Universidad Veracruzana FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA “Uso de gases refrigerantes e impacto ambiental” TRABAJO MONOGRAFIA Que para obtener el título de: INGENIERO MECÁNICO ELECTRICO PRESENTA: Víctor Manuel Pelcastre Martínez DIRECTOR: ING. Francisco Ricaño Herrera XALAPA, VER. SEPTIEMBRE 2015 Índice 1.- Antecedentes............................................................................................................................... 4 2.- Historia de los refrigerantes ...................................................................................................... 4 3.- Propiedades de los refrigerantes ............................................................................................. 6 4.- Tipos de refrigerantes .............................................................................................................. 12 5.- La capa de ozono y los refrigerantes ................................................................................... 13 6.- Criterios de seguridad .............................................................................................................. 18 7.- Refrigerantes tradicionales de CFC ....................................................................................... 20 8.- Refrigerantes tradicionales de HCFC .................................................................................... 21 9.- Protocolo de Kioto .................................................................................................................... 21 10.- Pactos actuales....................................................................................................................... 24 11.- Los refrigerantes en la refrigeración .................................................................................... 27 12.- Recuperación de refrigerante ............................................................................................... 31 13.- Reciclaje de Refrigerantes .................................................................................................... 40 14.- Soluciones y alternativas ....................................................................................................... 43 Opinión de fabricantes expertos .................................................................................................. 46 Conclusiones ................................................................................................................................... 48 Bibliografía ........................................................................................................................................ 49 1.- Antecedentes La práctica y uso de refrigerantes se han utilizado desde la época de las cavernas Los egipcios utilizaban la evaporación de agua. En el año 1600 se hizo un gran descubrimiento al combinar hielo con sal. A finales del siglo XVIII se inventaron maquinas que producían frio Siglo XIX se desarrollan máquinas para comprimir vapor. En el año 1876 se encuentran grandes propiedades del amoniaco como refrigerante En 1928, el vicepresidente de una importante compañía de automóviles, C.F. Kettering, decidió que la industria de la refrigeración, si quería llegar a alguna parte, necesitaba un nuevo refrigerante seguro y estable. En 1929 se le solicitó a una compañía química, que ayudara a desarrollar un proceso comercial práctico para la fabricación del nuevo refrigerante. 2.- Historia de los refrigerantes “La práctica de la refrigeración, probablemente ha existido desde la época de las cavernas. Con frecuencia, en la historia se menciona el uso de hielo y nieve naturales para fines de enfriamiento. En refrigeración se dio un gran paso adelante, allá por el año 1600, cuando se descubrió que una mezcla de hielo con sal, producía temperaturas más bajas que el hielo solo. En cierta manera, ésta fue la primera mejora sobre la naturaleza en el campo de la refrigeración. En 1928, el vicepresidente de una importante compañía de automóviles, C.F. Kettering, decidió que la industria de la refrigeración, si quería llegar a alguna parte, necesitaba un nuevo refrigerante seguro y estable, que no fuera tóxico, corrosivo ni inflamable, y que tuviera las características necesarias para poder usarse en equipos compactos. En 1929 se le solicitó a una compañía química, que ayudara a desarrollar un proceso comercial práctico para la fabricación del nuevo refrigerante. Con este desarrollo nació la industria de los refrigerantes halogenados, ninguno de los cuales existía antes. El primero de ellos fue el Freón 12 que durante muchos años, fue el más popular. Algunos años más tarde, otras compañías comenzaron a fabricar los compuestos halogenados con otros nombres comerciales. . Se desarrollaron otros refrigerantes como el R-124 y el R125, para substituir al R-114 y algunas aplicaciones del R-502, respectivamente. Surgieron las mezclas ternarias, son mezclas azeotrópicas de tres diferentes refrigerantes de entre los siguientes: 22, 124, 125, 134a, 152a y propano. Estas mezclas tienen características muy similares a los clorofluorocarbonos, pero con un impacto ambiental grandemente reducido y que requieren un mínimo de cambios en los equipos, comparados con otros refrigerantes alternos. 2012, pág. 136) ˮ (Totaline, Desde hace miles de años se ha necesitado el uso de la refrigeración empezando con el uso de la nieve y cubo, se sabe que los chinos y romanos lo usaban para enfriar sus bebidas. En lugares desérticos donde no disponían de hielo o nieve en ninguna época del año, como en Egipto, se utilizaba la evaporación del agua para el enfriamiento de bebidas, y en algunos dispositivos ingeniosos para hacer la estancia más confortable. El agua fue el primer refrigerante, con una larga historia de uso, continuando hasta nuestra época. Con el paso del tiempo, se han hecho mejoras en cuanto a su manejo y almacenamiento, pero aún se utiliza el hielo natural por todo el mundo. El uso histórico y fundamental del hielo, ha sido reconocido en una unidad de refrigeración: la tonelada de refrigeración, la cual se define como la cantidad de calor que se requiere para fundir dos mil libras de hielo en 24 horas. En el año de 1600 por primera se combinó el uso de hielo con sal, se observó que gracias esto se obtenían temperaturas más bajas, que del hielo solo. Con el tiempo durante el siglo XIX se desarrollaron máquinas para la compresión de vapor y se utilizaron muchos fluidos como refrigerantes, entre los cuales destaco el amoníaco, bióxido de carbono, bióxido de azufre, cloruro de metilo y en cierta medida, algunos hidrocarburos. Para finales del mismo siglo ya se tenía firmemente establecida la refrigeración mecánica. En el año de 1876 el amoniaco fue utilizado por sus excelentes propiedades como refrigerante y hasta la fecha sigue siendo utilizada. Durante el siglo XX se empezaron a crear unidades domésticas, las cuales funcionaban con refrigerantes altamente flamables, tóxicos y peligrosos, por lo que se decidió utilizar un refrigerante con muy baja presión. En 1928, el vicepresidente de una importante compañía de automóviles, C.F. Kettering, decidió que la industria de la refrigeración, si quería llegar a alguna parte, necesitaba un nuevo refrigerante seguro y estable, que no fuera tóxico, corrosivo ni inflamable, y que tuviera las características necesarias para poder usarse en equipos compactos. Kettering solicitó a Thomas Midgely que explorara la posibilidad de desarrollar dicho producto. Un grupo de químicos se pusieron estudiar y experimentar e iniciaron la búsqueda de tal refrigerante. Sabían que las combinaciones de flúor eran muy estables, así que, experimentaron con algunos de los compuestos químicos comunes de carbono, cloro e hidrógeno, sustituyendo átomos de cloro e hidrógeno por átomos de flúor, y al poco tiempo, lograron sintetizar el diclorodifluorometano. Demostraron que no era inflamable y que tenía una toxicidad inusualmente baja. En el año de 1929 se solicitó la ayuda de una compañía química para que ayudara a fabricar un nuevo refrigerante práctico y comercial. Así fue como nació la industria de los refrigerantes halogenados, el primero de ellos fue el Freón 12, que durante muchos años, fue el más popular. De allí siguieron el Freón 11, el Freón 21, el Freón 114, y el Freón 22, cada uno con sus características especiales. Sin embargo el desarrollo del freón no fue muy bien aceptado debido a que los técnicos de servicio estaban inconformes respecto a las fugas, ya que no lo podían detectar con el olfato, los contratistas rechazaban esto debido a los altos costos del bióxido de azufre. Con el tiempo surgieron diseños que utilizaban pequeñas cantidades de estos refrigerantes costosos. Así fue como se crearon condensadores, evaporadores y compresores, la fabricación se volvió más cuidado en las uniones y puntos estratégicos para evitar las fugas futuras. Con el tiempo se utilizaron nuevos materiales para hacer menos peligroso el manejo de refrigerantes y los técnicos se volvieron expertos en la detección de fugas y el freón fue muy bien aceptado, que comenzó a utilizarse en los aires acondicionados. Con el paso del tiempo se fueron creando nuevos halogenados y creció la familia de los freones así como nuevas marcas. En la década de los años setenta ya se tenía sospecha de que estos compuestos dañaban la capa de ozono de la atmosfera pero no se podía demostrar. A principios de los ochenta la NASA hizo una investigación por medio de satélites, donde descubrieron una reducción del grosor en la capa de ozono en la Antártida, y estudios posteriores comprobaron este descubrimiento, uno de ellos fue el mexicano Mario Molina. 3.- Propiedades de los refrigerantes “Son aquellas que tienen relación con el movimiento del calor. En la actualidad no existe una sustancia que pueda ser considerada como el refrigerante ideal, no obstante hay una serie de propiedades las cuales debería poseer dicha sustancia, que son las siguientes. Presión Temperatura Volumen Densidad Entalpia Propiedades físicas y químicas Las propiedades físicas y químicas de los refrigerantes, no determinan directamente el calor que un refrigerante puede remover o absorber. Así también no debe tener efecto sobre otros materiales, Los materiales empleados en la construcción de equipos de refrigeración, generalmente no son directamente de interés para el técnico de servicio, puesto que la elección de esos materiales la hacen los fabricantes de equipo. Sin embargo, a continuación se mencionarán los efectos de algunos refrigerantes sobre varios materiales representativos, tales como metales, plásticos y elastómeros. ˮ (Totaline, 2012, pág. 141) Podemos notar que todos los refrigerantes poseen características diferentes respecto a sus presiones y es así que cada uno nos ofrece algún mejor bienestar en nuestro sistema o viceversa. Las presiones que actúan en un sistema de refrigeración, son extremadamente importantes. En primer término, se debe operar con presiones positivas; es decir, las presiones tanto en el condensador como en el evaporador, deben ser superiores a la presión atmosférica. Que por una fuga entre aire al sistema. Por esto, el refrigerante debe tener una presión de evaporación lo más baja posible, pero ligeramente superior a la presión atmosférica. Por otra parte, la presión de condensación debe ser lo suficientemente baja, ya que esto determina la robustez del compresor y del condensador. Mientras más alta sea la presión, se requiere un equipo más robusto, y por lo tanto, más caro. A continuación se muestra la tabla de presiones de los refrigerantes cuando están en operación. REFRIGERANTE Nº R-12 R-22 R-30 R-123 R-134a R-170 R-500 R-502 R-717 R-718 EVAPORADOR -15ºC (kPa) 183 296 8 16 164 1627 214 348 236 0.8 CONDENSADOR 30ºC (kPa) 754 1,192 69 110 767 4660 880 1,319 1,167 4.5 Tabla 1.- Presiones de operación Cuando hablamos de temperatura Se tiene que tomar en cuenta tres temperaturas para un refrigerante las cuales deben ser temperatura de ebullición, crítica y de congelación. La temperatura de ebullición de un refrigerante debe ser a la presión atmosférica normal que es 101.3 Kpa. Se dice, que el punto de ebullición de cualquier líquido, es la temperatura a la cual su presión de vapor es igual a la atmosférica. El punto de ebullición de un refrigerante debe ser bajo, para que aun operando a presiones positivas, se pueda tener una temperatura baja en el evaporador. En la siguiente tabla se muestran los contenidos de estas temperaturas en los diferentes refrigerantes. R-12 R-22 R-30 R-123 R-134a R-170 R-500 R-502 R-717 R-718 REFRIGERANTE EBULLICIÓN -29.8 -40.7 40.6 27.9 -26.5 -88.6 -45.4 -46.7 -33.3 100 TEMPERATURAS ºC CRÍTICA CONGELACIÓN 112 -158 96 -160 216.1 -97 -107 101.1 -103 32.3 -172 82.2 71 132.9 -78 374.5 0 Tabla 2.