La Proxima Generacion de Refrigerantes (2009)

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La prxima

generacin derefrigerantes

J. M. Calm, The Next Generation of Refrigerants, paper ICR07-B2-534,

Refrigeration Creates the Future(proceedings of the 22nd International

Congress of Refrigeration, Beijing, People's Republic of China, 21-26

August 2007), translated as La prxima generacin de refrigerantes in

ACR-Latinoamrica, 11(6):20-29, November-December 2008 and

12(1):18-25, January-February 2009

por James M. Calm, Consultor de Ingeniera

22 ACR LATINOAMRIC A | ENERO FEBRERO 2009 w ww.acrlatinoamerica.com

Copyright 2007, James M. Calm, Engineering Consultant


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Refrigeracin comercial e industrialpor James M. Calm*

La prximageneracin de

refrigerantes (I)

En la primera entrega de este artculo se realizar un

recorrido por la evolucin de los refrigerantes a travs de

la historia.

ste documento hace una revisin de la

evolucin de los refrigerantes desde su

uso ms antiguo hasta la actualidad, y

luego aborda las directrices y candi-

datos futuros. El artculo divide la historia en cua-

tro generaciones. Se discuten tambin el despla-

zamiento de los primeros fluidos de trabajo y la

forma como volvi a surgir el inters por algunos

de los primeros refrigerantes; por ejemplo, el in-

ters renovado en aquellos que se identifican ac-

tualmente como naturales.

Tambin se examina en este documento una visin

general de las opciones actuales en los contextos

de acuerdos internacionales existentes, incluyendo

los protocolos de Montreal y Kioto para prevenir el

agotamiento del ozono estratosfrico y el cambio

climtico mundial, respectivamente. Adems haceuna evaluacin de las preocupaciones ambientales

y otras medidas de control tanto locales como in-

E

La refrigeracin natural se remonta a tiempos

antiguos en los que se utilizaba hielo

almacenado, vaporizacin de agua y otros

procesos evaporativos


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Refrigeracin comercial e industrial

ternacionales. Asmismo muestra cmo la atencin aisla-

da a los problemas ambientales individuales o requerimien-

tos regulatorios, en contraste con las respuestas coordina-

das a los diferentes asuntos conjuntos, puede dar como

resultado un dao ambiental inesperado que requerir casi

con certeza futuras revocaciones.

Evolucin de los refrigerantesLa refrigeracin natural se remonta a tiempos antiguos

en los que se utilizaba hielo almacenado, vaporizacin de

agua y otros procesos evaporativos. Numerosos investi-

gadores en diferentes pases estudiaron la fsica del cam-

bio de fase en los aos 1600 y 1700; sus principales ha-

llazgos establecieron las bases para la refrigeracin ar-

tificial (fabricada por el hombre). Oliver Evans propuso

inicialmente el uso de un fluido voltil en un ciclo cerra-

do para congelar agua y convertirla en hielo (Evans, 1805).

Tambin describi un sistema que produca refrigeracin

evaporando ter bajo un vaco, y luego bombeaba el vapor

a un intercambiador trmico refrigerado con agua para que

se condensara y fuera reutilizado. Aunque no existen re-

gistros de que l hubiera construido una mquina que fun-

cionara, sus ideas probablemente influenciaron tanto a

Jacob Perkings como a Richard Trevithick.

Este ltimo propuso un sistema de ciclo de aire para refrige-

racin en 1828, pero no lo construy. Sin embargo, Perkins

s lo hizo con su invencin de la mqui-na de compresin de vapor en 1830 e

introdujo as los verdaderos refrigeran-

tes, tal como los conocemos hoy en da.

Su patente describe un ciclo utilizando

un fluido voltil con el objetivo de pro-

ducir la refrigeracin, la congelacin y

condensar al mismo tiempo dichos flui-

dos para ponerlos en operacin sin que

se presentaran desechos (Perkins,

1834). Muchos expertos en refrigera-

cin reconocen su histrica contribu-cin a la identificacin de este mtodo

mecnico de compresin de vapor

como El Ciclo Perkins.

Aunque fue diseado para utilizar

ter sulfrico (etilo) como refrigeran-

te, las primeras pruebas se realiza-

ron realmente con caoutchoucine, un

solvente industrial que Perkins utili-

z y que por lo tanto tena disponible

en su negocio. La figura 1 muestra la

evolucin de los refrigerantes desde

su advenimiento y hasta cuatro generaciones posteriores.

Primera generacin:

los que funcionaranLos refrigerantes ms comunes durante los primeros cien

aos fueron solventes familiares u otros fluidos voltiles;

constituyeron la primera generacin de refrigerantes los

que funcionaran y los que estuvieran disponibles. Casi

todos eran inflamables, txicos o ambas cosas, y algunos

tambin eran altamente reactivos. Los accidentes eran

Figura 1

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comunes. Para tener una perspectiva, un nmero de com-

paas comercializaron el propano (R-290) como el refri-

gerante seguro y sin olores para promocionarlo sobre el

amonaco (R-717) (CLPC, 1922).

