Los refrigerantes y su influencia en el medioambiente
En la mayoría de nuestros hogares contamos con lo que comúnmente llamamos refrigeradores o neveras, y es que desde que el hombre se volvió sedentario tuvo la necesidad de conservar sus alimentos. Se sabe que los primeros en desarrollar un proceso de conservación fueron los antiguos egipcios, quienes para refrigerar sus víveres utilizaron vasijas de arcilla porosas poco profundas, las llenaban de agua y las colgaban en la noche para que se formaran pequeñas capas de hielo sobre la superficie de estas, además, las cubrían con paja para que este hielo no se evaporara y no tuviera pérdida de calor, aprovechando así la película de hielo que se formaba, claro está que todo dependía de las condiciones del clima y de la estación del año. En el siglo IV, los musulmanes utilizaban una solución de hielo mezclada con sal -llamada sorbetes- para producir frío con mezclas de cloruro de sodio (sal). En 1607 se descubrió que podía utilizarse una mezcla de agua con sal para congelar el agua.
La refrigeración mecánica como la conocemos fue producto de esfuerzos aislados, pero casi todos llegaron a la conclusión de que la expansión de un fluido era el método, un fluido que puede usarse sin cambio de fase (despresurización de un gas) o, lo más frecuente, con cambio de fase (evaporación de un líquido), que a su vez se haya recalentado a presión atmosférica (o menos). En 1774 se descubrió el amoniaco y el CO2 como refrigerantes naturales, además del agua, estos pasaron a tener gran preponderancia hasta nuestros días, hoy se siguen utilizando y están tomando mucho auge debido a que no son agresivos con el ambiente.
También se utilizó el dióxido de azufre, pero uno de los inconvenientes era que los equipos de refrigeración o neveras presentaban muchas fugas, debido a que este refrigerante es muy agresivo, y al mezclarse con el agua produce ácido sulfúrico, este, a su vez, ataca las mucosas y produce mucha tos. Para la década del 1930 se empezó a experimentar con nuevos compuestos para así masificar la industria de la refrigeración, esto llevó al desarrollo de nuevos químicos, un ejemplo fue la mezcla de metano (CH4) -que cuenta con un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno- y remplazando el hidrógeno por cloro y flúor, y así volver la mezcla más estable y no inflamable.
Figura1: Metano, (imagen graficadas con Chem3D Pro)
Figura2: diclorofluorometano (R-12) (imagen graficadas con Chem3D Pro)
Figura 3 Ozono, elaborado por el autor.
Estos nuevos compuestos -a base de carbono, cloro y flúor- llevaron a la refrigeración a unos horizontes de desarrollo a nivel global, tanto así que se masificó el uso de los espacios refrigerados en salas de cine, teatros, centros de convenciones y oficinas, al igual que ocurrió con el uso de la radio y los televisores; en cada hogar se procuraba tener, mínimo, un refrigerador para conservar los alimentos. Se pensaba que estos nuevos compuestos serían muy duraderos, pero no fue así.
Para la década de los 1970, los científicos Fatbian, Borders y Penkett -preocupados por el uso masivo de estos compuestos químicos- descubrieron que los CFC (clorofluorocarbonos) liberados a la atmósfera destruían la capa de ozono, que es la capa protectora de nuestro planeta.
La capa de ozono (ozonósfera) es la capa protectora y fundamental para preservar la vida sobre nuestro planeta. La misma consiste en tres átomos de oxígeno y se encuentra ubicada entre los 15 km y 50 km de altitud, su medida está dada por la unidad Dobson (DU) y esta mide el grosor de la misma; Dobson realizó los primeros estudios sobre el ozono entre los años de 1928 y 1958, cuando se estableció la red mundial de monitoreo de la capa de ozono, actualmente en vigencia.
El ozono actúa como filtro protector de las radiaciones nocivas que provienen del espacio, además de que permite el paso de las radiaciones ultravioleta de onda larga que emite el Sol, esta radiación ultravioleta es la que permite la fotosíntesis y -a su vez- permite la vida sobre el planeta
Figura 4. Cortesía de expansion.com
En la década de los 80, los científicos Mario Molina y Sherwood Rowland descubren que la capa de ozono se estaba debilitando. Para la comunidad industrial, la revelación de Rowland se tomó como broma y fue objeto de burlas. No fue hasta el año 1985 cuando se le dio impulso e importancia y se firmó un tratado de prohibición de los CFC, el llamado Protocolo de Montreal. Ese año se confirmó que los productos químicos estaban provocando un debilitamiento severo o "agujero" en la capa de ozono sobre la Antártida.