- Temperaturas a presión atmosférica Al hablar sobre volumen nos referimos a comparar las densidades de los gases. Sabemos que el volumen específico de un refrigerante en fase vapor, no es otra cosa, que el volumen en metros cúbicos (m³) o en litros (l) que ocupará un kilogramo de refrigerante a condiciones normales; esto es, a una temperatura de 20°C y a la presión atmosférica de 101.3 kPa. En el sistema de refrigeración, al agregar calor al refrigerante, aumenta su temperatura y su volumen específico, pero su presión permanece constante; ya que, en el evaporador, en la línea de succión y en el condensador, la temperatura de saturación es lo que controla la presión del vapor sobrecalentado. Inversamente, si disminuye la temperatura del refrigerante, disminuye su volumen específico. El valor que es de más utilidad en trabajos de refrigeración, es el volumen específico en fase vapor. En la tabla siguiente se muestran el volumen específico de algunos refrigerantes REFRIGERANTE VOLUMEN ESPECIFICO (l/Kg) LIQUIDO vf VAPOR vg R-12 0.6925 91.1 R-22 0.7496 77.6 R-30 0.7491 3115.1 R-123 0.64 856.3 R-134a 0.7376 120 R-170 2.3098 33 R-502 0.7254 50 R-507 0.9704 51 R-717 1.4982 508.8 R-718 1 152,600 Tabla 3.- volúmenes específicos a -15°C La entalpia en general es la propiedad que representa la cantidad total de energía térmica o contenido de calor, en un fluido. Sus unidades son kcal/kg. Para la mayoría de los refrigerantes, se considera que su entalpía es cero a una temperatura de saturación de -40°C. Así mismo, el calor agregado o sustraído de un refrigerante, desde ese punto, se considera que es su entalpía total. La entalpia de líquido saturado (hf): es la cantidad de kilocalorías por cada kilogramo de refrigerante líquido saturado; esto es, el líquido que se encuentra a su temperatura de saturación. La entalpia de evaporación (hfg): Esta es la cantidad de calor que requiere un kilogramo de líquido, para cambiar a un kilogramo de vapor a temperatura constante. Este valor también se le conoce como "calor latente de evaporación. En los sistemas de refrigeración el cambio de estado líquido a vapor, ocurre dentro del evaporador. Al cambio de calor o entalpia se le puede decir que es un trabajo teórico que realiza el refrigerante. Un refrigerante debe de preferencia tener un valor alto de calor latente de evaporación, ya que esto es lo que hace posible la refrigeración. Mientras mayor sea este valor, se requerirá circular menos cantidad de refrigerante. El calor latente de evaporación es una de las propiedades dentro de un refrigerante pero se vuelve más importante con el "efecto de refrigeración". Al decir efecto de refrigeración nos referimos al trabajo real producido por un refrigerante dentro del sistema de refrigeración. Que es el calor absorbido, que da como resultado un enfriamiento útil. Se puede determinar conociendo la entalpía del refrigerante líquido cuando entra al evaporador, y la entalpía del vapor de refrigerante que sale del evaporador. La diferencia entre estos dos valores, es el trabajo real producido o "efecto de refrigeración". La entalpia de vapor saturado (hg): el calor total del vapor saturado, debe ser igual a la suma del calor sensible del líquido, más el calor latente de evaporación. Esto se expresa de la siguiente manera: Se sabe que la entalpía del vapor saturado, equivale a la suma de la entalpía del líquido más el calor latente. La entalpía del vapor saturado, representa el contenido total de calor del vapor saturado del refrigerante en un evaporador, antes de ser sobrecalentado, es decir, antes de ser calentado por arriba de la temperatura del evaporador. La densidad en un refrigerante se puede definir como su peso por unidad de volumen. Las unidades con las que se expresa son kg/m³ y también se utiliza el kg/l. A los diferentes valores de peso por metro cúbico o por litro, lo que se conoce como densidad. La mayoría de los refrigerantes tienen una mayor densidad que el agua, estas varían debido a la temperatura. Se sabe que los líquidos se expanden al calentarse, su densidad a altas temperaturas es menor que a bajas temperaturas. Cuando se conoce la densidad en fase liquida se puede obtener la capacidad de cilindros y tanques recibidores. En la tabla siguiente se muestran las densidades de los refrigerantes más importantes. REFRIGERANTE LIQUIDO 1/vf (Kg/l) R-12 R-22 R-30 R-123 R-134a R-170 R-500 R-502 R-717 R-718 1.2922 1.1738 1.3371 1.4545 1.1854 0.2755 1.1383 1.1926 0.5952 0.9995 DENSIDAD A 30ºC VAPOR 1/vg (g/l) 42.539 50.654 0.3337 6.92 37.769 0.9313 42.154 76.217 9.034 0.03 Tabla 3.- Densidad de algunos refrigerantes. Los refrigerantes cuentan con propiedades físicas y químicas, a su vez estos tienen que tener compatibilidad con ciertos materiales que vamos a mencionar. Se sabe que los materiales utilizados en la construcción de equipos de refrigeración, generalmente no son de gran interés para el técnico de servicio, puesto que la elección de esos materiales la hacen los fabricantes de equipo. Sin embargo, a continuación se mencionarán los efectos de algunos refrigerantes sobre varios materiales representativos, tales como metales, plásticos y elastómeros. Principalmente debe seleccionarse un refrigerante que no tenga ningún efecto sobre los metales. Muy pocos refrigerantes son los que tienen efectos corrosivos sobre los metales y algunos provocan reacciones químicas que forman productos indeseables o contaminantes. Sabemos que los refrigerantes halogenados, bajo condiciones normales de operación, pueden utilizarse satisfactoriamente con la mayoría de los metales que comúnmente se usan en los sistemas de refrigeración, tales como: acero, hierro fundido, bronce, cobre, estaño, plomo y aluminio. Sin embargo, en condiciones severas de operación, como alta temperatura y en presencia de humedad, se afectan sus propiedades y reaccionan con los metales. No se recomienda utilizar refrigerantes halogenados con aluminio que contenga más del 2% de magnesio o magnesio y zinc, aun cuando la presencia de humedad sea muy pequeña. Compatibilidad con Plásticos. La mayoría de los materiales plásticos, no son afectados por los refrigerantes halogenados, por lo que se pueden utilizar en forma satisfactoria en la mayoría de las aplicaciones. Una excepción es el poli estireno, ya que algunos refrigerantes como el R-11 y el R-22, lo disuelven; el R-12 también, pero en menor grado. En general, el efecto sobre los plásticos disminuye, a medida que aumenta el contenido de flúor en la molécula de los refrigerantes. Antes de utilizar algún material plástico con los refrigerantes, es conveniente realizar un ensayo de compatibilidad para una aplicación específica. La resistencia del plástico a los refrigerantes, se puede ver alterada por variaciones en la estructura del polímero, agentes aglutinantes, plastificantes, temperatura, proceso de moldeado. En la tabla de abajo se muestran los efectos de los refrigerantes sobre los plásticos. REFRIG % DE DEFORMACIÓN LINEAL A TEMPERATURA AMBIENTE Nylon Nitrato de Teflón celulosa Acetato de celulosa Polietilen o Poliestireno Cloruro de polivinil o 12 0 0 0 0 1 -0.1 0 22 1 -- -- 1 2 -- -- 30 0 D D 0 5 D 2 Tabla 4.- Efectos de los refrigerantes sobre los plásticos. D: desintegrado, --: No ensayado. 4.- Tipos de refrigerantes “Fluido utilizado en la transmisión de calor que, en un sistema de refrigeración, absorbe calor a bajas temperatura y presión, cediéndolo a temperatura y presión más elevadas. Este proceso tiene lugar, generalmente, con cambios de fase del fluido. Existen los refrigerantes inorgánicos los cuales son el agua, anhídrido sulfuroso, anhídrido carbónico y el amoniaco los cuales cuentan con propiedades específicas. Los fluidos frigorígenos podrán estar compuestos de sustancias puras, o bien mezcla de sustancias atendiendo a la siguiente clasificación: Refrigerantes puros Refrigerantes mezcla Dentro de los refrigerantes tipo mezcla, están las Mezclas azeotrópicas: Son mezclas, normalmente de dos refrigerantes, que se caracterizan por ser estables y homogéneas, como si fueran refrigerantes puros. Mezclas zeotrópicas: Son mezclas heterogéneas, que se caracterizan por una temperatura de cambio de estado variable, es decir, primero se evaporará uno de los compuestos de la mezcla y posteriormente los otros. La carga de refrigerante debe realizarse obligatoriamente en fase líquida, ya que es la fase donde el refrigerante presenta mayor homogeneidad. Refrigerantes CFC: son hidrocarburos halogenados, con alto contenido de cloro. Se componen de moléculas de cloro, flúor y carbono. En general, presentan un gran potencial de degradación de la capa de ozono. A este grupo pertenecen el R-11, el R-12 y el R-502. Actualmente, estos refrigerantes no pueden utilizarse, ni siquiera para la reparación o rellenado. Refrigerantes HCFC: son hidrocarburos halogenados, con bajo contenido de cloro. Se componen de hidrógeno, flúor, carbono y cloro. Presentan un potencial intermedio de degradación de la capa de ozono. A este grupo de refrigerantes pertenece el R-22. Actualmente, este refrigerante no puede utilizarse para su incorporación en equipos nuevos. Refrigerantes HFC: son hidrocarburos halogenados, que carecen de cloro en su composición. Se componen de hidrógeno, carbono y flúor. ˮ (Fenercom, 2013) (Environment, 2010, págs. 39-41) El refrigerantes es un fluido frigorígeno (Se dice frigorígeno a la acción que produce o genera frio). Se llama refrigerante al fluido que circula por el interior del circuito de refrigeración, permitiendo la transmisión de calor entre el aire exterior y el aire interior del ambiente a climatizar. Las características que debe tener el refrigerante son las siguientes: Su temperatura de evaporación a presión atmosférica debe ser baja, inferior a 0 ºC, es decir, a presión atmosférica estará generalmente en estado gaseoso. No debe dañar la capa de ozono, ni debe crear efecto invernadero. Los refrigerantes están compuestos de sustancias puras, o bien mezcla de sustancias. Los refrigerantes puros están compuestos de una sola sustancia química. Estos son completamente estables y homogéneos, se caracterizan por tener una temperatura estable en su cambio de estado. El R-22 es un ejemplo de refrigerante puro. Los refrigerantes mezcla como su nombre lo dice se crean a partir de la mezcla de dos a tres refrigerantes, estos se dividen en mezclas azeotrópicas y zeotrópicas. En definición una mezcla zeotrópica se caracteriza por tener una temperatura de cambio variable, es decir se evaporara uno de los compuestos de la mezcla y así los demás compuestos. Para realizar una carga de mezcla zeotrópica es necesario hacerlo en forma líquida. En cambio una mezcla azeotrópica, es una combinación homogénea de dos refrigerantes que se caracteriza por ser estable, la carga de la mezcla se hace en forma gaseosa. Los CFC (clorofluorocarbonos) como los describe Fenercom son hidrocarburos halogenados, con alto contenido de cloro. Y están compuestos de moléculas de cloro, flúor y carbono. Estos a su vez presentan un gran potencial de degradación de la capa de ozono. Estos refrigerantes son de baja toxicidad, no corrosivos y compatibles con otros materiales. No son inflamables ni explosivos, pero en grandes cantidades no deben ser liberados donde halla fuego o elementos de calentamiento eléctrico ya que el aumento de temperatura puede hacer que se descompongan en sus elementos internos causando afecciones al tejido humano. Son particularmente perjudiciales para el sistema respiratorio. Los refrigerantes CFC más comunes son: R-11, R-12, R-113, R-114 y R-115. Le siguen los HCFC (Hidroclorofluorocarbonos) Se componen de hidrógeno, flúor, carbono y cloro. Son un poco menos dañinos para la capa de ozono que los CFC. Son sustitutos a medio plazo de los CFC. Según el protocolo de Montreal su uso y producción tendrá que estar reducido al 100 % en enero del 2030. Hidrofluorocarbonos (HFC): derivados halogenados que no contienen cloro en su molécula oxidándose con gran rapidez en capas bajas de la atmósfera. Los HFC son considerados con potencial nulo de daño a la capa de ozono. Tienen únicamente un ligero efecto en el calentamiento global. Son usados típicamente en los sistemas nuevos los cuales son específicamente diseñados para su uso. 5.