EL amoníaco como refrigerante un método demostrado

"EL amoníaco como refrigerante un método demostrado"
(Extracto de la revista Danfoss 4/1992 – Abril ´92)
E
l amoníaco se utiliza como refrigerante desde hace mas de 120 años, por lo
que sus propiedades y posibilidades de aplicación son bastante conocidas. No
obstante, debido a ciertos inconvenientes que presenta esta sustancia con
respecto a la seguridad, el uso actual del amoníaco se limita casi exclusivamente a
grandes fábricas industriales. Sin embargo, la polémica de los refrigerantes
fluorados y el efecto invernadero ha renovado el interés en el amoníaco como
refrigerante. Este artículo describe sus propiedades, algunas posibilidades de
aplicación y los controles Danfoss para la refrigeración por amoníaco.
El amoníaco (NH3, R717) se reconoció como refrigerante alrededor de 1860, cuando el
francés Ferdinand Carre patentó un sistema de refrigeración de tipo absorción en el que
utilizaba amoníaco como refrigerante y agua como agente de absorción. Unos diez años
después, el estadounidense David Byle desarrolló un compresor que se podía utilizar
con amoníaco.
Ambos principios se desarrollaron posteriormente, pero es del sistema del compresor el
que ahora domina el mercado, es decir, el mercado industrial en el que, por razones de
seguridad está confinada la refrigeración por amoníaco.
Concretamente, la industria de la alimentación utiliza en gran medida la refrigeración
por amoníaco, tanto en la preparación como en el almacenamiento de los alimentos.
También en lo hacen las industrias químicas de transformación en estos sectores de
Canadá y E.E.U.U., el amoníaco domina sobre otros refrigerantes en una relación de 5 a
1. En Europa, esta relación es de alrededor de 1 a 1.
Ventajas del amoniaco
El amoníaco dispone de diversas propiedades superiores a las de los refrigerantes
fluorados:
Transferencia de calor
Las propiedades físicas del amoníaco lo convierten en un líquido con una transferencia
de calor considerablemente superior a la de los refrigerantes fluorados más utilizados.
Su capacidad es de cuatro a cinco veces mayor que la del R12 y el R22, cuyas
capacidades de transferencia de calor se ven disminuidas en la práctica cuando se
mezclan con el aceite. El amoníaco no se mezcla con el aceite.
Diseño del equipo
Puesto que el amoníaco no se mezcla con aceite, el diseño del equipo es mas sencillo.
No se necesitan tuberías verticales dobles y el aceite circulante no ocasiona caídas de
presión. Además, la ampliación del equipo existente es muy sencilla, basta con una
disposición adecuada de tuberías para poder añadir compresores y evaporadores o
VMC REFRIGERACIÓN S.A.
Avda. Roque S. Peña 729 – Rafaela (Santa Fe)
Tel. +54 (3492) – 432277 / 431951
- 1/7 –
"EL amoníaco como refrigerante un método demostrado"
(Extracto de la revista Danfoss 4/1992 – Abril ´92)
condensadores, sin tener que preocuparse por el retorno del aceite. De esta forma se
pueden explotar las posibilidades de ahorro de energía que ofrece una planta de
múltiples compresores.
Grosor de la pared de tuberías
La capacidad de refrigeración del amoníaco es seis veces mayor que la del R22 y ocho
veces mayor que la del R12. Esto implica un caudal másico significativamente inferior
que, junto con la viscosidad ligeramente inferior del amoníaco, se traduce en tuberías
mucho menos costosas. Estas tuberías deben ser de acero o aluminio, materiales más
baratos que el cobre necesario para los sistemas que transportan refrigerantes fluorados.
Miscibilidad con el agua
El agua es totalmente soluble en amoníaco que, por lo tanto, es muy tolerante. En una
gran planta de refrigeración, resulta muy difícil detectar un contenido del 5% de agua a
través de los manómetros y termómetros que se suelen adquirir para tales sistemas.
