Refrigerantes

Introducción

La utilización de los procesos químicos
mediante mezclas refrigerantes se puede considerar como una etapa
intermedia entre el frio natural y el frio artificial; y desde la
antigüedad se conocía que añadir ciertas sales
como por ejemplo el nitrato sódico, el agua, se
conseguirá disminuir la temperatura. Este procedimiento
era muy utilizado en el siglo IV.

Un refrigerante es cualquier cuerpo o substancia que
actué como agente de enfriamiento, absorbiendo calor de
otro cuerpo o substancia. Desde el punto de vista de la
refrigeración mecánica por evaporación de un
líquido y la compresión de vapor, se puede definir
al refrigerante como el medio para transportar calor desde donde
lo absorbe por ebullición, a baja temperatura y
presión, hasta donde lo rechaza al condensarse a alta
temperatura y presión.

Los refrigerantes son los fluidos vitales en cualquier
sistema de refrigeración. Existe un número muy
grande de fluidos refrigerantes, fácilmente
licuables.

Los refrigerantes se identifican por números
después de la letra R, que significa refrigerante. El
sistema de identificación ha sido estandarizado por la
ASHRAE (American Society of Heating and Air Conditioning
engineers)

Antecedentes de
los refrigerantes

La práctica de la refrigeración, 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. Los chinos, y después los romanos,
los usaban para enfriar sus bebidas. En algunos lugares donde
sólo tienen hielo en el invierno, lo almacenaban en fosos
para usarlo en el verano. 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 hasta 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 hrs.

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.

Durante la primera parte del siglo XIX, se desarrollaron
máquinas para la compresión de vapor y se probaron
muchos fluidos como refrigerantes, entre los que sobresalieron el
amoníaco, bióxido de carbono, bióxido de
azufre, cloruro de metilo y en cierta medida, algunos
hidrocarburos.

A finales del siglo, la refrigeración
mecánica estaba firmemente establecida.

Por muchos años (desde 1876), al amoníaco
se le han encontrado excelentes propiedades como refrigerante, y
desde entonces, ha sido el refrigerante más utilizado
comúnmente.

A principios del siglo XX, se desarrollaron las unidades
domésticas y los refrigerantes en uso en ese tiempo,
padecían de una o más propiedades riesgosas.
Algunos eran tóxicos, otros inflamables, y otros
más operaban a muy altas presiones. 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 manos a la obra 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 en poco tiempo, lograron sintetizar el
diclorodifluorometano

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 De allí siguieron el Freón 11,
el Freón 21, el Freón 114, y el Freón 22,
cada uno con sus características especiales.

Con el tiempo, se fueron desarrollando otros compuestos
halogenados y creció la familia de los freones.
Además de refrigerantes, se les encontraron otras
aplicaciones, tales como propelentes, solventes, extinguidores de
fuego, agentes espumantes y otros. Algunos años más
tarde, otras compañías comenzaron a fabricar los
compuestos halogenados con otros nombres comerciales.

Métodos de
conservación, almacenamiento y preservación de
alimentos

Una de las aplicaciones que comúnmente se le da a
la refrigeración tanto en la vida cotidiana, comercial e
industrial es en la conservación, preservación y
almacenamiento de alimentos debido a que es el mejor
procedimiento para la conservación de alimentos y bebidas
esto además de un buen envasado que protege a su vez de la
luz del oxigeno y de otros factores externos perjudiciales como
golpes, humedad etc.

Dos son los tipos de instalaciones utilizadas en las
industrias alimentarias:

– Instalaciones de frio por compresión de gases,
llamado también frio mecánico, que están en
proceso de reconversión por la sustitución de los
gases tradicionales por otros no perjudiciales para la capa de
ozono.

– Instalaciones de frio mediante gases N2, CO2 que no
son perjudiciales para la capa de ozono.

Según la intensidad del frio utilizada podemos
distinguir varios tipos de conservación
frigorífica:

• Refrigeración de alimentos y bebidas mediante
  la utilización de temperaturas ligeramente superiores
  a los 0°C que inhiben durante unos días o semanas
  el crecimiento de los microorganismos.

• Congelación de los alimentos y bebidas a
  temperaturas inferiores a los 0°C del orden de
  -15°C/-25°C que inhiben durante semanas e incluso
  meses el desarrollo de los microorganismos.

• Ultra congelación rápida de los
  alimentos y bebidas a bajas temperaturas -18°C/-35°C
  con lo que solo se inhibe el desarrollo de los
  microorganismos sino que se conserva mucho mejor la
  estructura original del producto.