Una histrica y efectiva publicidad indicaba que el propa-

no es un qumico neutral; por consiguiente, no se presen-

tan acciones corrosivas y no es nocivo ni desagradable,

si la ocasin lo requiere, el ingeniero puede trabajar en el

vapor sin ningn tipo de inconvenientes (CLPC, 1922). La

continua preferencia, incluso actual, del amonaco sobre

los hidrocarburos en aplicaciones industriales, sugiere quela alta inflamabilidad fue y sigue siendo una gran preocu-

pacin en los grandes sistemas.

La primera bsqueda sistemtica y documentada de un refri-

gerante que ofrecera un diseo prctico con desempeo

mejorado lleg alrededor de 1920, con el examen de los

refrigerantes para enfriadores (Carrier y Waterfill, 1924). Willis

H. Carrier, conocido por sus avances en psicometra y acondi-

cionamiento de aire, y R.W. Waterfill, investigaron un rango

de candidatos para su adecuacin en mquinas de compre-

sin centrfuga (turbo radial) y de desplazamiento positivo,

con nfasis en el desarrollo de la compresin centrfuga.

Concluyeron (sin anlisis de los ciclos trans-crticos) que eldesempeo del dixido de carbono (R-744) dependera del

ciclo y la cantidad de sub-refrigeracin de lquido, pero

que esto conducira al menor desempeo pronosticado de

los fluidos analizados. Tambin anotaron que el amonaco

y el agua (R-718) requeriran excesivas etapas para los

compresores centrfugos y para las condiciones observa-

das, y que el agua aporta una baja eficiencia de desempe-

o. Rechazaron el dixido de sulfuro (R-764) por motivos

de seguridad y el tetracloruro de carbono (R-10) por su

incompatibilidad con los metales, especialmente en pre-

sencia del agua. Finalmente, seleccionaron el dieleno (1,2-

dicloroeteno, R-1130) para la primera mquina centrfu-ga, aunque esta seleccin requiri luego de una bsqueda

internacional para encontrar una fuente (Ingels, 1952).

Segunda generacin:

seguridad y durabilidadLa segunda generacin se distingui por un cambio hacia

los fluoroqumicos por su seguridad y durabilidad. Las re-

petidas fugas, de los entonces prevalentes formatos de

metilo (R-611) y dixido de azufre (R-764), retrasaron los

primeros esfuerzos para comercializar los refrigeradores.

Con la instruccin de que la industria de refrigeracin

necesita un nuevo refrigerante, si ellos esperan obtenerlo

en cualquier parte, Thomas Midgley, Jr. y sus asociados

Albert L. Henne y Robert R. McNary, buscaron por toda la

tabla de propiedades para encontrar qumicos con el punto

de ebullicin deseado. Ellos restringieron la bsqueda para

escoger los conocidos como estables, pero que no fueran

txicos ni inflamables. El punto de ebu-

llicin publicado para el tetrafluoruro

de carbono (R-14) dirigi la atencin a

los fluoruros orgnicos, pero sospecha-ron correctamente que la temperatura

real de ebullicin era mucho ms baja

que la publicada. Volviendo a la tabla

peridica de los elementos, Midgley eli-

min rpidamente aquellos que produ-

can volatilidad insuficiente.

Luego, elimin los que resultaban en

compuestos inestables y txicos, as como

los gases inertes, con base en sus bajos

puntos de ebullicin. Solamente queda-

ron ocho elementos, a saber, carbono,

Oliver Evans Willis H. Carrier





C

nitrgeno, oxgeno, azufre, hidrgeno, flor, cloro y bromo

(Midgley, 1937). Despus de tres das de haber iniciado, en

1928, Midgley y sus colegas hicieron observaciones impor-

tantes con respecto a la inflamabilidad y toxicidad de los com-

puestos que tenan estos elementos.

Tambin anotaron que cada refrigerante conocido, combi-

naba a la vez solo siete de esos elementos (todos exceptoel flor). Su primera publicacin sobre refrigerantes fluo-

roqumicos muestra cmo la variacin de la cloracin y la

fluoracin de hidrocarburos influye en los puntos de ebu-

llicin, la inflamabilidad y la toxicidad (Midgley, 1930).

La produccin comercial de R-12 comenz en 1931, seguida

del R-11 en 1932 (Downing, 1966 y 1984). Los clorofluoro-

carbonos (CFCs) y luego (especialmente a comienzos de los

aos 1950 en acondicionadores de aire y bombas de calefac-cin) los hidroclorofluorocarbonos (HCFCs) dominaron la se-

gunda generacin de refrigerantes. El amonaco sigui sien-

do (y lo es actualmente) el refrigerante ms popular en siste-

mas grandes a escala industrial, especialmente para el proce-

samiento y almacenaje de alimentos y bebidas.