- La capa de ozono y los refrigerantes “A pesar de su frecuente utilización, el término "Capa de ozono" es entendido, generalmente, de una manera que se presta al equívoco. El término sugiere que, a una cierta altura de la atmósfera, existe un nivel de ozono concentrado que cubre y protege la tierra, a modo de un cielo que estuviese encapotado por un estrato nuboso. Lo cierto es que el ozono no está concentrado en un estrato, ni tampoco por lo tanto, está situado a una altura específica, sino que es un gas escaso que está muy diluido en el aire y que, además, aparece desde el suelo hasta más allá de la estratosfera. La capa de ozono se encuentra en la estratosfera, aproximadamente de 15 a 50 Km. sobre la superficie del planeta. El ozono es un gas tan escaso que, si en un momento lo separásemos del resto del aire y que lo atrajésemos al ras de tierra, tendría solamente 3mm de espesor. El ozono está en todas partes y a cualquier altura. Incluso en los niveles estratosféricos de máxima concentración relativa es un componente minoritario de la mezcla de gases que componen el aire. En ninguna altura, llega a representar ni el 0,001% del volumen total de aire ˮ (earthobservatoy, 2013) El ozono es un compuesto inestable que se compone de tres átomos de oxígeno, el cual actúa como un potente filtro solar evitando el paso de una pequeña parte de la radiación ultravioleta o rayos UV llamada B que se extiende desde los 280 hasta los 320 nanómetros (nm). La radiación UV-B puede producir daño en los seres vivos, dependiendo de su intensidad y tiempo de exposición; estos daños pueden ser desde irritación a la piel, conjuntivitis y deterioro en el sistema de defensas, hasta llegar a afectar el crecimiento de las plantas y dañando el fitoplancton, con las posteriores consecuencias que esto ocasiona para el normal desarrollo de la fauna marina. Imagen 1.- Daño de la capa de ozono a través de los años El ser humano y los CFC han causado grandes daños a la capa de ozono, como lo describe la investigación de la universidad del sur de EUA. “Los principales agentes de destrucción del ozono estratosférico, son mayormente el cloro y el bromo libres, que reaccionan negativamente con ese gas. Las concentraciones de cloro y bromo naturalmente presentes en la atmósfera, son escasas especialmente en la estratosfera y por consiguiente, pobres en la generación del agujero de ozono, en cuanto a su extensión y los valores recientemente observados. El cloro, en las proporciones existentes, debe su presencia en la atmósfera a causas antropogenias, especialmente desde la aparición de los clorofluocarbonos (CFC) sintetizados por el hombre para diversas aplicaciones industriales. La forma por la cual se destruye el ozono es bastante sencilla. La radiación UV arranca el cloro de una molécula de clorofluorocarbono (CFC). Este átomo de cloro, al combinarse con una molécula de ozono la destruye, para luego combinarse con otras moléculas de ozono y eliminarlas. El proceso es muy dañino, ya que en promedio un átomo de cloro es capaz de destruir hasta 100.000 moléculas de ozono. Este proceso se detiene finalmente cuando este átomo de cloro se mezcla con algún compuesto químico que lo neutraliza. ˮ (sur, 2010) Los CFC son una familia de gases que se emplean en múltiples aplicaciones, siendo las principales la industria de la refrigeración y de propelentes (gas utilizado para impulsar las sustancias contenidas en los aerosoles.) de aerosoles. Están también presentes en aislantes térmicos. Los CFC poseen una capacidad de supervivencia en la atmósfera, de 50 a 100 años. Con los años alcanzan la estratosfera donde son disociados por la radiación ultravioleta, liberando el cloro de su composición y dando comienzo al proceso de destrucción del ozono. Hoy se ha demostrado que la aparición del agujero de ozono, a comienzos de la primavera austral, sobre la Antártida está relacionada con la fotoquímica de los Clorofluorocarbonos (CFCs), componentes químicos presentes en diversos productos comerciales como el freón, aerosoles, pinturas, etc. Algunos puntos importantes sobre el deterioro de la capa de ozono y los refrigerantes son los siguientes. 1) Relación entre el agotamiento de la capa de ozono y el aumento de la radiación ultravioleta. 2) Relación entre la disminución del ozono y los cambios climáticos 3) Radiación ultravioleta y sus consecuencias 4) Recuperación de la capa de ozono 1) .- La relación entre el agotamiento de la capa de ozono y la radiación es la siguiente El agotamiento de la capa de ozono lleva a un aumento de la radiación ultravioleta a nivel del suelo. La cantidad de radiación UV solar recibida en cualquier lugar particular sobre la superficie de la tierra depende de la posición del sol sobre el horizonte, de la cantidad de ozono en la atmósfera y de las condiciones de nubosidad y contaminación locales. La disminución del ozono atmosférico lleva consigo aumentos de la radiación UV a nivel del suelo. En la siguiente imagen se muestra como los rayos impactan la tierra. Imagen 2.- Se observa como los rayos UV-A, UV-B y UV-C impactan la tierra 2).- Relación entre la disminución del ozono y los cambios climáticos “El agotamiento del ozono y los cambios climáticos están relacionados de varios modos, pero el agotamiento del ozono no es una causa importante de los cambios climáticos. El ozono atmosférico influye de dos formas en el equilibrio de las temperaturas de la tierra. Absorbe la radiación ultravioleta solar que calienta la estratosfera. También absorbe la radiación infrarroja emitida por la superficie de la tierra, atrapando de forma eficaz el calor en la troposfera. El aumento de dióxido de carbono es el aporte principal al cambio climático. Las concentraciones de dióxido de carbono están aumentando en la atmósfera, primariamente como resultado de la quema de carbón, petróleo y gas natural. En la actualidad, la abundancia en la atmósfera de dióxido de carbono es un 30% mayor aproximadamente de la que existía hace 150 años. ˮ (Fenercom, 2013, pág. 15) La relación entre el agotamiento de la capa de ozono y los cambios climáticos están relacionados de varias formas. El ozono tiene gran importancia en el equilibrio de las temperaturas de la tierra. Es capaz de absorber la radiación infrarroja que emite la superficie de la tierra. Hay también un factor adicional que enlaza indirectamente el agotamiento del ozono con los cambios climáticos; es decir muchos de los mismos gases que están produciendo el agotamiento del ozono contribuyen también a cambios climáticos. Estos gases, tales como los clorofluorocarbonos (CFC), son gases de efecto invernadero, que absorben parte de la radiación infrarroja emitida por la superficie de la tierra, por lo que se produce un calentamiento eficaz de la superficie de la tierra. Lo que ha afectado al cambio climático es el aumento del dióxido de carbono que emitimos con la quema de carbón, petróleo y gas natural. Con el paso de los años hemos aumentado el dióxido de carbono en un 30 %. Imagen 3.- Importancia relativa de los cambios en la abundancia de diversos gases en la atmosfera. 3).- En el punto número tres hablamos sobre la radiación ultravioleta y sus consecuencias, citando lo siguiente “El ácido ribonucleico que juega un factor importante en la herencia genética, puede verse afectado por un aumento de la radiación ultravioleta, produciendo daños al ser humano y a los sistemas ecológicos. UV-A: Es la continuación de la radiación visible y es responsable del bronceado de la piel. Su longitud de onda varía entre 320 y 400 nm (1 nanómetro, nm= 0,000000001 m). UV-B: Llega a la Tierra muy atenuada por la capa de ozono. Es llamada también UV biológica, varía entre 280 y 320 nm y es muy peligrosa para la vida en general y, en particular, para la salud humana, en caso de exposiciones prolongadas de la piel y los ojos (cáncer de piel, melanoma, catarata, debilitamiento del sistema inmunológico). Representa sólo el 5% de la UV y el 0.25% de toda la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra. UV-C: Es en teoría la más peligrosa para el hombre, pero afortunadamente es absorbida totalmente por la atmósfera. Longitud de onda varía entre 200 y 280 nm. ˮ (Fenercom, 2013) Sabemos que los rayos UV-B son dañinos para los seres vivos ya que pueden provocar cáncer en la piel, daño en el sistema inmunológico, provoca daños en los ojos como cataratas. Reduce y afecta el rendimiento de las cosechas y la producción pesquera. 4).- La recuperación de la capa de ozono: el agotamiento que ha sufrido la capa de ozono debido a los compuestos de cloro y bromo de producción humana desaparezca gradualmente a mediados del siglo XXI debido a que los compuestos se iran retirando lentamente de la estratosfera por procesos naturales. Se sabe que los alones que componen los refrigerantes se quedan en la atmosfera de 50 a cientos de años. En el año de 1987 se descubrió que el cloro y bromo tenían un gran potencial para destruir el ozono estratosférico. Fue entonces que se empezaron a tomar medidas y crear nuevos pactos y tratados como lo es protocolo de Montreal, el tratado de Viena. 6.- Criterios de seguridad Para los refrigerantes se tienen ciertos reglamentos de seguridad que nos dice lo siguiente: “El Reglamento de Seguridad de plantas e instalaciones refrigeradas divide los fluidos en tres categorías y recomienda el uso de aquellos que sean menos tóxicos y menos inflamables. Estas categorías son: - A. Refrigerantes de alta seguridad: se incluyen todos los refrigerantes halogenados más utilizados actualmente. - B. Refrigerantes de media seguridad: es el amoniaco y otros residuos en desuso como el dióxido de azufre y el cloruro de amonio. - C. Refrigerantes de baja seguridad: son los hidrocarburos gaseosos como el propano, butano y etileno no utilizados habitualmente. Se tiene en cuenta otros puntos que son: Las propiedades de seguridad La minimización del 𝐶𝑂2 ˮ (Creus, 2008) Las propiedades de seguridad en los refrigerantes se analizan en función de los siguientes aspectos, por su toxicidad e inflamabilidad. Referente a la toxicidad se refiere al daño mayor o menor que pueda causar al hombre ya que puede llegar a causar asfixia al desplazarse el oxígeno Si un fluido es tóxico, al fugarse puede intoxicar personas o contaminar alimentos. Así pues, se pueden distinguir dos clases de refrigerantes: Clase A: Toxicidad baja o nula, es decir, con concentraciones de 400 ppm no se observan signos de toxicidad. En caso de fuga no se ven intoxicadas las personas. Clase B: Tóxicos. Presentan síntomas de intoxicación en personas a concentraciones inferiores a 400 ppm. Requieren de sistemas de extracción determinados y condiciones de uso específicas. No pueden estar en contacto directo con alimentos. Sobre la inflamabilidad son los límites de concentración en el aire, en que es posible la inflamación o explosión, indica también el grado de seguridad del refrigerante. Para detectar estos límites se realiza una prueba consistente en acercar una fuente de ignición a una mezcla de refrigerante en gas y aire, a presión y temperatura determinadas. De este modo, se pueden distinguir tres categorías de refrigerantes: Categoría 1: No se produce llama. A 101 KPa de presión y 21 ºC de temperatura, no se produce combustión. Categoría 2: A 101 KPa de presión y 21 ºC de temperatura, se produce una pequeña propagación de llama. El calor producido por la combustión es inferior a 19000 KJ/Kg. La concentración de fluido refrigerante es inferior a 0,15 l/Kg Aire. Categoría 3: Muy inflamables. A 101 KPa de presión y 21 ºC de temperatura se produce una gran combustión. El calor producido es superior a 19000 KJ/Kg. La concentración de fluido refrigerante es inferior a 0,15 l/Kg Aire. En la siguiente se muestran como la clasificación de seguridad de los refrigerantes. REFRIGERANTE NOMBRE QUÍMICO R-12 R-22 R-30 R-123 Diclorodifluorometano Clorodifluorometano Cloruro de metileno 2,2-Dicloro-1,1,1trifluoroetano 1,1,1,2-tetrafluoruro etano Etano 12/152a (73.8/26.2) 22/115 (48.8/51.2) R-134a R-170 R-500 R-502 GRUPO SEGURIDAD A1 A1 B2 B1 A1 A3 A1 A1 DE R-717 R-718 Amoníaco Agua B2 A2 Tabla 5.- Clasificación de seguridad de algunos refrigerantes. Para reducir la producción de 𝐶𝑂2 se tiene cuidado de no mezclar los refrigerantes para poderlos reutilizar, se evitará llevar a la destrucción mediante incineración, los propios refrigerantes recuperados y reciclados. En caso contrario, se produciría un efecto indirecto en el calentamiento global mucho más agresivo y perjudicial que el efecto directo cuando se escapa el refrigerante a la atmósfera, por la producción de CO2 en la incineración. 7.