Muchas instalaciones funcionan con un contenido de agua relativamente elevado sin
inconvenientes importantes. Por consiguiente, no se precisan secantes de filtros, visores
de líquido ni indicadores de humedad y la válvula de expansión nunca se congela.
Precio
El amoníaco se fabrica para muchos usos además de refrigeración, factor que puede
contribuir a mantener su precio bajo. En cualquier caso, el precio del amoníaco es muy
inferior al coste de la mayoría de los refrigerantes fluorados, y además con cantidades
significativamente inferiores se consiguen los mismos efectos. Si se compara con los
nuevos refrigerantes (R134a, etc.) el amoníaco es muy competitivo.
El amoníaco fluido del futuro
Lo abajo expresado, es un resumen de diversas publicaciones que la PNUMA
(Programa de al Naciones Unidas para el Medio Ambiente) distribuye en el mundo con
el fin de concientizar a la humanidad sobre la problemática de la destrucción de la capa
de ozono y el aumento del efecto invernadero.
Introducción:
En 1974, Sherwood Rowland y Mario Molina, de la Universidad de California,
afirmaron que los productos químicos sintetizados por el hombre, conocidos como
clorofluorocarbonos (CFC), estaban perjudicando la capa de ozono estratosférica.
Investigaciones posteriores corroboraron la teoría, y actualmente está demostrado que la
capa de ozono estratosférico ( que protege la tierra de los altos niveles de radiaciones
ultravioleta del sol) está siendo destruida por la actividad de los hombres. Las sustancias
que agotan la capa de ozono se usan en la fabricación de miles de productos.
El protocolo de Montreal relativo a las sustancias que agotan la capa de ozono fue
redactado bajo la dirección del Programa de las naciones Unidas para el medio
Ambiente (PNUMA) en Setiembre de 1.987. El protocolo identificó las principales
VMC REFRIGERACIÓN S.A.
Avda. Roque S. Peña 729 – Rafaela (Santa Fe)
Tel. +54 (3492) – 432277 / 431951
- 2/7 –
"EL amoníaco como refrigerante un método demostrado"
(Extracto de la revista Danfoss 4/1992 – Abril ´92)
sustancias que agotan la capa de ozono y fijó límites para su producción en el futuro. En
1.992, más de 80 países habían ratificado el acuerdo.
El proyecto es que el protocolo se actualice continuamente cuando sea necesario, a tal
efecto los Signatarios se han reunido en Londres en 1.990, Río de Janeiro en 1.992,
Copenhague en 1.995 y en Kioto en 1.996, durante todos éstos años las pruebas
científicas han demostrado que la capa de ozono se agota más rápido de lo que se
presuponía en un comienzo.
Los Signatarios del Protocolo de Montreal acordaron reducir y eliminar el uso de los
CFC, aunque no se hubieran desarrollado completamente sustitutos ni tecnologías
alternativas.
Industrias y fabricantes están comenzando a reemplazar los CFC por sustancias menos
nocivas, pero un obstáculo importante en éste proceso de conversión es la falta de
información actualizada y precisa sobre los problemas relacionados con los sustitutos de
los CFC y las tecnologías sin CFC.
Las enmiendas de Londres al Protocolo reconocieron la ayuda financiera y económica
que necesitarían los países en desarrollo y crearon el Fondo Mutilateral Provisorio
(IMOF) para proporcionársela, el PNUMA se encargó de las responsabilidades
específicas para llevar a cabo el IMOF y creó el Programa Acción Ozono dentro del
Centro de Actividades del programa Industria y medio Ambiente del PNUMA
(CAP/IMA) para realizar el intercambio de información y capacitación y para actuar
como agencia distribuidora de información.
Una de las tareas más importantes de éste programa es asegurarse de que todos los que
lo necesitan entiendan claramente los problemas relacionados con la sustitución de los
CFC y sepan cómo obtener la información y asistencia que puedan necesitar para
hacerlo.