Tercera generacin:

proteccin del ozonoLa unin de los CFCs liberados (incluyendo los refrigerantes

CFC) para el agotamiento de la capa de ozono cataliz la ter-cera generacin con un enfoque en la proteccin del ozono

estratosfrico. La Convencin de Viena y el resultante Proto-

colo de Montreal oblig a terminar con el uso de las sustan-

cias agotadoras del ozono (ODSs). Los fluoroqumicos conser-

vaban el primer enfoque, con nfasis en los HCFCs para uso

transicional y los hidrofluorocarbonos (HFCs) para un tiempo

ms prolongado. Los cambios produjeron un renovado inte-

rs en los refrigerantes naturales (particularmente el amo-

naco, el dixido de carbono, los hidrocarburos y el agua),

junto con el mayor uso de la absorcin y otros mtodos (los

que no utilizan sistemas de compresin de vapor con refrige-

rantes fluoroqumicos). Los programas de investigacin p-blicos y privados examinaron sistemticamente tanto los can-

didatos adicionales no fluoroqumicos como el hidrofluoroeter

(HFE), pero representaban pocas opciones promisorias.





Los fabricantes comercializaron los primeros refrigerantes

alternativos a finales de 1989 y, en los siguientes 10 aos,

introdujeron reemplazos para la mayora de las sustancias

agotadores del ozono. Los pases no incluidos en el artculo 5

(la mayora de ellos desarrollados) eliminaron gradualmente

el uso de refrigerante CFC en los nuevos equipos hacia el ao1996, tal como lo haba requerido el Protocolo de Montreal.

Los pases incluidos en el artculo 5 lo harn hacia el ao

2010. La distincin del artculo 5 se relaciona con el nivel

de uso anterior de sustancias agotadoras del ozono, tal como

fue definido en el protocolo. Excepto por lo restringido por las

regulaciones nacionales, el uso y servicio continuos siguen

siendo permitidos para los equipos existentes que utilizan

refrigerantes CFC, hasta que sean retirados de otra forma.

La transicin desde los HCFCs tambin est en proceso.

El Protocolo de Montreal limita la produccin de los HCFCspor etapas en 1996, 2004, 2010, 2015 y 2020, con una

eliminacin total en el 2030 en los pases no incluidos en

el artculo 5, e impone una reduccin a comienzos del

2016 y la cesacin de la produccin en el 2040 en los

pases incluidos en el artculo.

Los pases adoptaron diferentes mtodos de respuesta; la

mayora de pases de centro y occidente de Europa aceleraron

la eliminacin gradual de los HCFC, mientras que los otros

pases desarrollados establecen lmites, eliminando gradual-

mente los usos del propulsor y el agente de soplado (especial-

mente el R-141b) inicialmente, lo que requiere la eliminacingradual del R-22 (el refrigerante ms utilizado actualmente)

hacia el 2010, y luego la prohibicin del uso de HCFC en los

nuevos equipos hacia el 2020. La programacin para los pa-

ses incluidos en el artculo 5 comienza con un congelamiento

en el 2016 y termina con la eliminacin gradual hacia el 2040.

Nuevamente, los futuros usos y servicios continuados se per-

miten para los equipos existentes que emplean refrigerantes

HCFC, hasta que sean retirados de otra forma, excepto por lo

restringido por las regulaciones nacionales.

Aunque ya se discuti aqu como produccin, el Protocolo

de Montreal realmente regula el consumo, el cual definecomo produccin ms importaciones menos exportacio-

nes y destruccin especificada. Como resultado, las ex-

portaciones desde los pases incluidos en el artculo 5 hacia

los pases no incluidos en el artculo 5, se restringen efec-

tivamente para cumplir con los exigentes programas.





Para evitar productos separados domsticos y de expor-

tacin y para explotar nuevas tecnologas derivadas de

joint ventures(uniones de empresas con riesgos com-

partidos) y acuerdos de licencia, algunos productos en

los pases del artculo 5 incorporan los reemplazos an-

tes de lo requerido.

Tres puntos garantizan la notificacin.

Primero, los refrigerantes constituye-

ron histricamente solo una pequea

fraccin de las emisiones totales de

ODS, pero la mayora de los mismos

CFCs y algunos de los HCFCs de uso

comn como refrigerantes, tambin se

utilizaban en muchas ms aplicacio-

nes emisivas, como propulsores de ae-

rosol, agentes para el soplado de es-

puma y solventes.