- Refrigerantes tradicionales de CFC Los refrigerantes más importantes de CFC son los siguientes el R-12, R-502 y el R-11. El R-12 o Difluordiclorometano es un representante del grupo CFC. El cual es caracterizado por presentar un PDO alto (=1) y un elevado potencial de calentamiento global (PCG = 8500). Es un gas claro con un olor específico, 4,18 veces más pesado que el aire. Es uno de los más difundidos y seguros en la operación de los refrigerantes. Se puede presentar la asfixia cuando es como resultado a la falta del oxígeno. En los equipos de refrigeración, el R-12 fue ampliamente usado para obtener temperaturas medias. R-11 o Fluortriclorometano, es un gas pesado (4,74 veces tan pesado como el aire), pertenece al grupo de los CFCs. Se caracteriza por un alto PDO (= 1). De acuerdo con el Protocolo de Montreal desde Enero de 1996 debió detenerse la producción del R -11. Para los seres humanos el R-11 es inofensivo, no es explosivo, se disuelve en toda proporción en aceites minerales. . La temperatura de ebullición normal es de 23,8 ºC. El efecto refrigerante volumétrico del R-11 es bajo, se usa en máquinas de refrigeración bajo temperatura de ebullición por encima de -20 ºC, el R-11 fue ampliamente usado en aire acondicionados industriales, compresores de turbinas de potencia media y alta. Por último tenemos el R-502 es una mezcla azeotrópica de los refrigerantes R22 y R115. Su proporción en masa de R22 constituye el 48,8%, y de R115, el 51,2%. Está relacionado con el grupo de los CFCs. El cual cuenta con las siguientes características ecológicas: PDO = 0,33; PCG = 4300. No es explosivo, tiene baja toxicidad y es químicamente inerte a los metales. El R502 se mezcla en aceites, los coeficientes de transferencia de calor durante la ebullición y condensación son cercanos a las características del R-22. Su efecto de refrigeración volumétrico es más alto y la temperatura de descarga es aproximadamente 20 ºC más baja que la del R-22 Es usado generalmente en dispositivos de refrigeración de compresión a temperatura baja. ("Allchem", 2012) 8.- Refrigerantes tradicionales de HCFC R-22.- El Difluorclorometano se relaciona con el grupo de los HCFCs. Tiene un bajo potencial de agotamiento de la capa de ozono (PDO = 0,05) y un potencial de calentamiento global no muy alto PCG = 1700, es decir las características ecológicas del R - 22 son mejores que las del R-12 o del R-502. Presenta un olor débil a cloroformo más venenoso que el R-12, no es explosivo ni combustiona en atmósfera de oxígeno. Comparado con el R12, y el R22 es menos soluble en aceite, pero fácilmente penetra a través de los poros y es inerte a los metales. La industria de la refrigeración ha hecho aceites de alta calidad para este refrigerante. Este refrigerante es ampliamente usado para obtener temperaturas bajas en dispositivos de refrigeración de compresión y sistemas de aire acondicionado y en bombas de calentamiento. Los dispositivos de refrigeración que operan con R22, es necesario usar aceites minerales o alquilbencenos, No es recomendable mezclar R-22 con R-12 ya que se formará una mezcla azeotrópica, y alterara el contenido. Otro importante refrigerante es el R-123 Se relaciona con el grupo HCFC. Su temperatura de ebullición bajo presión atmosférica es 27,9 ºC. El potencial de degradación del ozono es PDO = 0,02, y su potencial de calentamiento global es = 90. La masa molecular es 152,9. El refrigerante fue desarrollado para sustituir los dispositivos refrigerantes al R - 11. El efecto de refrigeración teórico del ciclo con R123 constituye el 0,86 relativamente al del R11. La temperatura de condensación y la presión son 10 y 15 % más baja que las del R11. Cuando se combina con el R123, se recomienda usar aceites refrigerantes alquilbencenos o la mezcla de aceite mineral con alquilbencenos. ("Allchem", 2012) 9.- Protocolo de Kioto “El 11 de diciembre de 1997 los países industrializados se comprometieron, en Kioto, a ejecutar un conjunto de medidas para reducir los gases de efecto invernadero. Los gobiernos signatarios de dichos países pactaron reducir en al menos un 5 % en promedio las emisiones contaminantes entre 2008 y 2012, tomando como referencia los niveles de 1990. El acuerdo entró en vigor el 16 de febrero de 2005, después de la ratificación por parte de Rusia el 18 de noviembre de 2004. El objetivo principal es disminuir el cambio climático antropogénico cuya base es el incremento forzado del efecto invernadero. Según las cifras de la ONU, se prevé que la temperatura media de la superficie del planeta aumente entre 1,4 y 5,8 °C de aquí a 2100, a pesar que los inviernos son más fríos y violentos. Esto se conoce como calentamiento global. «Estos cambios repercutirán gravemente en el ecosistema y en nuestras economías», señala la Comisión Europea sobre Kioto. Una cuestión a tener en cuenta con respecto a los compromisos en la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero es que la energía nuclear queda excluida de los mecanismos financieros de intercambio de tecnología y emisiones asociados al Protocolo de Kioto,5 pero es una de las formas de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en cada país. 6 Así, el IPCC en su cuarto informe, recomienda la energía nuclear como una de las tecnologías clave para la mitigación del calentamiento global. Es un pacto al que llegaron los gobiernos en la conferencia de las Naciones Unidas celebrada en Kioto, Japón, en 1997 para reducir la cantidad de gases emitidos por los países desarrollados los grandes emisores en un 5,2 por ciento respecto a los niveles registrados en 1990 durante el período de cinco años comprendido entre 2008 y 2012. Un total de 141 naciones han ratificado el pacto, de acuerdo a los datos de las Naciones Unidas. El protocolo de Kioto será legalmente vinculante para los países que lo han ratificado a partir del 16 de febrero después de que se hayan cumplido dos condiciones: el respaldo de al menos 55 países y que estos países representen al menos el 55 por ciento de las emisiones de dióxido de carbono de los países desarrollados. La segunda condición se vio cumplida en noviembre de 2004 cuando Rusia ratificó el protocolo y actualmente los países que lo respaldan representan el 61,6 por ciento de las emisiones. Estados Unidos, el mayor contaminador mundial, no ha ratificado el tratado alegando que el protocolo de Kioto es demasiado caro y omite equivocadamente a algunas naciones en vías de desarrollo. El Protocolo de Kioto marca objetivos obligatorios relativos a las emisiones de GEIs para las principales economías mundiales que lo han aceptado. Estos objetivos individuales van desde una reducción del 8% hasta un crecimiento máximo del 10% respecto a las emisiones del año base, que ha sido fijado en 1990. Según cita el Protocolo “con miras a reducir el total de sus emisiones de los GEIs a un nivel inferior de no menos de un 5% al nivel de 1990 en el periodo de compromiso 2008-2012” a nivel mundial. En casi todos los casos, incluso en aquellos que tienen un crecimiento máximo de las emisiones del 10% sobre 1990, estos límites obligan a unas reducciones importantes sobre las emisiones proyectadas. Además de para el periodo de compromiso 2008-2012, se prevé el establecimiento de objetivos obligatorios futuros para periodos de compromiso posteriores a 2012. ˮ (nations, 2010) El Protocolo de Kioto es un acuerdo internacional que nos habla acerca del Cambio Climático. La idea nace en 1997 y pretende que 37 países desarrollados reduzcan sus emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en un 5 por ciento para el año 2012, respecto a sus niveles de emisiones de 1990. Este acuerdo detalla cómo esa meta grupal puede ser alcanzada a través de metas legalmente implementadas por cada país desarrollado que decide a nivel doméstico. Los alcances de este acuerdo han sido muy limitados debido a que Estados Unidos, principal productor de GEI, no lo ratificó y, por tanto, tampoco lo llevo a cabo. Como país en desarrollo, México no tiene ninguna obligación de reducción de emisiones bajo el Protocolo de Kioto. Dado que las emisiones nacionales se incrementan año con año, el grupo Greenpeace considera que México, así como otros países en desarrollo, deben asumir compromisos obligatorios de reducción para después del 2012 y antes de 2020. En resumen el protocolo busca yes lo siguiente ES…. el acuerdo institucional más importante en relación al cambio climático, que tiene su origen en la Convención Marco delas Naciones Unidas sobre el Cambio Climático en 1992. BUSCA…. reducir las emisiones de GEIs de los principales países industrializados con el fin de que en el periodo que va de 2008 a2012 esas emisiones desciendan un 1,8%* por debajo de las registradas en 1990. SE APLICA A…. las emisiones de 6 Gases de Efecto Invernadero: CO2, CH4, N20, HCF, PFC y SF6. Los países que firmaron el protocolo fueron los siguientes y se comprometieron a reducir sus emisiones quedando de la siguiente manera: Alemania: se acordó reducir sus emisiones de gases invernaderos en un 21%. Austria: reduciría sus emisiones en un 13%. Bélgica: reduciría sus emisiones en un 7,5%. Dinamarca: reduciría sus emisiones un 21% al igual que Alemania. Italia: reduciría sus emisiones en un 6,5%. Luxemburgo: reduciría sus emisiones en un 28%. Este sería el índice de reducción de emisión de gases invernadero más alto que se aplicó en la Unión Europea. Países Bajos: reduciría sus emisiones en un 6%. Reino Unido: debía reducir su emisión en un 12,5%. Finlandia: debía reducir sus emisiones en un 2,6%. Francia: tenía que reducir un 1.9%, el cual sería el índice de reducción más bajo de toda la Unión europea. Grecia: debía aumentar sus emisiones en un 25%. Irlanda: debía aumentar sus emisiones en un 13%. Suecia: debía aumentar sus emisiones en un 4%. Portugal: debía aumentar su índice en un 27%, el cual fue el país con el aumento de índice más grande de toda la Unión Europea. España: se comprometió a aumentar su índice en un 15%, España tenía dificultades para poder cumplir con el compromiso ya que dentro de un mercado libre y competitivo en la Unión Europea, España se encuentra en desigualdad de condiciones con respecto al resto de los países de Europa. Además España es el segundo país del mundo en la producción de energía eólica y uno de los países referencia en porcentaje de energía renovable sobre la total consumida El protocolo habla también sobre la Protección ambiental y el cambio climático en definición tiene por objetivo reducir las emisiones de seis gases de efecto invernadero que causan el calentamiento global: dióxido de carbono (CO2), gas metano (CH4) y óxido nitroso (N2O), además de tres gases industriales fluorados: hidrofluorocarbonos (HFC), perfluorocarbonos (PFC) y hexafluoruro de azufre (SF6), en un porcentaje aproximado de al menos un 5 %, dentro del periodo que va de 2008 a 2012, en comparación a las emisiones a 1990. Por ejemplo, si las emisiones de estos gases en 1990 alcanzaban el 100 %, para 2012 deberán de haberse reducido como mínimo al 95 %. Esto no significa que cada país deba reducir sus emisiones de gases regulados en un 5 % como mínimo, sino que este es un porcentaje a escala global y, por el contrario, cada país obligado por Kioto tiene sus propios porcentajes de emisión que debe disminuir la contaminación global. 10.- Pactos actuales “Se señala que frente a la conmoción mundial que ha provocado la disminución del ozono, se han suscrito Acuerdos Internacionales como: el "convenio de Viena para la protección de la capa de ozono", adoptado en Viena en marzo de 1985 y el "protocolo de Montreal relativo a las sustancias agotadoras de la capa de ozono", suscrito en Canadá, en 1987. En 1987, alrededor de noventa naciones del mundo firmaron un acuerdo en el que se decidió que para el 1998 se reduciría a la mitad el consumo y la producción de los CFCs, a partir de los valores de 1986. Este acuerdo se conoce como el protocolo de Montreal. Actualmente, la Agencia de Protección Ambiental (USEPA, por sus siglas en inglés), tiene en efecto la legislación llamada Clean Air Act Amendment de 1990 que, entre otras cosas, legisla para la eliminación de la producción de los CFCs en territorio de los Estados Unidos, al igual que su uso, manejo y disposición para el 31 de diciembre de 1995. Bajo el título VI de esta a reglamentación, está prohibido el descargar intencionalmente el CFC en el curso de mantenimiento, servicio, reparación y disposición de aire acondicionado o equipos de refrigeración. En los Estados Unidos es ilegal la manufactura de CFCs y para poder usarlos y disponer de ellos se necesitan licencias especiales. Protocolo de Viena: para la protección de la capa de ozono dice lo siguiente es frecuentemente referido como un convenio de marco, pues ha servido como marco para los esfuerzos de protección de la capa de ozono del planeta. El Convenio de Viena fue aprobado en 1985 y entro en vigor el 22 de septiembre de 1988. En el 2009 el Convenio de Viena llego a ser el primer convenio en alcanzar ratificación universal. Los objetivos del Convenio de Viena eran alentar a las Partes a promover cooperación a través de observaciones sistemáticas, investigaciones e intercambio de información sobre el impacto de las actividades humanas en la capa de ozono y para adoptar