacitación continua del personal de sala de máquinas y supervisores de mantenimiento.
Planes de contingencia y realización de simulacros con participación de los bomberos de la zona.
Estricto cumplimiento de las rutinas de mantenimiento establecidas.
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.
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3 comentarios. Dejar nuevo
Agradecimiento.
Muchas gracias Juan por unirte a nuestra comunidad y leer nuestros artículos. Muchos Éxitos! Saludos!
Excelente artìculo