Segundo, y al menos comparable en

importancia con los reemplazos de

refrigerantes, es que las preocupacio-

nes ambientales inspiraron los princi-

pales cambios en diseo, fabricacin,

instalacin, servicio y los procedimien-

tos de disposicin final para reducir

emisiones evitables (Calm, 2002).

En tercer lugar, la capa de ozono se

est recuperando, a pesar de los infor-mes de episodios de los orificios de

ozono en la Antrtica. El tamao del

orificio de la Antrtica cada ao resul-

ta de factores variables tales como los

vientos y oscilaciones polares del sur,

lo cual induce el vrtice polar, y las

severas temperaturas de invierno que

regulan las eficiencias de la destruc-

cin del ozono y la restauracin natu-

ral. Las evaluaciones cientficas inter-

nacionales documentan que tanto las

nuevas liberaciones de ODS como lasemisiones residuales anteriores estn

reducindose (WMO, 2006). Los cien-

tficos interpretan las tendencias de

concentracin mnima de ozono y rea

mnima de ozono que se muestran en

la Figura 2, como una estabilizacin en

los aos recientes y el inicio de una

recuperacin, ya que ambas medidas

alcanzaron sus peores niveles en 1998.

El progreso en la recuperacin del ozo-

no es incluso ms evidente cuando se

mide a travs del ozono promedio global en lugar del ozo-

no en el vrtice aislado de la Antrtica.

Aunque el aumento de las emisiones de ODS pudiera agu-

dizar el agotamiento del ozono y prolongar o precluir la

recuperacin, las oportunidades de acelerar la recupera-cin de la capa de ozono son mucho ms limitadas, espe-



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cialmente si consideramos la enorme influencia de los CFCs,

halgenos y otras ODSs liberadas en el pasado y que tu-

vieron largas duraciones.

Este punto sugiere una consideracin focal del tiempo de

duracin en la atmsfera (tatm) en la seleccin de alterna-

tivas, para evitar una repeticin de acumulacin atmosf-

rica antes del descubrimiento de nuevas preocupaciones

que puedan surgir en el futuro.

Cuarta generacin:

calentamiento globalLa respuesta exitosa al agotamiento del ozono contrasta al-tamente con la situacin de deterioro con el cambio climtico,

tal como se muestra en la Figura 3. Los nuevos hallazgos y

el debate poltico del calentamiento global se han vuelto

eventos del diario vivir, especialmente en los meses recien-

tes. El Cuarto informe de evaluacin (AR4) del Panel

Intergubernamental sobre Cambio Climtico (IPCC) refleja

el ms reciente consenso cientfico que establece que el

calentamiento del sistema climtico es inequvoco, como ac-

tualmente es evidente por las observaciones de los incre-

mentos en el aire promedio global y las temperaturas

ocenicas, el gran derretimiento de la nieve y el hielo y el

creciente promedio global del nivel del mar (IPCC, 2007).

La evaluacin concluy que la mayora del incremento

observado en las temperaturas promediadas globalmente

desde mediados del siglo 20 se debe muy probablemente

al incremento observado en las concentraciones antropo-

gnicas de gas de invernadero y que las discernibles in-

fluencias humanas se extienden actualmente a otros as-

pectos del clima, incluyendo calentamiento ocenico, tem-

peraturas continentales promedio, temperaturas extremas

y patrones de vientos (IPCC 2007).

El Protocolo de Kioto, de acuerdo con la Convencin Inter-

nacional sobre Cambio Climtico, establece el cumplimiento

obligatorio de los objetivos para las emisiones de gas de

invernadero, con base en equivalentes calculados de dixidode carbono, metano, xido nitroso, HFCs, perflurocarbonos

(PFCs) y hexafluoruro de azufre.

No habla de las ODSs cubiertas por el Protocolo de Montreal,

aunque algunas tambin son GHGs muy potentes. Las le-

yes y regulaciones nacionales para implementar el Proto-

colo de Kioto difieren, pero generalmente prohben las

emisiones evitables de refrigerantes HFC y PFC y, en algu-

nos pases, controlan o imponen impuestos a su uso. Las

medidas ms recientes (adoptadas o propuestas) a nivel

regional, nacional, estatal y municipal son ms estrictas.

Estas restricciones estn forzando cambios para una cuar-ta generacin de refrigerantes definida por su enfoque en

el calentamiento global.

El Parlamento Europeo estableci la regulacin de tiempo

con una directriz que prohbe los refrigerantes

fluoroqumicos (Gas F) que tengan GWP (potencial de ca-

lentamiento global) por encima de 150 para integracin

de 100 aos en acondicionadores de aire para automviles

de modelo nuevo, efectivo a partir del 2011, y para todos

los automviles nuevos, a partir del 2017. Las regulacio-

nes adoptadas tambin requieren una inspeccin peridi-

ca de sistemas de papelera que utilizan HFCs.