medidas legislativas o administrativas en contra de actividades que puedan producir efectos adversos en la capa de ozono. Él Convenio de Viena no requiere que los países tomen acciones concretas para el control de sustancias que agotan la capa de ozono. Las Partes en el Convenio de Viena se reúnen una vez cada tres años a espaldas de la Reunión de las Partes en el Protocolo de Montreal, para tomar decisiones sobre la administración del Convenio. Protocolo de Montreal: El Protocolo de Montreal relativo a las sustancias que agotan la capa de ozono es uno de los más exitosos ejemplos de cooperación internacional para superar un problema mayor, de dimensión global, que amenaza el medio ambiente. Desde la negociación del Protocolo, en 1987, sus Partes han debido adaptarlo continuamente en respuesta a la nueva evidencia científica y a los avances tecnológicos. La producción y consumo de peligrosos grupos de sustancias químicas, con capacidad para agotar la capa de ozono, han sido exitosamente suprimidos en los países desarrollados y el mismo proceso está en marcha en los países en vías de desarrollo. En términos generales, alrededor del noventa y cinco por ciento de las sustancias químicas que agotan el ozono han sido hasta la fecha puestas de lado. Este es un esfuerzo muy remarcable de las Partes del Protocolo de Montreal. Gases con fecha límite de uso: 31 diciembre 2021 según la normativa europea F-GAS. R-410: PCA= 1975. Es un refrigerante fluorado libre de cloro (sin CFC´s ni HCFC´s) y por lo tanto no produce ningún daño a la capa de ozono. Tiene un elevado rendimiento energético, es una mezcla única y por lo tanto facilita ahorros en los mantenimientos futuros. No es tóxico ni inflamable y es reciclable y reutilizable. Los siguientes refrigerantes cuentan con una fecha límite para ser retirados el 31 de diciembre del 2021 según las normas de la unión europea R-407A: PCA=2017. El R-407A es una mezcla de gases refrigerantes HFC no azeotrópica, por lo que no produce ningún daño a la capa de ozono, bajo potencial de calentamiento atmosférico. Este gas es usado comúnmente en equipos nuevos que trabajen a temperaturas medias y bajas. También es un sustituto indirecto (retrofit) del R-502 y sus sustitutos HCFC como por ejemplo el R-22, R-408A, DI44, HP80. R-407F: PCA=1825. Se trata de un gas HFC mezclado de bajo PCA y que ofrece un mayor coeficiente de rendimiento (COP). Además, la sustitución del R-404A y el R-507 por el R-407F permite un ahorro del 10% en los costes, del 40% en las emisiones de CO2 y del 50% en la tasa del impuesto. R-134A: PCA=1430. Es un refrigerante libre de cloro (sin CFC´s ni HCFC´s). Es ampliamente usado en otras industrias: aire acondicionado en automóviles, frigoríficos, propelente de aerosoles farmacéuticos. En aire acondicionado se utilizan desde unidades transportables o deshumidificadores, hasta unidades enfriadoras de agua con compresores de tornillo o centrífugos de gran capacidad. Directiva europea F-Gas prohibirá el uso del actual R404a en nuevos equipos a partir del 2020, pero permitirá el empleo del R134A en equipos de refrigeración estacionarios, por ahora, sin fecha límite. En efecto, a partir de 2020 no se podrán instalar sistemas nuevos con refrigerante con un Potencial de Calentamiento Atmosférico (PCA) superior a 2500, y a partir de 2022, el refrigerante utilizado deberá tener un índice PCA menor de 150 para instalaciones centralizadas de expansión directa de más de 40kW. R-449A: PCA=1397. Es un refrigerante con base de hidrofluoro-olefina (HFO) que no perjudica a la capa de ozono y posee un potencial de calentamiento atmosférico (PCA) bajo, con un equilibrio óptimo de propiedades para sustituir a R404A/R-507 en aplicaciones industriales comerciales de expansión directa y desplazamiento positivo de temperaturas baja y media. R-448A: PCA=1387. Se trata de una mezcla de HFO y HFC que ofrece una mejor eficiencia energética combinada para MT y BT (mayor que el R-449A y R407F). No requiere inyección de líquido debido a la baja temperatura de descarga en las condiciones mostradas, a diferencia del R-407F y el R-407ª R-450A: PCA=605. Es una mezcla de 1234ze y 134a, trabaja como sustituto para el 134A en nuevas aplicaciones y en retrofit, incluyendo sistemas de refrigeración de alimentos, transporte, enfriadoras de agua, procesos industriales de refrigeración, enfriadoras centrífugas, congeladores y procesos de aire acondicionado industrial. ˮ (Secretariat, 2013) (caloryfrio, 2015) El convenio de Viena tomará las medidas apropiadas, de conformidad con las disposiciones del presente convenio y de los protocolos en vigor en que sean parte, para proteger la salud humana y el medio ambiente contra los efectos adversos resultantes de las actividades humanas que modifiquen o puedan modificar la capa de ozono. Los países cooperarán mediante observaciones sistemáticas, investigación e intercambio de información a fin de comprender y evaluar mejor los efectos de las actividades humanas sobre la capa de ozono y los efectos de la modificación de la capa de ozono sobre la salud humana y el medio ambiente. Este convenio fue el primero de hacerse referencia mundial dentro de los tratados sobre los refrigerantes y la capa de ozono. Protocolo de Montreal tiene como referencia al convenio de Viena El Protocolo de Montreal relativo a las sustancias que agotan la capa de ozono, fue firmado el 16 de septiembre de 1987, ha sido ajustado y enmendado en los años de 1990, 1992, 1995 y 1997 es un modelo de concertación entre todos los grupos interesados, países desarrollados y países en desarrollo, gobiernos, diplomáticos, científicos, industria, organizaciones no gubernamentales y ciudadanos preocupados de todos los rincones del planeta. El Protocolo de Montreal ha sido ratificado por 165 países, y se ha logrado disminuir la producción y consumo de las diversas sustancias que destruyen el ozono y ha reducido la tasa de crecimiento de la concentración atmosférica de varias sustancias. 11.- Los refrigerantes en la refrigeración “La refrigeración es el proceso de reducción y mantenimiento de la temperatura (a un valor menor a la del medio ambiente) de un objeto o espacio. La reducción de temperatura se realiza extrayendo energía del cuerpo, generalmente reduciendo su energía térmica, lo que contribuye a reducir la temperatura de este cuerpo. La refrigeración implica transferir la energía del cuerpo a enfriar a otro, aprovechando sus propiedades termodinámicas. La temperatura es el reflejo de la cantidad o nivel de energía que posee el cuerpo, ya que el frío propiamente no existe, los cuerpos solo tienen más o menos energía térmica. De esta manera enfriar corresponde a retirar energía (calor) y no debe pensarse en términos de " producir frío o agregar frío". Hoy día estas aplicaciones son estimadas como necesidades normales de un hogar. Ahora hay numerosas aplicaciones para plantas de refrigeración: Como ejemplo tenemos: Conservación de productos alimenticios Procesos de refrigeración Plantas de aire acondicionado Plantas secadoras Instalación de enfriamientos de agua Contenedores refrigerados Bombas de calor Fábricas de hielo Liofilización De hecho es difícil imaginar la vida sin refrigeración y congelación, este impacto en nuestra existencia es mucho más grande de lo que la gente se imagina. Las aplicaciones en refrigeración se han agrupado en seis grandes categorías generales. Refrigeración domestica Refrigeración comercial Refrigeración industrial Refrigeración marina y de transporte Acondicionamiento de aire Conservación de alimentos. ˮ (martinez, 2011) La refrigeración es el proceso de extraer el calor de un medio para bajar la temperatura. La refrigeración hoy en día es muy importante como por ejemplo, la alimentación y el almacenamiento de vacunas, distribución, aplicación médica, industrial, comercial y doméstica de todo tipo depende de los sistemas de refrigeración. Al referirnos con la palabra enfriar se refiere al proceso de extraer el calor, ya que no es correcto mencionarlo como agregar o producir frio. La refrigeración doméstica se aplica principalmente a refrigeradores y congeladores caseros. Sin embargo, debido a que es muy grande el número de unidades en servicio, la refrigeración domestica representa una parte significativa de la refrigeración industrial. Las unidades domesticas son de tamaño pequeño teniéndose capacidades de potencia que fluctúan entre 1/20 y 1⁄2 HP y los compresores son de sellado hermético. Refrigeración comercial es aquella que se tiene en establecimientos comerciales para su venta al menudeo, restaurantes, hoteles e instituciones que se dedican al almacenamiento, exhibición, procesamiento y a la distribución de artículos de comercio. Refrigeración industrial se puede confundir con la refrigeración comercial porque no se tiene bien definida. Se puede diferenciar porque utiliza diferentes accesorios y en mayor tamaño. Las características que las distinguen es que requieren un empleado para su servicio. Algunas aplicaciones industriales típicas son plantas de hielo, grandes empacadoras de alimentos, cervecerías, lecherías, etc. El sector de la refrigeración comercial es muy extenso, ya que se utiliza una amplia gama de refrigerantes, los cuales tienen aplicaciones diversas, ya sea en equipos para almacenar alimentos en hoteles y restaurantes o los que se utilizan en supermercados. El tipo de refrigerante depende de la utilización y de los equipos, siendo que para cada aplicación hay una solución. Refrigeración marina y de transporte Se refiere a la refrigeración que se tiene en barcos de tipo pesquero, y bancos de transporte de alimentos, la refrigeración de transporte se refiere al equipo de refrigeración utilizado en camiones, containers, etc. Acondicionamiento de aire se refiere a la condición del aire en algún área o espacio designado. Por lo general, involucra no únicamente el control de la temperatura del espacio, sino también de las condiciones de humedad del mismo, filtrado y limpieza. Las aplicaciones de acondicionamiento de aire son de dos tipos: las de confort o para uso industrial. Conservación de alimentos Es uno de los usos más comunes, ya que la conservación de los alimentos es parte integral de la actividad humana. Actualmente las grandes poblaciones humanas requieren enormes cantidades de alimentos, que son producidos en lugares apartados de dichas zonas. Sistema de refrigeración por compresión: La refrigeración por compresión consiste en forzar mecánicamente la circulación de un fluido en un circuito cerrado creando zonas de alta y baja presión con el propósito de que el fluido absorba calor en un lugar y lo disipe en el otro. Este es el sistema más utilizado, las máquinas de este tipo se componen principalmente por un compresor, que recibe vapor a baja presión y lo comprime. Con esta operación se elevan considerablemente la presión y la temperatura del vapor. Luego, el vapor comprimido y calentado fluye por el tubo de salida hasta el condensador térmico, donde el vapor cede su calor al agua o aire frio que rodea al condensador. En esta forma su temperatura desciende hasta el punto de condensación, y se convierte en líquido con la correspondiente liberación de calor que ocurre en estos casos. El refrigerante en estado líquido, pasa el condensador hasta un receptáculo y de allí fluye por un conducto o válvula, o por el tubo reductor, disminuye la presión del líquido a medida que fluye dentro del vaporizador para enfriarlo. Este vaporizador se haya en el espacio que desea refrigerar. El aire tibio de este recinto le transmite, por contacto, al vaporizador parte de su calor, y hace que el líquido se evapore. Como se ve este nuevo cambio de estado, de líquido a vapor, se efectúan aumentando la temperatura. A continuación aspira el comprensor, por el tubo de succión, el vapor caliente del evaporador, y, después de volverlo a comprimir, lo impulsa al condensador como se explicó anteriormente. Se repite así el proceso en ciclos continuos. En las instalaciones de gran tamaño se es recomendable utilizar el amoniaco como agente refrigerante, mientras que en los refrigeradores domésticos se emplea anhídrido sulfuroso, cloruro de metilo y freón. Desde que se comenzó la refrigeración con medios mecánicos han surgido un gran número de refrigerantes, con el fin de encontrar nuevas sustancias con características apropiadas para los nuevos usos y diferentes tipos de instalaciones. En la siguiente imagen se muestra el sistema de refrigeración y sus componentes, del lado color azul se puede mostrar el lado de baja presión, mientras que en el lado rojo el de alta presión. (martinez, 2011) Imagen 4.- Sistema de refrigeración por compresión Sistema de refrigeración por absorción.