La capa de ozono tiene un grosor de 10-20 km y es la responsable de protegernos de los rayos (UV) que irradia el Sol. Los CFC (clorofluorocarbonos) y HCFC (hidroclorofluorocarbono) son los mayores responsables de que esta capa protectora se esté debilitando y destruyendo. Esta destrucción o debilitamiento ocurre debido a que los CFC y HCFC actúan sobre la capa protectora, - a la que llamamos ozono- es la encargada de protegernos contra los rayos ultravioleta (UV) que emite el astro solar. Los CFC y HCFC que se vierten a la atmósfera debilitan esta capa protectora o filtro, y estos rayos UV pasan con mayor facilidad hasta llegar a la superficie de la tierra, lo que causa una serie de problemas tanto para la flora y fauna y al ser humano, uno de estos problemas es que en los últimos años se ha visto un incremento de cáncer de piel y cataratas en los ojos y debilitamiento del sistema inmunológico.
Figura 5 Cortesía de ciencia esfera
El Protocolo de Montreal dio fecha de caducidad para los CFC: R-11, R-12, R-500, R-502, R-113, R-114, entre otros, además, también se eliminaron los halones, que son sustancias que agotan la capa de ozono y que se utilizaban para los extintores.
Con la eliminación de los CFC entran en el escenario nuevos refrigerantes que los reemplazan, y son los HCFC, que también tienen fecha de caducidad, ya que estos -aunque son menos agresivos con la capa de ozono- introducen otra variable y es el potencial de calentamiento global (PCG, GWP), enmienda introducida y aprobada al Protocolo de Montreal (firmada en Kyoto), y que dictará las normas para eliminar los HCFC, dentro de estos refrigerantes encontramos el R-22, el R-123 y el R-134a, este último es el reemplazo del R-12, el cual, actualmente, se está utilizando en las neveras y algunos equipos de aire acondicionado de gran capacidad para enfriar agua.
Debido a las enmiendas introducidas en los protocolos de Montreal, Kioto y Kigali, estos refrigerantes (tanto los HCFC [hidroclorofluorocarbono] como los HFC [hidrofluorocarbono] ) están siendo normados y tienen fecha de caducidad. Por eso se están utilizando los hidrocarburos en sistemas de refrigeración doméstica y comercial (sistemas pequeños), se ha visto que los refrigerantes con base en hidrocarburos están teniendo un repunte en los equipos tanto domésticos como comerciales, y es que con las nuevas tecnologías, estos refrigerantes son seguros y mucho más eficientes, por lo tanto, ahorran más energía.
Este es el caso de R-600a, tiene un ODP o potencial de destrucción de la capa de ozono de 0 y un potencial de calentamiento global (PCG) insignificante. El R-600a es un isobutano, contiene 10 hidrógenos y cuatro carbonos. La fórmula química del isobutano R600a es (C 4H10).
Figura: 6 Estructura del Isobutano (imagen graficada con Chem3D Pro)
Como es un refrigerante de la familia de los hidrocarburos, las normas que lo rigen son muy estrictas, si usted tiene un refrigerador que utiliza como refrigerante R134a, no se puede reemplazar el refrigerante y el compresor para que utilice R-600a, debido a varias razones, una de ellas es que la carga de gas es mucho mayor para un equipo que utiliza R134a; otra de las razones es que todas las reparaciones deben ser realizadas por técnicos especializados para este refrigerante, los compresores son mas pequeños y utilizan variadores de frecuencia en algunos casos, además, los componentes eléctricos deben ser a prueba de explosiones, ya que es un hidrocarburo.
La ventaja de utilizar hidrocarburos para refrigeradores domésticos radica en que es un refrigerante natural, es amigable con el ambiente y en el ámbito técnico brinda mucha más capacidad de refrigeración con una baja carga de refrigerante. Este refrigerante fue muy utilizado en Europa a finales de los años 40, actualmente, un ejemplo de esto es que en Alemania, más del 90 % de los refrigeradores domésticos utiliza el R-600a.
Misael Garcés / Lic. en Refrigeración
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