El Parlamento de la UE rechaz las medidas recomendadas

que prohibieran HFCs como los propulsores de aerosol hacia

el 2006, como los agentes de soplado de espuma hacia el

2009, y como refrigerantes en acondicionadores de aire y re-

frigeracin hacia el 2010. El voto contencioso sobre el ltimo

tem fue de 262-368, ms del 40% a favor. Este significativo

nivel de apoyo invita a una futura reconsideracin, especial-

mente con los recientes hallazgos cientficos en relacin con

el comienzo del cambio climtico, que cada vez es ms rpido

y ms severo. El efecto inmediato de estas mediciones es una

prohibicin sobre el R-134a en su ms grande aplicacin y,

por Ana Mara Restrepo

Figura 2 Figura 3




como refrigerante, en su mayor aplicacin emisiva (acondi-cionadores de aire mviles).

El lmite de GWP adoptado permite intencionalmente unaconsideracin de los HFCs de bajo GWP (notablemente el

R152a, aunque inflamable). Las medidas del Gas F tam-bin sancionan regulaciones nacionales ms estrictas, al-gunas de las cuales prohben los HFCs en sistemas gran-des, explcitamente prohben el uso de HFC en enfriadores,o imponen impuestos indirectos de acuerdo con la cargadel GWP en refrigerantes HFC. Los gremios en Europa es-tn presionando por la adopcin de medidas ms estrictaspara restringir las emisiones de gases de invernadero.

Un nmero de estados y ciudades en los Estados Unidos deAmrica han propuesto restricciones sobre las emisiones deGHG, ya sea individualmente o regionalmente, aunque los

impactos especficos sobre los HFCs individuales son incier-tos. California, un estado que generalmente es pasivo y quetiene la mayor poblacin, aprob una legislacin a finalesdel 2006, con la que se impone un captulo de emisionesnico en la nacin sobre servicios pblicos, refineras y plan-

tas de manufactura, con el nico objetivo de recortar lasemisiones de gases de invernadero y lograr las registradasen 1990 en el 2020. La ley requiere que el ente reguladorestatal determine los requerimientos reales, para incluirprobablemente las medidas para los sistemas de refrigera-

cin y acondicionadores de aire de automviles.

Al menos otros ocho estados estn propensos a seguir lainiciativa de California, si realmente regula los usos o emi-siones de HFC. Un nmero de estados del nororiente y delatlntico medio se unieron en un pacto en 2007 para im-poner captulos sobre emisiones de plantas de energa ypromover la comercializacin de permisos entre las em-presas de servicios pblicos, y los gobernadores de cincoestados acordaron en el 2007 la Iniciativa Regional Occi-dental de Acciones Climticas, con objetivos similares.

Espere en la prxima edicin de ACR LATINOAMRICA lasegunda parte de este artculo.

*Consultor de Ingeniera

Correo electrnico: [email protected]


10/1618 ACR LATINOAMRIC A | ENERO FEBRERO 2009 w ww.acrlatinoameric a.com


La prximageneracin de

refrigerantes (II)

por James M. Calm*

La segunda entrega de este artculo aborda las

perspectivas a futuro de los refrigerantes.

ecuento: en la primera parte de este ar-

tculo se realiz una revisin de la

evolucin de los refrigerantes desde su

uso ms antiguo hasta la actualidad di-

vidiendo la historia en cuatro generaciones. Mien-

tras que en esta entrega se intentar abordar las

directrices y candidatos futuros.

Prxima generacin de

refrigerantesLos fabricantes de refrigerantes respondieron rpi-

damente a la directiva sobre el Gas F, con anuncios

de nuevos refrigerantes. Al menos tres fabricantes

multinacionales reportaron un desarrollo propio de

innovadores refrigerantes para cumplir con el lmi-

te de GWP de 150 (DuPont, 2006; Honeywell, 2006;e INEOS Fluor, 2006). Considerando el valor tan

grande de mercado de las ventas de refrigerantes

R


11/16w ww.acrlatinoameric a.com ACR LATINOAMRICA | ENERO FEBRERO 2009 19


automotrices, es seguro asumir que la mayora de compa-

as estn buscando soluciones, especialmente ahora que

algunas de las mayores empresas estn registradas a la

espera de cumplir con las normas sobre el Gas F.

Estas entidades han publicado datos preliminares sobreambiente, seguridad y desempeo, pero estn restrin-

giendo la divulgacin total de las composiciones de

refrigerantes por motivos competitivos, ya que las

formulaciones finales todava siguen siendo perfecciona-

das y porque todava no existen datos definitivos. Algu-

nas de las principales patentes presentan una idea sobre

las sustancias consideradas, ya sea individualmente o

como componentes combinados (por ejemplo, Singh et

al., 2005, y Mnor et al., 2006).