- La refrigeración por absorción fue descubierta por Sir John Leslie, que utilizó el ácido sulfúrico como absorbente y el agua como refrigerante. Más tarde, en 1859, Ferdinand Carré inventó la primera máquina de absorción, funcionando con el par amoniaco-agua. Sus primeras aplicaciones fueron a principios de los años 30 donde se lograba la absorción de un vapor por un líquido, con el fin de conseguir la refrigeración de otro líquido. Su funcionamiento es el siguiente en el sistema de absorción se consigue el enfriamiento mediante la energía térmica de una llama de gas, resistencias eléctricas, o de la condensación del vapor de agua a baja presión. La instalación tiene una serie de tubos de diversos diámetros, dispuestos en circuito cerrado, los cuales están llenos de amoniaco y agua. El amoniaco gaseoso que hay en la instalación se disuelve fácilmente en el agua, formando una fuerte solución de amoniaco. Al calentarse esta en la llama de gas, o por otro medio, se consigue que el amoniaco se desprenda en forma de gas caliente, lo cual aumenta la presión cuando este gas se enfría en el condensador, bajo la acción de agua o aire frio se produce la condensación y se convierte en amoniaco líquido. Fluye así por una válvula dentro del evaporador, donde enfría el aire circundante absorbiendo el calor de este, lo cual produce nuevamente su evaporación. A continuación entra el amoniaco, en estado gaseoso, en contacto con el agua, en la cual se disuelve. Esta fuerte solución de amoniaco retorna, impulsada por la bomba, al gasificador o hervidor, donde la llama de gas se calienta. Entonces vuelve a repetirse el ciclo. Los dos refrigerantes más usados son la combinación de agua-bromuro de litio, para obtener refrigeración a temperatura de hasta 6ºC, y el amoniaco-agua que es capaz de obtener temperaturas negativas por debajo del punto de congelación del agua, hasta de -60ºC. Así es como el sistema de refrigeración por absorción y compresión están basados en los cambios de estado del agente refrigerante. Ambos sistemas tienen evaporador, condensador y el medio adecuado para crear la presión necesaria que motive la condensación, tal como un compresor o una fuente que produzca calor. (termodinamica3av3ia, 2014) Imagen 5.- Sistema de refrigeración por absorción 12.- Recuperación de refrigerante En este tema se hablara también sobre lo siguiente: Tecnologías de recuperación Metodologías de recuperación Procedimientos de recuperación de gas ( liquida, gaseosa, liquido-vapor) Método de recuperación pasiva acelerada Reprocesadoras Asignación de colores para cilindros refrigerantes “Debido a que la industria HVAC&R no se puede acabar ya que ocupa una parte fundamental en la economía mundial y cada día tiene más demanda, las compañías han puesto toda la voluntad de sus conocimientos e investigaciones para adaptarse a las exigencias medioambientales de los nuevos tiempos, por tal razón han aplicado considerables modificaciones a sus productos, haciéndolos cada días más amigables con la naturaleza y eficientes energéticamente. Recuperar es extraer un fluido refrigerante de un sistema con el fin de ser almacenado, reciclado, regenerado o transportado. Las operaciones de recuperación implican la utilización de tres clases de material: recipientes específicos, equipos de recuperación, materiales y herramientas conexas. Recuperar exige: Extracción del fluido refrigerante de una instalación de refrigeración. Trasvasar el fluido a un recipiente específico, que normalmente posee dos válvulas, una para líquido (roja) y otra para vapor (azul). Debido a las leyes que gobiernan la liberación de refrigerantes clorofluorocarbonados (CFC's) hacia la atmósfera, ha tenido como consecuencia el desarrollo de procedimientos para recuperar, reciclar y volver a utilizar los refrigerantes. La industria ha adoptado definiciones específicas para estos términos. Del mismo modo han desarrollado tecnologías que posibiliten la continuidad del negocio, una de estas innovaciones es haber logrado el proceso de Recuperación, Reciclaje y Regeneración (Reclaim) de gas refrigerante. De acuerdo a la guía 3-1990 de ASHRAE, se tienen las siguientes definiciones: Recuperar: Significa remover el gas refrigerante, en cualquier condición, de un sistema y almacenarlo en un contenedor externo, sin analizarlo ni procesarlo. Reciclar: Es limpiar el gas refrigerante para volverlo a utilizar, retirándole el aceite o haciéndolo pasar por múltiples dispositivos, tales como filtros deshidratadores, que reducen la humedad, la acidez y la presencia de sólidos. Este término usualmente se aplica a los procedimientos que se pueden implementar en sitio o en el taller de servicio. Regenerar (Reclaim): Es el reproceso del gas refrigerante hasta que alcance las especificaciones de un gas nuevo. Este proceso utiliza destilación. Se requiere de un análisis químico del gas para determinar que alcanzó las especificaciones. Regenerar implica el uso de procesos y procedimientos que solamente se pueden ejecutar en un equipo reprocesador o en la planta del fabricante. Todas las personas que ejercen alguna actividad en la industria HVAC&R tienen la obligación de proteger el medio ambiente de las emisiones de gases que contienen cloro Consideraciones de la definición de Regenerar o Reclaim El análisis químico es un procedimiento clave al regenerar el gas. La frase especificaciones de un gas nuevo, significa practicar un análisis químico para asegurar que se alcanzaron las especificaciones de pureza de acuerdo con el Estándar 700 de ARI. A pesar de haber alcanzado los niveles de pureza, después de haber reprocesado el gas, puede decirse que el refrigerante NO se regeneró, a menos que se le haya practicado el análisis químico. Recuperación y Destrucción: Cuando un refrigerante recuperado de equipos de refrigeración y aire acondicionado se encuentra contaminado o mezclado con otros refrigerantes, no es factible su reciclaje o regeneración y por lo tanto no se podrá volver a utilizar. La mejor opción para un refrigerante contaminado o mezclado es enviarlo a un proceso para su disposición final y destrucción. Muchas compañías han desarrollado el equipo necesario para los técnicos de servicio, a fin de evitar la liberación innecesaria de clorofluorocarbonos a la atmósfera. Los equipos para recuperación y manejo de refrigerante, pueden dividirse en tres categorías: 1. Recuperación: Unidad que recupera o remueve el refrigerante. 2. Recuperación/Reciclado (R y R): Unidad que recupera y recicla el refrigerante. 3. Reproceso: Unidad que reprocesa el refrigerante dentro de las normas de la Agencia de Protección Ambiental (EPA). Los equipos de recuperación pueden clasificarse en función de los modos de transvase, líquido o gaseoso. La mayoría de las unidades de recuperación están diseñadas para el vapor ya que el líquido podría dañar la unidad, sin embargo, existen máquinas para recuperar por fase líquida. ˮ (mundohvacr, 2008) Tecnologías de recuperación: Una unidad de recuperación permite extraer de un sistema refrigerante más fluorocabarno que otra sustancia. La disponibilidad, refinamiento, variedad y demanda están en aumento y esto da lugar a que se utilicen más ampliamente. Las unidades de recuperación tienen un mejor desempeño cuando se utilizan mangueras cortas y de diámetro lo más ancho posible. . Si hay que utilizar mangueras más largas, todo lo que sucederá es que la operación de recuperación tomará más tiempo. No hay ninguna razón aceptable ni excusa para dejar que los refrigerantes a base de fluorocarbono se escapen en el ambiente. Metodologías de recuperación: la recuperación de refrigerantes es la fase inicial para reparar o darle servicio a un equipo de refrigeración. Esto es extraer el refrigerante y pasarlo a un tanque recibidor, cuando el refrigerante no se encuentra contaminado este se puede regresar al sistema nuevamente. Si llega a presentar impurezas debe ser pasado por un pequeño proceso para poder meterlo al sistema. Existen varias formas de recuperar refrigerante y son las siguientes. a) Recuperar el refrigerante en fase líquida. b) Recuperar el refrigerante en fase gaseosa. c) Recuperar líquido y vapor, sin separar el aceite del refrigerante (éste se va al cilindro recuperador tal cual se saca del sistema). d) Recuperar líquido y vapor, separando el aceite del refrigerante. Cada una de estas formas para recuperar refrigerante tiene sus ventajas y desventajas. El método de recuperación de refrigerante líquido es bastante rápido de hacer, pero deja vapor en el sistema. En la forma de sólo vapor, la recuperadora retira todo el refrigerante, pero es considerablemente más lenta. Las recuperadoras que separan el aceite de sistemas de refrigeración o de aire acondicionado, no necesariamente son mejores de las que no lo hacen. Algunos tipos de equipos de recuperación necesitan de un proceso de vacío previo antes de cada uso, sobre todo cuando se va a cambiar de gas refrigerante A continuación se describe el proceso de cómo recuperar el refrigerante tal como lo indica mundohvar. “Verter el refrigerante en los tanques recuperadores es un procedimiento arriesgado. Se debe hacer usando el método descrito por el fabricante del refrigerante. Hay que tener mucho cuidado de: • No llenar el cilindro en exceso. • No mezclar refrigerantes de diferente graduación ni poner refrigerante de un tipo en un cilindro cuya etiqueta está marcada para otro tipo. • Utilizar únicamente cilindros limpios, exentos de toda contaminación de aceite, ácidos, humedad, etc. • Verificar visualmente cada cilindro antes de usarlo y asegurarse de que se compruebe regularmente la presión de todos los cilindros. • Que el cilindro de recuperación tenga una indicación específica según el país a fin de no confundirlo con un recipiente de refrigerante virgen. • Que los cilindros tengan válvulas separadas para líquido y gas, y estén dotados de un dispositivo de alivio de la presión. Para hacer más rápida la recuperación de gas, hay que mantener frío el tanque recuperador durante todo el proceso. Esto se puede lograr colocándolo en una cubeta con hielo. Mientras más frío esté el tanque, la presión del gas disminuye, pero si el equipo de donde se está recuperando el gas está a una temperatura ambiente, entonces el proceso de recuperado es más lento. Como procedimiento previo a la recuperación de gas debe revisarse la posición de todas las válvulas y, si aplica, se debe verificar el nivel del aceite del compresor de la recuperadora. Es aconsejable recuperar el refrigerante líquido en un tanque recibidor. Debe recuperarse el líquido primero y después el vapor. Recuperar el refrigerante en fase gaseosa deja aceite en el sistema, minimizando la pérdida del mismo. Cuando el compresor del sistema en mantenimiento no funciona, hay que entibiar el cárter del compresor. Esto contribuye a liberar el refrigerante atrapado en el aceite. ˮ (mundohvacr, 2008) La recuperación de refrigerante en fase liquida: Se hace de la siguiente manera ya sea por decantación, separación o “push/pull” (succión y retroalimentación) con el consiguiente arrastre de aceite. Este proceso se lleva acabo usando vapor del cilindro para empujar el refrigerante líquido fuera del sistema. Se conecta una manguera desde el puerto de líquido de la unidad, cuyo refrigerante se requiere extraer, a la válvula de líquido en el tanque recuperador. Después conecta otra manguera desde la válvula de vapor del tanque recuperador a la entrada de la succión de la máquina y, finalmente, se conecta una tercera manguera desde la salida o la descarga de la máquina recuperadora al puerto de vapor del equipo. El tanque recuperador succionará el refrigerante líquido (movimiento pull) de la unidad HVAC&R, cuando la máquina recuperadora haga disminuir la presión del cilindro. El vapor succionado del tanque recuperador por la recuperadora será entonces empujado de vuelta (movimiento push), es decir, comprimido hacia el lado que corresponde al vapor en la unidad desactivada. Cuando la mayoría del refrigerante haya sido cargado del sistema al tanque recuperador, la recuperadora comenzará a ciclar, controlada por su presostato de baja presión de succión, removiendo el resto del refrigerante en forma de vapor. Cuando la recuperadora ya no continúe ciclando y se detenga por completo, se habrá recuperado todo el refrigerante posible. Imagen 6.- Diagrama de conexión de recuperación de refrigerante en fase liquida. Recuperación de refrigerante en fase gaseosa: La carga de refrigerante se puede recuperar en forma de gas. En los grandes sistemas de refrigeración esto exigirá más tiempo que cuando se transfiere líquido, esto se debe a que el flujo de gas refrigerante es menor en fase gaseosa Las mangueras de conexión entre las unidades de recuperación, los sistemas y los cilindros deben ser de la longitud mínima posible así como del diámetro máximo posible, a los fines de aumentar y mejorar el rendimiento del proceso. El refrigerante, en fase de vapor, es normalmente aspirado por la succión de la máquina recuperadora y, una vez condensado, es enviado al tanque recuperador. En la imagen de abajo se muestra como se deben conectar nuestros equipos para su correcto funcionamiento. Imagen 7.