La Argentina, firmó la Convención de Viena el 22/03/85 y la ratificó el 18/10/90 (Ley
23.724). Firmó el protocolo de Montreal el 29/06/87 y lo ratificó el 18/09/90 (Ley
23.778). Ratificó las enmiendas de Londres y Copenhague el 4/12/92 y el 20/04/95,
respectivamente.
Para contribuir a la solución de este problema el Gobierno de la república Argentina,
por intermedio de la Oficina programa Ozono (OPROZ), de la Secretaría de Recursos
Naturales y Desarrollo Sustentable y del Centro de Investigación y Desarrollo para el
Uso Racional de la Energía (CIPURE) del Instituto nacional de tecnología Industrial
(INTI), en cooperación con el PNUMA, ha organizado un programa piloto de
“Capacitación en buenas prácticas de refrigeración”. Nuestra Empresa, preocupada por
el cuidado del medio ambiente a participado de dicho programa con la presencia de dos
asistentes a un curso desarrollado en la localidad de Rosario.
EFECTO AMBIENTAL DE LOS CFC Y HCFC
Cuando se arrojan los CFC (Ej: R11 y R 12) y los HCFC (Ej: R 22), a la atmósfera
permanecen más de 100 años.
Si bien son más pesados que el aire atmosférico, durante este tiempo las corrientes
convectivas los elevan a la estratósfera donde son desintegrados por la luz del sol mas
fuerte. Esta descomposición libera cloro, el cual reduce el ozono.
El ozono es una forma de oxígeno, creada por la naturaleza durante millones de años,
con tres átomos en lugar de dos , un átomo de cloro tiene la capacidad de destruir miles
(hasta 100.000) de moléculas de ozono.
VMC REFRIGERACIÓN S.A.
Avda. Roque S. Peña 729 – Rafaela (Santa Fe)
Tel. +54 (3492) – 432277 / 431951
- 3/7 –
"EL amoníaco como refrigerante un método demostrado"
(Extracto de la revista Danfoss 4/1992 – Abril ´92)
La capa de ozono nos protege de la radiación ultravioleta. A medida que ésta capa
adelgaza, la incidencias de cánceres de piel y de cataratas aumenta y se reducen las
producciones de granos. También produce cambios en ecosistemas (como la alteración
del plantón, en la alimentación de peces), pudiendo puntualmente en algunos lugares del
planeta, tener efectos imprevisibles.
Sobre los polos hay una muy seria reducción de ozono, observándose un agujero entre
los meses de septiembre y diciembre en el polo sur. Esto se debería a que el hielo puede
retener al átomo de cloro y liberarlo en épocas de deshielo.
Este agujero tiende a prolongarse sobre la Patagonia Argentina, donde los niveles de
espesor de la capa son del orden del 50% del original, siendo Argentina el país más
afectado del mundo por éste problema.
Los CFC y lo HCFC son ampliamente usados como refrigerantes, agentes rociadores de
espuma, propulsores en aerosol y agentes limpiadores. Los diferentes refrigerantes
tienen un efecto variado sobre la reducción de ozono. Las capacidades de reducción de
ozono se miden en ODP, siendo 1 el máximo valor para el R11, 0,9 para el R 12, 0,283
para el R 502, 0,055 para el R 22, etc.
en la última reunión en Kioto se estableció eliminar, para los países subdesarrollados,
para el año 2000 la fabricación de los CFC y para el 2020 la de los HFCF, aunque se
prevé que a futuro este último plazo se acorte al 2010.Ratificando esta previsión
Dinamarca, Suecia y Alemania, dejarán de producir R 22 para el año 2003.
Los CFC y los HCFC, están siendo reemplazados por los HFC (Ej: R 134 a, R 404 a, R
407, etc.) y los Hidrocarburos (Ej.: Propano y Amoníaco).