Las patentes sugieren que algunos candidatos y usos pue-

den requerir compatibilizadores (como los aditivos anti-espuma o los desactivadores de superficie metlica),

estabilizadores (como los inhibidores de oxidacin),

solubilizadores de lubricantes u otros aditivos.

Algunos de los fabricantes, sino todos, anticipan que las so-

luciones o variantes de las soluciones identificadas para sa-

tisfacer los requerimientos del Gas F tendrn un mayor po-

tencial de aplicacin. DuPont (2006), Minor et al. (2006), ySingh et al. (2005) identifican especficamente mayores opor-

tunidades de aplicacin tanto para refrigerantes en siste-

mas estticos de refrigeracin y acondicionamiento de aire

como para aplicaciones de extincin de fuego y agentes para

el soplado de espuma. La facilidad que se percibe (sin un

compromiso aparente en seguridad, durabilidad o eficien-





cia), ocult enormes inversiones para desarrollar los

refrigerantes de tercera generacin y lubricantes asociados,

para optimizar y construir plantas de manufactura, para

modificar y calificar diseos de equipos y componentes (es-

pecialmente compresores) y para capacitar tcnicos de ins-

talacin, operacin y mantenimiento. Las rpidas y muyoptimistas respuestas al lmite de GWP del Gas F para

refrigerantes automotrices (el inicio de la prxima genera-

cin), representan una seal para los reguladores en el sen-

tido de que existen opciones de refrigerantes que cumplen

con ms metas ambientales sostenibles, en lugar de

involucrarse en los actuales Protocolos de Montreal y Kioto.

Sin embargo, cuatro puntos muy importantes deben te-

nerse en cuenta. Primero, los fabricantes haban exami-

nado previamente e incluso realizaron pruebas limitadas

de los principales refrigerantes de reemplazo. Los regis-

tros documentan especficamente las pruebas derefrigerantes sin ODS para reemplazar los CFCs, por ejem-

plo el uso continuo del R-134a en refrigeradores doms-

ticos, ms de diez aos antes del Protocolo de Montreal

(Dupont, 1988). Excepto como componentes combinados

(como el R-152a en R-500 y el R-23 en R-503), la indus-

tria evit los refrigerantes de HFC, basada en las consi-

deraciones de lubricantes antes de la eliminacin gra-

dual de ODS, aunque eran reconocidos como candidatos

a comienzos de 1928.

Segundo, los refrigerantes de reemplazo generalmen-te son menos eficientes que las opciones anteriores.

Con pocas excepciones, las ganancias de eficiencia que

se logran en la maquinaria que utiliza los refrigerantes

alternativos se derivan principalmente de las mejoras

en el diseo de los equipos en lugar de las propiedades

de los ms nuevos fluidos de trabajo. Dicindolo en

forma sencilla, la mejor optimizacin con los antiguos

refrigerantes habra producido incluso mayor eficien-

cia en la mayora de los casos y los refrigerantes alter-

nativos reducen los mrgenes para mejoras adiciona-

les en la eficiencia del producto.

Tercero, ninguno de los actuales refrigerantes candi-

datos es ideal y el futuro descubrimiento de refrige-

rantes ideales es extremadamente improbable (Calm

y Didion, 1997). Las intensas restricciones obligan a

adquirir nuevos compromisos entre los diferentes ob-





jetivos ambientales, de seguridad, de desempeo, de

costos, y otros; no amplan las opciones finitas dispo-

nibles. Y en cuarto lugar, la atencin secuencial a los

problemas ambientales individuales arriesga la eli-

minacin de importantes (o incluso crticas) opciones

para soluciones generales equilibradas, con base enel menor impacto (o incluso insignificante) en los pro-

blemas individuales (Wuebbles y Calm, 1997).

Equilibrio entre las diferentes

metas ambientalesCon los nuevos refrigerantes surgen preguntas intere-

santes sobre el equilibrio entre los

contradictorios objetivos ambientales

y entre las metas ambientales y la se-

guridad o compatibilidad. La elimi-

nacin gradual de ODS reduce las op-

ciones de tratar el cambio climtico a

partir de consecuencias directas o in-

directas tales como las emisiones re-

lacionadas con energa. Dos ejemplos

son las contradictorias metas para el

R-13I1 (CF3I, un fluoro-yodocarbono,FIC) como componente potencial en

refrigerantes automotrices de bajo

GWP (Singh et al., 2005) y el R-123

(un HCFC) como refrigerante de

enfriadores (Calm, 2006).

Estos dos refrigerantes ofrecen una

corta duracin en la atmsfera, bajo

nivel de GWP, baja toxicidad aguda

por inhalacin y no es inflamable.