Las causas de la
descomposición de los alimentos

Durante el almacenaje se producen modificaciones de los
alimentos que disminuyen su valor y conducen finalmente a su
descomposición, estos procesos son los
siguientes:

• Procesos Físicos

La evaporación del agua tiene como consecuencia
no solo una pérdida de peso sino que también
produce la desecación y contracción de la
superficie junto con coloraciones que perjudican el aspecto,
además de que muchas veces se altera el aroma.

• Procesos Químicos y
  Bioquímicos

En la conservación de alimentos animales y
vegetales se producen complicados procesos químicos con
intervención de fermentos (enzimas). El almacenaje
prolongado inicia en las carnes y pescados la lenta
descomposición de los albuminoides proceso que se denomina
autolisis y que lleva finalmente a la descomposición.
Debido a la influencia del aire se producen oxidaciones de los
alimentos que contienen grasas, lo que da lugar a las
coloraciones y aparición del sabor rancio.

• Acción de Microorganismos

Otra Causa de la descomposición de los alimentos
es por la acción microbiana como bacterias, hongos,
incluidas las levaduras.

Enzimas

Las enzimas completamente se destruyen con temperaturas
altas las que alteran la composición del material
orgánico en el cual existen. Debido a que las enzimas son
eliminadas a temperaturas mayores a 160 grados F, la
cocción de sustancias alimenticias destruye por completo
el contenido de enzimas en las mismas. Por otra parte, las
enzimas son muy resistentes a temperaturas bajas y su actividad
puede continuar lentamente aun a temperaturas menores a 0 grados
F. Sin embargo, es bien conocido el hecho de que la velocidad de
la reacción química disminuye cuando baja la
temperatura. Por lo tanto, aunque las enzimas no sean destruidas,
su actividad se reduce en grande a temperaturas bajas y en
particular a temperaturas inferiores al punto de
congelación del agua.

La acción enzimática es muy fuerte en la
presencia en la presencia de oxígeno libre

Las enzimas son catabólicas así como
también anabólicas. O sea, que éstas
actúan para consumir las células muertas así
como también para mantener las células vivas de los
tejidos. De hecho, las enzimas son los agentes principalmente
responsables del deterioro y descomposición de todos los
materiales orgánicos, como por ejemplo la
putrefacción de la carne y el pescado y de la
pudrición de frutas y vegetales.

Refrigeración
mecánica

Se entiende por "refrigeración a todo proceso por
el cual se puede obtener y mantener dentro de un recinto,
teóricamente aislado, a una temperatura inferior a la del
medio ambiente circundante.

La obtención y mantenimiento de una baja
temperatura implica la absorción o extracción de
calor ya sea de un recinto, fluido o producto
enfriado.

La función de un equipo frigorífico es
producir una "transferencia de calor" desde un lugar de baja
temperatura (recinto aislado) a un lugar de mayor temperatura
(medio ambiente).

Hay varios sistemas para poder refrigerar, uno es el
sistema por compresión: Consiste fundamentalmente en el
empleo de refrigerantes que al ser sometidos a un descenso de
presión su punto de ebullición disminuye
ostensiblemente. En el evaporador, el refrigerante ebulle
absorbiendo calor del medio provocando un descenso en la
temperatura de la cámara. Luego, el vapor de refrigerante
que es comprimido y enfriado a presiones elevadas mediante agua o
aire se licúa en el condensador.

Consta de 4 componentes principales:

• Evaporador

• Compresor

• Condensador

• Dispositivo de expansión

Evaporador: Intercambiador de calor ubicado
dentro del recinto que se desea enfriar al cual el refrigerante
entra en estado líquido o mayoritariamente líquido
a baja presión y por consiguiente a una baja temperatura
de ebullición. Al entrar en contacto con las paredes del
evaporador, comienza su evaporación con la consiguiente
absorción de calor.

Compresor: Succiona los vapores del
refrigerante desde el evaporador y los comprime. En este elemento
es donde debemos entregar la fuerza motriz necesaria para el
funcionamiento del sistema, es decir, aquí se realiza el
gasto de energía.

Condensador: Es el segundo intercambiador de
calor, tiene por finalidad condensar los vapores refrigerantes a
alta presión provenientes del compresor. La
condensación de estos vapores significa convertirlos en
líquidos y para ello debemos enfriarlos. El calor
extraído al refrigerante es entregado al medio ambiente. A
la salida del condensador nos encontramos con líquido
refrigerante a alta presión.