Existen problemas prácticos asociados con el uso de lo hidrofluorocarbonados (HFC),
tales como:
Ö los HFC no son miscibles con los aceites minerales que se usan comúnmente hoy.
Deben usarse, en cambio, los aceites de ésteres de poliol. Estos son más peligrosos de
manejar (el contacto con la piel puede causar problemas) y absorben más fácilmente la
humedad del aire.
Ö la mezcla de aceites de ésteres de poliol y HFC reacciona de una forma diferente,
comparada con la de R-12 o R-22 con aceites minerales, con muchos materiales
selladores. Si estos sellos no se cambian pueden ocurrir fugas.
Ö los aceites de ésteres de poliol son más caros.
Para superar estos problemas deben usarse varias soluciones:
Ö se requiere una norma superior de vaciado, deshidratación y limpieza del sistema
para los aceites de ésteres de poliol y los HFC.
Ö se requieren secadores más grandes, de un tipo diferente a los usados para los
sistemas de R-12.
El service es más difícil para los sistemas de HFC:
Ö los HFC y los aceites de ésteres de poliol no son tolerantes a la humedad y a otras
contaminaciones en los sistemas, así que es más probable que ocurran fallas si los
sistemas no se limpian y deshidratan completamente, antes de la carga.
Ö la mayoría de los HFC, es una mezcla de gases, por lo tanto ante la mas mínima
pérdida, se volatiliza el mas liviano, modificándose la composición del gas remanente,
obligando a cambiar la totalidad de la carga de refrigerante del sistema (recodemos que
el costo de los HFC es aprox. de 10 a 13 veces superior al amoníaco).
VMC REFRIGERACIÓN S.A.
Avda. Roque S. Peña 729 – Rafaela (Santa Fe)
Tel. +54 (3492) – 432277 / 431951
- 4/7 –
"EL amoníaco como refrigerante un método demostrado"
(Extracto de la revista Danfoss 4/1992 – Abril ´92)
El segundo impacto ambiental de un gas sobre el medio ambiente es su contribución al
calentamiento del planeta. El potencial de calentamiento del planeta (GWP) está
relacionado con la capacidad de dicho gas para absorber radiaciones infrarrojas. El
GWP es una estimación del calentamiento atmosférico resultante de la liberación de un
unidad de masa de un gas, en relación con el calentamiento que resultaría de la
liberación de la misma cantidad de dióxido de carbono.
Este efecto se produce al formarse una barrera que impide que la radiación y el calor
que la tierra “rebota” de forma natural, salgan de la atmósfera y por el contrario vuelvan
a proyectarse sobra la superficie de la tierra.
El calentamiento del planeta, a diferencia del agotamiento de la capa de ozono, no está
contemplado por el protocolo de Montreal.
Los CFC contribuyen de manera importante al calentamiento del planeta, pero hay
indicios de que este efecto está globalmente compensado por el enfriamiento que resulta
de la destrucción del ozono por los CFC en la parte inferior de la estratósfera.
Los clorofluorocarbonados totalmente halogenados (CFC), contienen cloro, flúor y
carbono y poseen un alto ODP. Los compuestos parecidos que no están totalmente
halogenados y que contienen hidrógeno además de cloro, flúor y carbono, se denominan
hidroclorofluorocarbonados o HCFC (Ej.:R-22). La presencia del hidrógeno en los
HCFC reduce su permanencia en la atmósfera ( 15 años aprox.) y tiene un efecto
agotador de la capa de ozono menor que el de los CFC. No obstante, los HCFC están
clasificados por el Protocolo de Montreal como sustancias de transición y tienen fechas
fijas de fin de producción.
Los compuestos químicos que contienen flúor, carbono e hidrógeno, pero no cloro ni
bromo, se conocen como hidrofluorocarbonos o HFC (Ej.: R134a, R404a, R407), se
desarrollaron actualmente como sustitutos de lo CFC y los HCFC, no perjudican la capa
de ozono, pero hay indicios ciertos de contribuirían al calentamiento del planeta (efecto
invernadero).