Ambos son efectivos supresores de

fuego. Sin embargo, ambos tienenbajo nivel (pero no cero) de ODP,

entre 0.011 y 0.018 (modelado), de-

pendiendo de la latitud o la altitud

de liberacin para el R-13I1 y 0.02

semi-emprico (0.012 modelado)

para el R-123*. El R-13I1 ofrece po-

tencial como componente mezclado

en combinacin con olefinas

fluoradas (alquenos no saturados)

para suprimir si inflamabilidad, mi-

nimizando tanto el ODP como el

GWP. A pesar de ser una ODS, aun-que con un nivel muy bajo de ODP,

el R-13I1 no est controlado por el

Protocolo de Montreal ya que no se

encontraba en uso comercial en

1992, que fue la ltima vez en que

las sustancias fueron agregadas al

Protocolo.

El R-123 es el refrigerante ms eficien-

te para enfriadores de agua, diferente

al R-11 y el R-141b (UNEP, 2007a), los

cuales tienen niveles significativamen-


14/16w ww.acrlatinoameric a.com ACR LATINOAMRICA | ENERO FEBRERO 2009 23


te mayores de ODP y mayores niveles de GWP. An as, el

R-123 segua en eliminacin en Europa como una ODS y

su eliminacin gradual est programada, excepto por al-

gunas reconsideraciones, en los nuevos enfriadores hacia

el 2020 en los pases no incluidos en el artculo 5 y hacia el

2040 en pases incluidos en el artculo 5. El R-123 tiene

un impacto general muy bajo en el ambiente debido a su

bajo nivel de ODP, a su muy bajo nivel de GWP, a su muy

corta duracin en la atmsfera, a las muy bajas emisiones

en los actuales diseos y a su eficiencia (UNEP, 2007a).

El Protocolo de Montreal permite una produccin limitada

para las necesidades de servicio hasta el 2030 en los pases

no incluidos en el artculo 5. No impone lmite en ninguna

parte para el uso y servicio continuados de los equipos exis-

tentes o los refrigerantes almacenados o recuperados. Es-

tos ejemplos ilustran las claras contradicciones en los obje-

tivos ambientales para tratar el agotamiento del ozono y el

cambio climtico. Al menos una evaluacin reciente sugie-

re una reconsideracin de las anteriores propuestas en rela-

cin con la eliminacin gradual de todas las ODSs. Esto in-

dica que la produccin y el consumo de qumicos especfi-

cos, a los cuales se les comprob que no eran nocivos para la

capa de ozono, podran ser permitidos luego de la evalua-

cin, realizando algunos ajustes al Protocolo (UNEP, 2007b).

Comparando la Figura 2 y la Figura 3, as como las op-

ciones a tener en cuenta y las consecuencias del agota-

miento del ozono atmosfrico y el cambio climtico, se

sugiere una mayor dificultad y una mayor urgencia para

la mitigacin del calentamiento global. Estas compara-

ciones desafan la rutinaria eliminacin de las escasas

opciones que tienen una influencia insignificante (o in-

cluso imperceptible) sobre el ozono atmosfrico, pero

Figura 2. El calentamiento global continua siendo una de las mayores preocupaciones del mundo.





C

tambin el significativo (o incluso fuerte) potencial para

mitigar el cambio climtico global. Ambos problemas

ambientales son importantes, pero la ausencia de can-didatos ideales que solucionen ambos problemas en for-

ma conjunta, sin degradar la seguridad, requiere un equi-

librio entre los objetivos.

Aunque es especulativo, los creadores del Protocolo de

Montreal probablemente habran puesto ms cuidado en

la amplia eliminacin de los qumicos de acuerdo a su cla-

se, que a travs de la determinacin individual, si hubie-

ran tenido la conciencia que tienen actualmente sobre la

severidad del calentamiento global y el reconocimiento de

las limitaciones de respuesta del momento. Sin embargo,el protocolo asegur los futuros ajustes con base en eva-

luaciones cientficas, lo cual ofrece una opcin (aunque po-

lticamente difcil) para las revisiones para tratar los po-

cos, pero significativos, casos de este tipo.

Otros problemas surgen en las compensaciones ambienta-

les. El principal reemplazo seleccionado por los fabricantes

para el R-22, que es actualmente el refrigerante de mayor

uso, es el R-410A (una combinacin de R-32 y R-125 de

HFCs). Aunque este sustituto ofrece prcticamente cero

ODP, aumenta el GWP en 16% (de 1810 a 2100 para inte-

gracin de 100 aos) y disminuye la eficiencia alcanzablepara los acondicionadores de aire convencionales con ciclos

simples en 6% (Calm y Domanski, 2004). Los refinamien-

tos del producto hacen posible ajustar (o incluso mejorar)

las eficiencias de las condiciones estndares de clasifica-

cin, especialmente con la explotacin de la transferencia

trmica superior de la mezcla, pero es menor la oportuni-

dad para una futura mejora en el desempeo.