Dispositivo de expansión: Tiene como
finalidad reducir la presión del líquido
refrigerante proveniente del condensador y entregarlo como
líquido a baja presión al evaporador. Esta
reducción de presión es fundamental para poder
lograr la evaporación del refrigerante en el
evaporador.

Propiedades
físicas y químicas

Para que un líquido pueda ser utilizado como
refrigerante, debe reunir ciertas propiedades, tanto
termodinámicas como físicas. El refrigerante ideal,
sería aquél que fuera capaz de descargar en el
condensador todo el calor que absorba del evaporador, la
línea de succión y el compresor

Las propiedades físicas y químicas que
debería tener un refrigerante son:

• No debe ser tóxico ni
  venenoso.

• No debe ser explosivo ni
  inflamable.

• No debe tener efecto sobre otros
  materiales.

• Fácil de detectar cuando se
  fuga.

• Debe ser miscible con el aceite.

• No debe reaccionar con la
  humedad.

• Debe ser un compuesto estable.

Fácilmente se comprende que ninguno de los
refrigerantes conocidos reúne todas estas cualidades; es
decir, no existe un refrigerante ideal, por lo que, en base a un
balance de ventajas, deberá seleccionarse el que
reúna el mayor número de estas
características de acuerdo al diseño
requerido.

Clases de
refrigerantes

Existen muchos tipos de refrigerantes, algunos de los
cuales se usan comúnmente. En las primeras instalaciones
de refrigeración se empleaban, por lo general, el
amoniaco, bióxido de azufre, propano, etano y cloruro de
etilo, los cuales aún se usan en varias aplicaciones. Sin
embargo, debido a que estas sustancias son tóxicas,
peligrosas o tienen características no deseadas, han sido
reemplazadas por otras creadas especialmente para usarse en
refrigeración.

Los clorofluorocarbonos CFC"S

Como su nombre lo indica, los clorofluorocarbonos
(CFC"s) consisten en cloro, flúor y carbono. Como no
contienen hidrógeno, los refrigerantes CFC son
químicamente muy estables, inclusive cuando son liberados
a la atmósfera. Pero debido a que contienen cloro en su
composición, están dañando la capa de ozono.
Permanecen en la atmósfera de 60 a 1700
años.

Los hidroclorofluorocarbonos
HCFC"s

Los hidroclorofluorocarbonos (HCFC"s) son la segunda
categoría de refrigerantes que están vigentes
actualmente. Aunque contienen cloro, que daña la capa de
ozono, los refrigerantes HCFC's también contienen
hidrógeno, que los hace químicamente menos estables
una vez que suben a la atmósfera.

Mezclas zeotrópicas

Están formadas por dos o más sustancias
simples o puras, que al mezclarse en las cantidades
preestablecidas generan una nueva sustancia, la cual tiene
temperaturas de ebullición y condensación
variables.

Mezcla azeotrópicas

Se identifica por un número de tres cifras que
comienza con el 5.

Está formada por dos o más sustancias
simples o puras que tienen un punto de ebullición
constante y se comportan como una sustancia pura, logrando
mejores características de desempeño.

Los Hidrofluorocarbonos
(HFC"s)

Son sustancias que contienen hidrógeno,
flúor y carbono. No contienen cloro y por consiguiente no
dañan la capa de ozono,

Transporte y
almacenamiento de refrigerantes

El almacenamiento de refrigerantes sigue algunas normas.
Los contenedores utilizados para el manejo de refrigerantes ya
sea a granel, en tambores, latas o cilindros retornables o
desechables, se codifican con algún color. En años
recientes, con el surgimiento de una gran cantidad de nuevos
refrigerantes para reemplazar a los CFC's y algunos HCFC's, la
codificación de colores no se hace arbitrariamente. La
mayoría de los fabricantes se apegan a los lineamientos
establecidos por el ARI (Air Conditioning and Refrigeration
Institute), para la asignación de colores a los
contenedores de refrigerantes.

Esta codificación, permite a los técnicos
y contratistas identificar rápida y fácilmente el
refrigerante, por el color del contenedor, evitando mezclar
accidentalmente diferentes refrigerantes en un
sistema.

Otras consideraciones que deben tomarse para almacenar
refrigerantes son que los cilindros deberán almacenarse en
el exterior y nunca en establecimientos residenciales.
Según lo disponga la autoridad que tenga
jurisdicción, los cilindros pueden conservarse en
establecimientos comerciales o industriales de acuerdo con las
siguientes pautas de almacenamiento:

?? Las cantidades que se almacenen deberán
colocarse en áreas o cajas especiales y
específicas.