- Diagrama de conexión de recuperación de refrigerante en fase gaseosa Recuperación de refrigerante líquido vapor: Es bueno utilizar mangueras con válvula de bola integrada. Se sabe que es mejor tratar de retirar primero el líquido del sistema y después seguir con el vapor restante. Esta acción va a posibilitar la aceleración de la velocidad de recuperación del gas. Cuando se tienen grandes cantidades de refrigerante es mejor utilizar el método push-pull ya que es tres veces más rápido que hacerlo directamente. Es recomendable empezar por el lado de alta y continuar con el lado de bajo siempre y cuando esto sea posible, tratando de utilizar mangueras cortas, debido a que las mangueras largas aumentan el tiempo del proceso. Si al comenzar a retirar líquido del sistema, el compresor suena hay que saber que eso lo daña reduciendo notablemente su vida útil. Es poco usual que pase, y no debe ocurrir bajo un procedimiento normal. Siempre debe hacerse la recuperación del lado de vapor en el tanque recuperador, esto reduce la posibilidad de la presencia de refrigerante líquido remanente en las líneas. Hacerlo así garantiza un proceso más limpio. Durante la recuperación de gas, al momento de retirar las mangueras, pudiera salir una línea de refrigerante líquido al terminar. Se recomienda utilizar un filtro deshidratador en el proceso porque nos sirve como protección para la recuperadora. Es más recomendable hacer esto cuando se recupera refrigerante de un compresor quemado. Imagen 8.- Diagrama de conexión para recuperar refrigerante en forma liquido-vapor El Método de recuperación pasiva acelerada nos dice lo siguiente que es necesario como condición que el compresor del sistema esté funcionando. En la figura se observa la conexión sugerida para un sistema de compresor hermético, sin válvula de servicio. El mismo compresor del sistema genera la diferencia de presión requerida para que el refrigerante se desplace hacia el cilindro de recuperación, verificando constantemente que la presión de succión del compresor no se encuentre por debajo de 0 bares. Para aumentar la presión en el condensador, no se debe utilizar una fuente de calor externa como la generada por sopletes. El aumento descontrolado de la temperatura aumenta la presión del refrigerante a niveles que la tubería del condensador no soporta, provocando una peligrosa explosión. Para que la recuperación sea más rápida, la manguera se debe conectar en la línea de líquido. Cuando no se utilizan los métodos de recuperación necesarios no permiten alcanzar el vacío y tampoco hacer una recuperación en un 100%. Imagen 9.- Diagrama de conexión por el método pasivo acelerado Las maquinas Reprocesadoras: Son muy confiables y no hay razón para dudar de su funcionamiento. A su vez las reprocesadoras pueden generar altos contaminantes debido a cuatro situaciones que describiremos. En primer punto tenemos que debido a las altas relaciones de compresión y a las temperaturas generadas por los refrigerantes de alta presión, como el HCFC-22. Los separadores de aceite de retorno sobre los cuales dependen algunas máquinas, pueden fallar, y dejar pasar vapor de aceite caliente hacia el tanque. Durante el proceso se debe purgar la máquina para sacar los gases no condensables inmediatamente después de la recuperación. Se debe tener cuidado con el aceite porque un nivel bajo puede acortar la vida útil del sistema y causar calor excesivo. Como segundo punto la reprocesadora se considera como un sistema de refrigeración porque puede generar sus propios ácidos. Debido al desgaste que se genera en el compresor de la máquina de R y R, pueden romperse los devanados y también formarse ácido dentro del mismo compresor. La mayor parte del destilado o de la separación de aceite ocurren antes de llegar a este punto; así que, cualquier contaminante generado por el dispositivo puede pasar al tanque, y entonces recargarse a la unidad. Se puede evitar esto haciendo el cambio constante de aceites especializados. En el tercer punto tenemos que las recuperadoras pueden producir contaminantes, en consecuencia de los vacíos que recomienda la EPA (Agencia de Protección Ambiental). Debido a las uniones que están sometidas y la vibración puede generar fugas, a su vez esto succionará humedad y aire, afectando directamente la pureza del aceite dentro del compresor de la máquina, dando como resultado una potencial contaminación en el tanque. Punto cuatro sabemos que la máquina recuperadora tiene el más alto potencial para la contaminación cruzada, a menos que se le dé mantenimiento regularmente. Los filtros completamente cargados, se derramarán al cambiar las temperaturas alrededor de los mismos. Se debe evaluar un cambio de filtro y de aceite con cada servicio. Aunque no se requiera, ayuda a proteger. Como se mencionó esta maquinas pueden crear contaminantes debido a la combinación con aceites en el proceso. La contaminación también puede extenderse a otros sistemas a partir de los tanques de recuperación. Los peores casos ocurrirán durante la recarga, desde tanques llenados por máquinas que sólo recuperan, ajustadas para desplazar primero líquido directamente hacia el tanque. Es importante darse cuenta que este líquido contiene aceite, directamente del sistema al que se le está dando servicio; aceite que contiene una muestra de los contaminantes que pueda haber en el sistema. El uso de pre-filtros ayudará de alguna manera. Asignación de colores para los tanques de refrigerantes: Los fabricantes de gases refrigerantes los envasan en cilindros de colores, respetando el código de colores de ARI (American Refrigeration Institute); que a su vez utiliza el lenguaje PMS (Pantone® Matching System) que es un lenguaje internacional de impresión que se utiliza para los colores. El ARI asigna los colores de acuerdo con el Standard 34 de ASHRAE siguiendo la siguiente clasificación: Clase I Refrigerantes Líquidos: Estos son refrigerantes que tienen un punto de ebullición superior a los 20° C (68° F). La presentación de estos gases normalmente se efectúa en un tambor. Ejemplos: R-11, R-113, R-123. Clase II Refrigerantes de “Baja Presión”: Los envases de estos gases pueden soportar una presión interior máxima hasta de 500 psig (Libras por pulgada cuadrada). Ejemplos: R-12, R-134a y el R-22 Clase III Refrigerantes de “Alta Presión”: Estos gases se envasan en cilindros que tienen una presión mínima de trabajo de al menos 500 psig. Ejemplos: R-13, R-23 y el R-503 Clase IV Refrigerantes Inflamables: Estos refrigerantes ya sean zeotropos o azeotropos que tienen la clasificación 2 ó 3 de inflamabilidad otorgada por ASHRAE en el Standard 34. Ejemplos: R-114B o el R-411 Se puede también usar tanques desechables pero se corren riesgos y peligros al hacer esto. Los cilindros desechables son de acero. El óxido puede eventualmente debilitar la pared del cilindro, al punto de no poder contener al refrigerante. Los cilindros deben ser transportados en ambientes secos. Los muy oxidados deben de ser descargados. Cada cilindro de refrigerante es rotulado con la información de seguridad y precauciones que se deben de tener en el manejo del gas. Esta información y la hoja de seguridad del refrigerante están disponibles con el fabricante del mismo y se pueden obtener fácilmente en sus sitios de Internet. En la siguiente tabla se muestra el código de color para cada refrigerante. Código de colores ARI para los cilindros de gas refrigerante Refrigerante Número AHSRAE Color ARI(American Refrigeration Institute) R-11 Anaranjado (PMS 021) R-12 Blanco (PMS None) R-22 Verde Claro (PMS 352) R-113 Morado (Violeta) (PMS 266) R-114 Azul Oscuro (Marino) (PMA 302) R-123 Azul Grisáceo Claro (PMS 428) R-124 Verde Intenso (Verde DOT) (PMS 335) R-125 Marrón Mediano (Tostado) (PMS 465) R-134ª Azul Celeste (Cielo) (PMS 2975) R-401ª Rosa Claro (PMS 177) R-401 B Amarillo Oscuro (PMS 124) R-402ª Marrón Claro (Arena) (PMS 461) R-402B Verde Amarronado (Oliva) (PMS 385) R-404ª Anaranjado (PMS 021) R-410ª Rosa (PMS 507) R-500 Amarillo (PMS 109) Tabla 6.- Código de colores ARI para los cilindros de gas refrigerante 13.- Reciclaje de Refrigerantes La recuperación o reciclaje de refrigerantes consiste en tratar este para llevarlo al grado de pureza correspondiente a las especificaciones del refrigerante virgen, todo ello verificado por un análisis químico. A fin de lograr esto, la máquina que se utilice debe cumplir con la norma ARI 700-93 (Tabla 7). Todos los fabricantes de refrigerantes y equipo recomiendan que el nivel de pureza del refrigerante regenerado sea igual al del refrigerante virgen. El elemento clave de la recuperación es que se efectúe una serie completa de análisis y que el refrigerante sea sometido a reprocesamiento hasta poder satisfacer las especificaciones correspondientes al refrigerante virgen. Hay muchos tipos diferentes de equipos que pueden lograr el nivel de pureza pero es importante recordar, y esto debe verificarse con los fabricantes del equipo, que el refrigerante regenerado satisfaga las especificaciones correspondientes al refrigerante virgen. Los refrigerantes como lo es R-12, R-22, R-500 y R-502 necesitan un proceso para el uso continuo y exigido de larga duración. La Unidad de regeneración es un sistema que describe de la siguiente manera: • El refrigerante es admitido en el sistema ya sea gaseoso o líquido. • El refrigerante entra en una gran cámara única de separación donde la velocidad se reduce radicalmente, esto permite que el gas a alta temperatura se eleve. Durante esta fase, los contaminantes (astillas de cobre, carbón, aceite, ácido y otros) caen al fondo del separador para que se extraigan durante la operación de “salida” del aceite. • El gas que se destila pasa al condensador enfriado por aire y cambia a líquido. • El líquido pasa a las cámaras de depósito incorporadas, donde se le baja la temperatura en aproximadamente unos 56º C a una temperatura de subenfriamiento de 3º C a 4º C • Un filtro secador reemplazable en el circuito elimina la humedad mientras continúa el proceso de limpieza para eliminar los contaminantes microscópicos. • Si se enfría el refrigerante, la transferencia puede facilitarse cuando se efectúa a cilindros externos que se encuentran a la temperatura ambiente. En la tabla siguiente se muestra las especificaciones ARI-700. (mundohvacr, 2008) Tabla 7. Especificaciones de Producto ARI700 Parámetro s R-401A R-401B R-402A R134 a R-404A R-407C R410A R-507 Compone nte 22/152a/ 124 22/152a/ 124 125/290/ 22 134 a 125/143a/1 34a 32/125/1 34a 32/1 25 125/14 3a % Compone nte 53/13/34 61/11/28 60/2/38 100, 0 44/52/4 23/25/52 50/5 0 50/50 Punto Ebullición (0 C) -33,2 a 27,8 -34,7 a 29,6 -48,2 a 17,7 26,2 -46,1 a 45,4 -43,6 a 36,6 51,2 a51,1 -46,7 Incondens ab. Fase Vap or (%) 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 1,10 1,11 1,12 Agua (ppm) 10 10 10 10 10 10 10 10 % Residuo 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 Partículas Sólidas NO NO NO NO NO NO NO NO Acidez (ppm) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Cloruros (turbidez) NO NO NO NO NO NO NO NO Tabla 7.- Especificaciones de Producto ARI700 Medidas de seguridad para el material recuperado: Se tiene que estar familiarizado con el refrigerante y la recuperadora, haber leído el manual antes de operar la máquina. Para poder tener un proceso seguro y eficiente. Las recomendaciones más usuales son las siguientes • Los refrigerantes líquidos pueden producir quemaduras por el frío. Evitar la posibilidad de contacto utilizando guantes adecuados y vestimenta o camisas de manga larga. • El refrigerante que se está recuperando puede provenir de un sistema muy contaminado. El ácido es uno de los productos de descomposición; se puede encontrar ácido clorhídrico como también fluorhídrico (el ácido fluorhídrico es el único que puede atacar el vidrio). Debe tenerse mucho cuidado de que el aceite que se derrame de los vapores del refrigerante, no entre en contacto con la piel ni la superficie de la ropa al efectuar el servicio del equipo contaminado. • Se debe usar ropa e implementos de protección como anteojos de seguridad, calzado protector, guantes, casco protector, pantalones largos y camisas de manga larga. • Los gases del refrigerante pueden ser dañino si se inhalan. Se debe evitar la absorción directa y disponer siempre de ventilación a nivel bajo. • Al hacer un trabajo se de cortar la alimentación eléctrica y que el equipo en el que se procederá a la recuperación no tenga nada en funcionamiento. • Se debe tener cuidado en no exceder el nivel que nos marca el sistema, la capacidad máxima de todo clilindro es del 80%. • Al mover un cilindro, utilizar un equipo apropiado dotado de ruedas. Asegurarse de que el cilindro esté firmemente ajustado con correas. Nunca hacer rodar el cilindro sobre su base o acostado de un lugar a otro. • Utilizar mangueras de calidad superior. Asegurarse de que estén unidas correcta y firmemente. Se deben Inspeccionar todas las uniones de mangueras fuertemente. • Nunca debe calentarse un cilindro con un soplete de flama abierta. • Colocar etiquetas en el cilindro o recipiente/contenedor de conformidad con lo que especifica la reglamentación. • Si se trata de un trabajo de regeneración, ponerse en contacto con la planta de regeneración de preferencia para hacer los arreglos necesarios para el transporte. • Asegurarse que todos los cilindros están en condición segura, tapados como corresponde y con la debida identificación. 