Adems, la eficiencia del R-410A se degrada ms rpida-

mente que la del R-22 a mayores temperaturas ambienta-

les que se acercan a la temperatura crtica del R-125, as

que la mxima demanda de energa es mayor con el R-410A para sistemas de enfriamiento de aire para las mis-

mas eficiencias estacionales clasificadas. Esa desventaja

es especialmente significativa cuando consideramos la cos-

tosa generacin de electricidad, aunque es ms sostenible.

Igualmente, el R-32 y algunas otras mezclas de R-32 (aun-

que son marginalmente inflamables) evitan esta preocu-

pacin y ofrecen mayores eficiencias y menores niveles de

GWPs (Calm y Domanski, 2004).

Las fluoro-olefinas, al igual que las consideradas como

refrigerantes automotrices de bajo nivel de GWP, general-

mente son ms reactivas que los compuestos, con sola-mente enlaces simples de carbono-carbono. Esta

reactividad implica una menor duracin en la atmsfera,

menores niveles de ODP (para aquellos que contienen clo-

ro, bromo o yodo) y menor nivel de GWP, pero tambin

implican menor estabilidad y mayor toxicidad. Igualmen-

te, los qumicos con los menores niveles de GWPs tienden

a descomponerse cerca a la superficie, predominantemen-

te en la proximidad al lugar de liberacin.

Algunos pueden ser creadores de smogy otros pueden des-componerse o contribuir directamente o catalticamente a

la formacin de otros qumicos con mayor nivel de GWPs

Figura 3.



16/16


que el qumico original, presentndose por lo tanto mayo-

res niveles indirectos de GWP que directos, y las influen-

cias de temperatura, latitud, altitud e incluso la presencia

de otros contaminantes atmosfricos, complican la deter-

minacin de los niveles netos de GWPs para ellos.

La resolucin de estas complicaciones est ms all del

alcance de este documento. El tema se presenta sola-

mente para ilustrar las complejas interacciones y las in-

evitables compensaciones (compromisos) entre las me-

tas ambientales, incluso ms all de la consideracin del

agotamiento del ozono y el calentamiento global o entre

los impactos de las emisiones relacionadas con

refrigerantes (efecto directo) y las relacionadas con

energa (algunas veces identificadas como efecto indi-

recto, que no es lo mismo que GWP indirecto).

ConclusionesCon base en hallazgos cientficos, requerimientos

regulatorios y las presiones del mercado, una cuarta ge-

neracin de refrigerantes parece inminente hacia el

2010. Los criterios reguladores de seleccin para la

nueva generacin agregarn bajos niveles de GWP (ini-

cialmente 150 o menos y determinado para una inte-

gracin de 100 aos) a los antiguos requerimientos para

idoneidad, seguridad y compatibilidad de materiales. Con

el reconocimiento del potencial para las preocupaciones

ambientales adicionales e implcito para que los

fluoroqumicos cumplan con los nuevos lmites de GWP,la corta duracin en la atmsfera tambin debe ser uno

de los criterios. Ms importante an es que la nueva

generacin debe ofrecer alta eficiencia o el cambio para

tratar los bajos niveles de GWP tendr el efecto inverso

y producir mayores emisiones netas de GHG en lugar

de disminuirlas.

Aunque las actuales presiones regulatorias se enfocan en

los acondicionadores de aire mviles, la futura ampliacin

a otras aplicaciones es casi segura. Muchos refrigerantes

considerados actualmente como nuevas alternativas, in-

cluyendo muchos HFCs, podran convertirse en viejos de-sechos. Dada la escasez de opciones viables, las futuras

selecciones de refrigerantes garantizan una consideracin

colectiva de todos los temas ambientales en conjunto, con

evaluaciones integradas en lugar de tratamientos gradua-

les que ponen en riesgo la eliminacin de buenas opciones

generales para lograr menores impactos (o incluso imper-

ceptibles) para los problemas individuales.

Referencias **Brohan, P., et al., 2006, Uncertainty estimates in regional

and global observed temperature changes: a new dataset

from 1850, Journal of Geophysical Research, 111:D12106.

Calm, J. M., 2002, Emissions and Environmental Impacts

from Air-Conditioning and Refrigeration Systems,

International Journal of Refrigeration, 25(3):293-305.

DuPont Fluorochemicals (then identified E. I. duPont de

Nemours and Company), circa 1988, Disassembly and

Inspection of Compressor in Laboratory Refrigerator

Charged with R-134a, report NIST-13, Incorporated,

Wilmington, DE, USA.

Evans, O., 1805, The Abortion of a Young Steam Engineers

Guide, Philadelphia, PA, USA.

*Consultor de Ingeniera

Correo electrnico: [email protected]

** stas son algunas de las referencias realizadas por elautor. Si desea conocer las dems puede dirigirse a la p-gina www.acrlatinoamerica.com


La Proxima Generacion de Refrigerantes (2009)

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