?? El acceso a las zonas de almacenamiento deberá
estar restringido "únicamente para personal autorizado".
Estos lugares deberán señalizarse con avisos que
prohíban fumar y la utilización de fuentes
potenciales de ignición.

?? Los cilindros que contengan refrigerantes
deberán almacenarse al nivel del suelo, nunca en
sótanos. Los cilindros deberán almacenarse en
posición vertical y deberán contar con un
fácil acceso.

Aplicaciones de
los refrigerantes

Las aplicaciones de la refrigeración son entre
muchas:

• La Climatización, para alcanzar un grado
  de confort térmico adecuado para la habitabilidad de
  un edificio.

• La Conservación de alimentos,
  medicamentos u otros productos que se degraden con el
  calor.

• Los Procesos industriales que requieren reducir
  la temperatura de maquinarias o materiales para su correcto
  desarrollo.

Normatividad

Todas las normas nacionales e internacionales en vigor
están sujetas a revisión. Cualquier referencia de
una de ellas se considerará la última
edición de la misma. Se insista a las Partes de acuerdos
sujetos a dichas normas que tomen las medidas adecuadas para
utilizar las versiones más actuales.

ANSI/ARI 700 Especificación de refrigerantes a
base de fluorocarbono

ANSI/ASHRAE B16.5 Collarines de tuberías y sus
accesorios

ANSI/ASHRAE 34 Designación numérica y
clasificación de refrigerantes según su
seguridad.

ANSI/ASME B31.5 Tuberías de
refrigeración

ANSI/ASME B36.10M Tuberías de acero soldadas y de
forjado sin costura

ANSI/UL 1963 Equipos de recuperación y reciclaje
de refrigerantes.

ARI Standard 700 Norma de especificación para
refrigerantes a base de fluorocarbono

ARI Standard 740 Norma para equipos de
recuperación y reciclaje en
refrigeración

ARI Standard 793 Especificación para
fluorocarbonos y otros refrigerantes

AS 1571 Tuberías de cobre forjado sin costuras
para la refrigeración y la climatización

Contaminación e impacto
ambiental

La destrucción de la capa de ozono ha sido uno de
los problemas ambientales más graves en los últimos
años.

La problemática ambiental desatada por la
destrucción de la capa de ozono ha llevado a que
países, motivados por este fin, tomen medidas a
través de convenios internacionales que permitan reducir
el impacto causado por los

Compuestos contaminantes involucrando tanto a
países desarrollados como a países en
desarrollo.

El convenio de Viena, el protocolo de Montreal y el
protocolo de Kyoto, han sido instrumentos determinantes para
canalizar el compromiso y la participación de los
países desarrollados y en vía de
desarrollo.

Convenio de Viena

El Convenio de Viena, aprobado en marzo de 1985,
representó el primer paso mundial para la
protección de la capa de ozono, puesto que busca unificar
el trabajo de varios países en la búsqueda de
alternativas a través de la
investigación.

A mayo de 2006, 190 países han firmado y
ratificado el Convenio de Viena.

Protocolo de Montreal

Mediante el protocolo de Montreal, aprobado en
septiembre de 1987 y actualizado mediante enmiendas de Londres
(1990), Copenhague (1992), Viena (1995), Montreal (1997), Beijing
(1999), se establecieron las fechas de control de las sustancias
agotadoras de la capa de ozono, restricciones de
importación y exportación de las mismas y
adopción de un mecanismo de
financiación.

México en 1987.

Sustancias agotadoras de la capa de ozono y sus
sustitutos

Entre los principales compuestos agotadores de la capa
de ozono se encuentran los siguientes:

• Los CFC (clorofluorocarbonos), los cuales
han sido altamente utilizados en el contexto mundial para
refrigeración, acondicionamiento de aire y

Espumación, como solventes, esterilizantes y
propulsores en aerosol.

 En promedio un átomo de cloro es capaz de
destruir hasta 100.000 moléculas de
ozono. 

• Los Halones también producen un
efecto aún más crítico que los CFC ya que el
bromo puede reaccionar con el ozono entre diez y cien veces
más que el cloro.

Otras sustancias, como el bromuro de metilo, se utilizan
con gran frecuencia y representa una amenaza para la capa de
ozono.

Sustitutos

Los hidroclorofluorocarbonos (HCFC), los
hidrofluorocarbonos (HFC), los hidrocarburos (HC) y algunos
refrigerantes naturales como el amoniaco y el dióxido de
carbono (CO2).