Por todo lo mencionado anteriormente los países más avanzados del mundo, están
marcando una tendencia utilizando el propano para refrigeración hogareña y comercial
y al amoníaco (en sistemas directos o con fluidos intermediarios) en refrigeración
industrial, aunque existen pruebas pilotos para universalizar el uso de los mencionados
refrigerantes.
EL AMONIACO Y EL MEDIO AMBIENTE
El amoníaco es considerado para el futuro como uno de los sustitutos más eficaces a los
fluidos reglamentados por el protocolo del Montreal.
De todos los sustitutos actualmente disponibles, el amoníaco es el único refrigerante que
no afecta la capa de ozono (ODP=0) y no provoca efecto invernadero, siendo un
compuesto a base de átomos de hidrógenos y la molécula no tiene presencia de átomos
de cloro o de bromo.
En caso de ser vertido en estado líquido se evapora en forma prácticamente instantánea,
ya que su temperatura de ebullición a la presión atmosférica es a -34ºC y es así que no
hay riesgo de contaminación de aguas subterráneas o de superficie.
Es así que hoy queda establecido que los constructores son capaces de producir
compresores a amoníaco de pequeña potencia y que equipamientos de
acondicionamiento de aire a amoníaco pueden ser instalados en lugar de aquellos que
VMC REFRIGERACIÓN S.A.
Avda. Roque S. Peña 729 – Rafaela (Santa Fe)
Tel. +54 (3492) – 432277 / 431951
- 5/7 –
"EL amoníaco como refrigerante un método demostrado"
(Extracto de la revista Danfoss 4/1992 – Abril ´92)
funcionan con refrigerantes fluorados teniendo en cuenta que en la concepción de las
máquinas para amoníaco no debe haber cobre ni sus aleaciones.
Asimismo se deberá considerar de tener una separación entre los locales a acondicionar
y la sala de máquina, y utilizar un circuito intermediario mediante un fluido
caloportador.
EL AMONIACO EXCELENTE FLUIDO FRIGORÍFICO
Como fluido frigorífico el amoníaco presenta numerosas ventajas siendo las más
importante las siguientes:
a) Posee buenas propiedad termodinámicas, de transferencia de calor y de masa, en
particular dentro de las condiciones definidas de servicios y el coeficiente de
performance de máquinas es uno de los mejores.
b) Es químicamente neutro para los elementos de los circuitos frigoríficos, salvo para el
cobre y sus aleaciones que son materiales ampliamente usados en las instalaciones con
fluidos halogenados. Es por eso que no se debe cargar amoníaco en los circuitos con
refrigerantes halogenados.
c) El amoníaco no se mezcla con el aceite de lubricación.
d) No es sensible a la presencia de aire húmedo o del agua.
e) Es fácilmente detectable en caso de fuga así sea muy leve, de esta forma es muy
difícil tener una falla del circuito por vaciado progresivo de la instalación.
El amoníaco es el fluido frigorífico de menor costo en su valor de compra.
f) Las máquinas frigoríficas a amoníaco son de un precio muy competitivo en inversión
inicial y costo de funcionamiento (buen aprovechamiento de la energía).
EL AMONIACO Y EL HOMBRE
El amoníaco es utilizado en circuitos frigoríficos desde hace ya más de un siglo en
máquinas a compresión mecánica de medianas y gran potencia (se estima que en el
mundo hay alrededor de 300.000 instalaciones a compresión de amoníaco), y en
máquinas frigoríficas a absorción de pequeñas potencias (refrigeradores domésticos) y a
gran potencia (en especial para recuperación de calor industrial).