14.- Soluciones y alternativas Algunas soluciones que se han dado actualmente es la tendencia de los refrigerantes en su reutilización de los mismos, por ello, se ha innovado en los procesos de recuperación, reciclado y regeneración. Debido a las normas de pactos y protocolos, se han implementado diferentes técnicas para recuperar los refrigerantes, pero antes de llevar a cabo el procedimiento es importante saber qué tipo de refrigerantes se va recuperar y estos no se mezclen, para no poner en riesgo a la hora de trabajar con el sistema. Se necesita tener personal especializado y actualizado. Recuperar el refrigerante y recargarlo en el mismo equipo. Esta práctica es aceptada cuando las condiciones del refrigerante son buenas y cuando el equipo donde estaba depositado, operaba normalmente antes de extraerlo. Recuperar el refrigerante y reciclarlo. Es necesario tener una máquina recicladora de refrigerantes para poder lograr la limpieza correcta de los gases. Si por error se mezclan dos refrigerantes con diferente número de ASHRAE, ya no será posible reciclarlos. Existen cuatro métodos principales para la recuperación de refrigerantes que han sido mencionados anteriormente: 1. Recuperación en fase de vapor. 2. Recuperación vapor-líquido separando el aceite que se extrae. 3. Recuperación vapor-líquido sin separar el aceite recuperado en el proceso. 4. Recuperación en fase líquida. Recuperación: Se remueve el refrigerante de un sistema en cualquier condición y se almacena en un contenedor externo sin que deba ser analizado, ni procesado. Reciclar: El refrigerante se limpia hasta remover el aceite, humedad, acidez y presencia de sólidos. Regenerar: Proceso que requiere análisis del producto final para asegurarse que cumple con las especificaciones de un producto nuevo. El proceso de reciclado de refrigerantes se ha logrado difundir en muchos países, sus beneficios son: Se reduce la compra de refrigerantes nuevos que normalmente son costosos. Los refrigerantes pueden ser reutilizados si se encuentran en buen estado. La sustitución de refrigerantes es una opción de gran importancia para disminuir los efectos que agotan la capa de ozono. Para que un nuevo refrigerante supere las pruebas de calidad y logre la certificación, tiene que ser avalado por instituciones como: ASHRAE, quien valora un refrigerante en aspectos de seguridad y le asigna la clasificación A1 o B1, según las propiedades de toxicidad o inflamabilidad que contenga. SNAP: Realiza una evaluación para conocer el comportamiento en los sistemas de refrigeración y aire acondicionado y que su desempeño sea el adecuado para sustituir los CFC y HCFC. UL: Evalúa la calidad del refrigerante para percatarse de que sea la adecuada para ser instalado en los sistemas. En la tabla siguiente se muestran la sustitución de refrigerantes en equipos domésticos. (mundohvacr, 2010) Sustitutos para la Refrigeración Doméstica No. DE NOMBRE SUSTITU TIPO ASHRA COMERCI YE E AL R-401ª MP39 R-12 Zeótrop o (HCFC) LUBRICAN TE APLICACI ÓN OBSERVACI ÓN Alquilbence no Refrigeraci ón doméstica y comercial Refrigeraci ón doméstica y comercial Refrigeraci ón doméstica y comercial Temp. de descarga mayor al R-12 y temp. evap. hasta -23°C Sustituto del R-12 sin cambio de aceite Temp. de descarga mayor al R-12 y temp. evap. hasta -23°C R-406ª R-406A R-12 Zeótrop Alquilbence o no (HCFC) R-409ª FX59 R-12 Zeótrop Alquilbence o no (HCFC) R-134ª Suva Genetron Forane R-12 R-413ª ISCEON 49 R-12, R- Zeótrop Alquilbence 401A, o no R409A y (HFC) Poliolester R-406A Puro (HFC) Poliolester Refrigeraci ón doméstica y comercial Refrigeraci ón doméstica y comercial Equipo nuevo de refrigeración y aire acondicionad o de autos Sustituto del R-12 sin cambio de aceite Tabla 8.- sustitución de refrigerantes domésticos Cumplimiento de la ley: “Cuando un técnico de refrigeración accede a cualquier equipo de producción de frío, con la intención de reparar, trasladar, reciclar, etc., en la mayor parte de los casos precisa recuperar el gas refrigerante (normalmente halocarbonado). La Ley, obliga en todos los casos que sean refrigerantes CFCs, HCFCs ó HFCs, a recuperarlos, con medios correctos para evitar la emisión de productos a la atmósfera que afectan al calentamiento global por efecto directo de la molécula del producto y en el caso de que lleven cloro, además contribuyen al adelgazamiento de la capa de ozono. Existen varias opciones en el mercado disponibles para resolver este problema, las de mayor aceptación son la máquinas con compresor a pistón seco, que comprimen lo mismo el vapor del refrigerante que el producto en estado líquido, y con la gran ventaja de que son válidos para todos los gases refrigerantes halocarbonados, estos equipos presentan en cambio dos problemas: Disponen de una potencia eléctrica pequeña. El condensador propio es pequeño, y no termina de condensar el producto a la salida, con lo que el rendimiento es pequeño y es una de las consecuencias por lo que estas máquinas tienen averías continuas. ˮ (monroy, 2012) Los técnicos que nos proporcionan servicios a nuestros sistemas de refrigeración están obligados a cumplir las normas que se han hecho para la recuperación y reciclaje de refrigerantes. Para que estos no sean liberados a la atmosfera. El conjunto de la sustancia recuperada generalmente es un residuo peligroso por su contenido de aceites procedentes del sistema de refrigeración del que se recuperó. Cuando se trata además de desmontaje de equipos de refrigeración, ya sean equipos de aire acondicionado, de refrigeración comercial ó doméstico, mientras no se extraiga el aceite de los equipos, el conjunto de equipo más aceite y otras sustancias, es un residuo peligroso que necesita ser transportado bajo ciertas medidas de seguridad que actualmente no todos cumplen como se ha indicado. Opinión de fabricantes expertos Arkema: Camino hacia la eliminación de refrigerantes Hemos escuchado en los diferentes medios de comunicación que los CFCs o gases Freones, son los culpables del daño a la capa de ozono. El Protocolo de Montreal regula estas sustancias a las cuales se les asignó el 100% de Potencial de Destrucción de Ozono (OPD) que paulatinamente se han ido eliminando y quedarán casi en su totalidad eliminadas este año. Existen otros refrigerantes como los HCFCs, que contienen menos cloro en sus moléculas y por lo tanto dañan menos la capa de ozono. Para darles una idea, los CFCs contienen 100% de cloro, mientras que los HCFCs, tienen sólo el 10%, por esta razón se les dio mayor plazo para su eliminación, se estima que para el año 2030 los HCFCs serán eliminados en su totalidad. Ahora bien, los HFCs ya no contienen cloro en su molécula, su OPD es igual a cero, por lo tanto no deterioran la capa de ozono, sin embargo, estas moléculas contribuyen significativamente al calentamiento global debido a que su GWP (Global Warming Potential) es alto. El Protocolo e Kyoto trata de regular estas sustancias pero no ha tenido m ucho éxito debido a que dichas sustancias están muy ligadas al desarrollo de un país. En Arkema estamos conscientes de la situación generada por las emisiones de refrigerantes en la atmósfera, para ayudar a su control, estamos ya en el desarrollo de fluidos refrigerantes marca Forane de cuarta generación, los cuales tienen cero OPD y muy bajo GWP, asimismo, estamos trabajando para que su distribución se realice ya en el año 2013. DuPont: Tendencias verdes Partiendo del hecho que los Clorofluorocarbonos (CFC) y los Hidroclorofluorocarbonos (HCFC) afectan la capa de ozono, DuPont ha seguido investigando e innovandoel desarrollo de productos amigables con el medio ambiente. Estos esfuerzos recaen principalmente en la sustitución de los CFCs y HCFCs con los gases refrigerantes Hidrofluorocarbonos (HFC), los cuales no contienen cloro y por ende no dañan la capa de ozono. Actualmente contamos con el más amplio portafolio de productos HFC que cubren las principales aplicaciones del mercado de la refrigeración y aire acondicionado (doméstico, automotriz, comercial e industrial). Estos productos cumplen con las condiciones de operación que tenían sus antecesores y en algunos casos poseen una mejor eficiencia y propiedades de operación, ayudando al desempeño de equipos que previamente funcionaban con CFC y HCFC. Para DuPont, es fundamental crear soluciones sustentables para una vida mejor, más sana y segura para todos, y así ofrecer productos y servicios basados en la ciencia. Quimobásicos: Acciones a corto plazo En coordinación con autoridades mexicanas, Quimobásicos, que es parte integral de la empresa Honeywell Inc., ha participado en programas de regulación de sustancias agotadoras de la capa de ozono, para cumplir con las disposiciones del Protocolo de Montreal. Quimobásicos es el único productor de estas sustancias en México, por lo que adelantamos 5 años el cese de producción de CFCs11/12, medida que apuntaló el éxito para su eliminación en el 2010 y con la experiencia adquirida lograremos que en 2030, los HCFCs sean también eliminados. Trabajamos en la comercialización y capacitación del uso de refrigerantes que no dañan la capa de ozono, que por sus características termodinámicas y de seguridad han sido seleccionados por los fabricantes de equipo original, como: el AZ-20 (Genetron 410A), Genetron 404A, Genetron 134a y el Genetron 1234yf, este último, es el nuevo desarrollo de Honeywell y DuPont para el uso en aire acondicionado automotriz que tiene un potencial de calentamiento muy bajo. Dentro de este panorama de cambios, nuestra empresa informa a sus clientes sobre las propiedades y manejo de refrigerantes, para que sus decisiones estén encaminadas al mejor desempeño de los equipos y cuidado ambiental. Asimismo participamos con Anfir, Andira y Americ en la implementación del programa de certificación de técnicos, para asegurar un uso responsable. Conclusiones La experiencia sobre este trabajo fue que a pesar de tener conocimientos sobre refrigeración, existen muchas cosas que eran desconocidas para mí. Se observó que la refrigeración ha existido desde que el hombre apareció, y con el tiempo las necesidades fueron aumentando y se dieron grandes pasos en la refrigeración sin saber que se estaba causando un daño en la capa de ozono. A partir de ese momento estudios y el interés de algunas personas como la del mexicano Mario Molina por conocer lo que estaba sucediendo surgieron normas, protocolos y tratados que hasta el día de hoy nos siguen rigiendo. En la sociedad actual se ha creado un gran interés por la preservación del medio ambiente. Esto se debe a que es imposible ignorar los cambios que está sufriendo el planeta a causa de la actividad humana. Mediante este trabajo se ha podido observar, concretamente, la manera cómo actúan los refrigerantes emitidos sin control a la atmósfera y sus consecuencias. Así como también hemos mostrado los beneficios que los refrigerantes nos han proporcionado, tanto en la conservación de alimentos, en vacunas y medicamentos. Se han detallado, también, diversos modos de extraer el refrigerante de una instalación y se han dado opciones de uso para este refrigerante desgastado, que puede ser dañino si no se toman las medidas necesarias al momento de recuperarlo. A pesar de los esfuerzos que se han hecho aún falta mucho para el correcto manejo de los sistemas de refrigeración. Por este motivo se debe tomar conciencia de que la formación, las buenas prácticas y la recuperación o reciclaje, son el único camino posible si se desea tener una sociedad y ambiente saludable. Bibliografía "Allchem", C. (2012). cienba.galeon.com. 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