Otras opciones de sustitución son el
amoníaco y las sustancias orgánicas, cuyas
emisiones directas tienen efecto muy reducido en el clima, aunque
sus emisiones indirectas pueden afectar el sistema.

Usos

• Refrigeración domestica.

• Refrigeración comercial.

• Transporte refrigerado.

• Aires acondicionados.

• Aire acondicionado móvil.

• Aerosoles.

• Espumas.

Propuesta para
disminuir el uso de refrigerantes

EL hombre, con su actividad productiva ha desarrollado
productos que pueden generar sustancias que cuando llegan a la
estratósfera deterioran la capa de ozono, lo que implica
profundos desgastes y deterioro para la vida de los seres
vivos.

Nosotros concluimos que el mayor impacto de los
refrigerantes en el medio ambiente se debe al uso de
refrigerantes CFC"s HCFC"s y Halones.

Nuestra primer propuesta es disminuir el uso de estos
compuestos, principalmente los CFC"s dado que son los que causan
el mayor impacto a la capa de ozono. La reducción en el
uso de estos refrigerantes no es fácil y no se puede hacer
a corto plazo, porque habría que cambiar los sistemas
actuales de refrigeración en la mayor parte de las
industrias, y este cambio representaría un gasto
importante. Esto solo se puede lograr gradualmente, a corto plazo
significa hacer una disminución de consumo mediante la
reducción de fugas de refrigerante de los sistemas
existentes.

Los tres tipos de causas para las pérdidas de
refrigerantes son:

Fugas propias

Fugas accidentales

Emisiones provocadas por procedimientos incorrectos al
transferir el refrigerante ya sea para vaciar o rellenar el
sistema.

Con la intención de reducir el uso de CFC"s se
han usado como sustitutos los HCFC`s que tienen un efecto menos
destructivo que los primeros, sin embargo 1 ton de HCFC"s tiene
el mismo efecto que 300 ton de CO2. Otros refrigerantes son los
Halones, que son de menos usados, pero su efecto en la
destrucción del ozono es hasta 10 veces más fuerte
que el de los CFC"s.

Es por eso que es necesario dejar de usar este tipo de
refrigerantes, y consecuentemente usar sustitutos de estos que
sean más amigables con el medio ambiente. Los sustitutos
que podrían usarse son el CO2, NH3, gases inertes como el
N2 y el Argón. Algunas empresas como Coca Cola, Mc
Donalds, Wal-Mart etc., han cambiado el uso de CFC"s por algunos
de los gases antes mencionados.

El cambio de la utilización de los gases
"tradicionales" a estos nuevos, implica un gasto fuerte en la
empresas, es por eso que solo las empresas más grandes han
hecho este cambio; como ya se dijo anteriormente dejar de usar
los refrigerantes no es una tarea que se pueda realizar a corto
plazo, creemos que una opción es reciclar los
refrigerantes, de esta manera ya no se escaparan hacia la
atmósfera, esto es una medida que no representa gastos
excesivos en las empresas, y puede realizarse en el tiempo que
poco a poco se da la eliminación del uso de CFC"s
totalmente.

Conclusiones

Concluimos que los tres aspectos importantes de los
refrigerantes son:

Su importancia en la vida del ser humano

Sus efectos ambientales

La búsqueda de sustitutos de los refrigerantes
nocivos por refrigerantes amigables con el medio
ambiente.

1.- Los refrigerantes son vitales en el desarrollo de la
vida del ser humano, ya que nos permiten tener el control sobre
la temperatura en diversos aspectos necesarios, desde el hogar
hasta procesos industriales.

2.- Los refrigerantes a pesar de que son de gran
importancia tanto en el hogar como en la industria no siempre son
recomendables debido a que se ha llegado a la conclusión
que muchos de ellos tienen efectos nocivos en la capa de ozono,
ya que se ha comprobado que las altas emisiones de gases como los
CFC han degradado considerablemente la capa de ozono provocando
como consecuencia inmediata el calentamiento global.

3.- Seria de gran importancia sustituir los
refrigerantes nocivos por otros más amigables con el medio
ambiente, aunque esto represente un gasto adicional o importante
en la industria, pues de no hacerlo, provocaremos daños en
la vida de nuestro planeta y es un problema que a todos nos
compete.

Autor:

Aguiar Villanueva Alejandra De La
Paz

Altamirano Ibarria Sergio
Alejandro

Gonzalez Chavez Fernando

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NAYARIT

CIENCIAS BASICAS E INGENIERIAS

INGENIERIA DE SERVICIOS

ING. ANTONIO BETANCOURT PATRON