El amoníaco que es una sustancia natural, es producido en gran cantidad por sociedades
químicas (producción mundial 120.000.000 de ton. en 1984), para diversos usos y en 1º
lugar para abono en usos agrícolas.1) Se quema cuando la condensación en el aire está entre el 16 y el 25%. El punto de
autoinflación es cuando la mezcla tiene una temperatura de 651º C.
Estos dos valores muestran que el riesgo de inflamación es muy limitado.
2) La dilución del NH3 en el agua y las soluciones acuosas son frecuentes exotérmicas
(riesgos de quemarse en los ojos en medio contaminado por el NH3).
VMC REFRIGERACIÓN S.A.
Avda. Roque S. Peña 729 – Rafaela (Santa Fe)
Tel. +54 (3492) – 432277 / 431951
- 6/7 –
"EL amoníaco como refrigerante un método demostrado"
(Extracto de la revista Danfoss 4/1992 – Abril ´92)
3) Tiene un efecto sofocante. Se estima que el valor límite de exposición para el
hombre es de 25 p.p.m. El olor característico crea una reacción de pánico a baja
concentración en el aire. En altas concentraciones provoca dificultades respiratorias
llegando al ahogo. La dosis mortal es de 30.000 p.p.m. El NH3 no tiene acción tóxica
recurrente en caso de inhalación por el hombre o los animales.
Los peligros que presenta el amoníaco que lo llevaron a clasificarlo como sustancia
peligrosa, son hoy muy bien conocidos por los profesionales que han publicado las
medidas a adoptar en caso de fugas accidentales.
De todas maneras es de hacer notar que el NH3 que circula dentro de una instalación
frigorífica que producirá una fuga de refrigerante al ambiente y el fuerte olor acusa
inmediatamente el punto de fuga, ya que con concentraciones de 5 p.p.m. ya se detecta
mediante el olfato.
Es así que hay un mundo millares de depósitos de gran volumen para el
almacenamiento de productos perecederos que funcionan con NH3.
CONCLUSIONES:
El interés tecnológico y económico del NH3 es grande en su utilización como
refrigerante y está ampliamente confirmado en la práctica cotidiana mediante millones
de usuarios de grandes y medianas instalaciones.
Como contra es imposible de reemplazar por NH3 el fluido de un circuito cargado con
R22 en razón de los materiales utilizados en la construcción de estos equipos (cobre y
sus aleaciones).
En caso de utilizarse NH3 para instalaciones de aire acondicionado, por razones de
seguridad, deberá usarse un fluido caloportador intermediario.
El desarrollo industrial de nuevos compresores aptos para asegurar pequeñas y
medianas potencias frigoríficas con buenos rendimientos energéticos y bajos costos, así
como la puesta a punto de equipamientos competitivos y económicos concebidos para
ciertas aplicaciones que hasta el presente estuvieron reservados a los equipamiento con
fluidos halogenados demandaron de algunas mesas a varios años según la naturaleza y
las condiciones del servicio a asegurar.
Es así que el Instituto Internacional del frío recomienda vivamente que las autoridades
de los Países inciten a los laboratorios públicos y a las sociedades industriales a
desarrollar nuevas máquinas aptas para funcionar con amoníaco de manera de ampliar el
campo de utilización del amoníaco en condiciones de seguridad y rendimientos
óptimos.
Ampliando las consideraciones vertidas, podemos acotar que firmas líderes mundiales
tales como Dupont cambian el sistema a NH3.
Por su parte Nestle Suiza ha creado una División ecológica la cual determinó
reemplazar los freones por NH3 en todo el mundo.
En EEUU el 81% de los almacenes frigorígenos utilizan amoníaco. En Alemania
alrededor del 65% de todos los equipos que se produjeron en el año 1987 contenían
amoníaco, aumentándose paulatinamente ésta cifra en los últimos años.
VMC REFRIGERACIÓN S.A.
Avda. Roque S. Peña 729 – Rafaela (Santa Fe)
Tel. +54 (3492) – 432277 / 431951
- 7/7 –