Refrigerantes - Historia, Prohibiciones, Tipos Naturales y Sintéticos.

Historia de los Refrigerantes.

Los refrigerantes han estado en constante evolución desde sus primeros usos en los equipos de refrigeración. Las modificaciones en los equipos, la demanda de soluciones más eficientes y, en los últimos años, los aspectos ambientales y de seguridad han impulsado el desarrollo y la adopción de nuevas alternativas. En las primeras etapas, se utilizaron fluidos inflamables y tóxicos, pero sus riesgos limitaron su uso masivo. A principios del siglo XX, comenzaron a emplearse refrigerantes químicos no inflamables y de baja toxicidad, marcando el inicio de la era de los CFCs (clorofluorocarbonos) y HCFCs (hidroclorofluorocarbonos).
Sin embargo, en la década de 1980 se identificó el impacto negativo de estas sustancias químicas sobre la capa de ozono, lo cual llevó a su regulación a través del Protocolo de Montreal. Uno de los principales compuestos responsables, el cloro, presente en los CFCs y HCFCs, fue la causa de su eliminación progresiva. Las compañías químicas propusieron los HFCs (hidrofluorocarbonos) como sustitutos. Aunque estos no dañan la capa de ozono, presentan un alto potencial de calentamiento global (GWP) y contribuyen a los gases de efecto invernadero, influyendo así en el cambio climático.

Enmienda de Kigali

Esta problemática fue abordada más recientemente en 2016, mediante la Enmienda de Kigali que establece la reducción gradual del uso de HFCs en un 80–85% para el año 2050. Las regulaciones vigentes y los esfuerzos por proteger el medio ambiente han impulsado el interés en refrigerantes con bajo potencial de calentamiento global (GWP) y cero potencial de agotamiento de ozono (ODP). Entre los refrigerantes ecológicos, se ha incrementado notablemente el uso de hidrocarburos (HC) y dióxido de carbono (CO₂). Ambos tienen una larga trayectoria, ya que fueron empleados en los primeros días de la refrigeración. Hoy en día, su inflamabilidad está ampliamente controlada por normativas de seguridad, y cuando se manejan adecuadamente dentro de un sistema cerrado, los hidrocarburos han demostrado ser una alternativa segura y eficiente frente a generaciones anteriores de refrigerantes.

Refrigerantes – Naturales, Semi-naturales, Sintéticos y Mezclas.

Un refrigerante es un fluido que transfiere calor dentro de un sistema de refrigeración y permite enfriar su contenido. Según su composición química, los refrigerantes se clasifican en los siguientes grupos:

• CFC – clorofluorocarbonos (ej. R12)
• HCFC – hidroclorofluorocarbonos (ej. R22)
• HFC – hidrofluorocarbonos (ej. R134a, R404A)
• HFO – hidrofluoroolefinas (ej. R1234yf)
• HC – hidrocarburos (ej. R290, R600a)

Las diferentes composiciones químicas tienen distintos impactos en el medio ambiente. Se ha identificado que ciertas sustancias químicas, presentes no solo en los refrigerantes, son perjudiciales para el medio ambiente porque descomponen la capa de ozono estratosférico y generan efecto invernadero. Dos propiedades, el Potencial de Agotamiento del Ozono (ODP, por sus siglas en inglés) y el Potencial de Calentamiento Global (GWP), son las principales categorías medibles para monitorear los cambios en la atmósfera y la calidad del aire.

El GWP es una medida de la capacidad de un refrigerante para atrapar calor en la atmósfera durante un período determinado en comparación con el dióxido de carbono. Un valor alto de GWP contribuye en mayor medida al calentamiento global.

El ODP mide la capacidad de un refrigerante para destruir moléculas de ozono en la atmósfera superior. Cuanto menor es el valor del ODP, menos perjudicial es el refrigerante para la capa de ozono.

Han entrado en vigor varias regulaciones para eliminar el uso de sustancias peligrosas para el medio ambiente y reducir el consumo total de energía eléctrica.

El Protocolo de Montreal, vigente desde 1987, es un acuerdo ambiental global que regula la producción y consumo de sustancias químicas responsables del agotamiento de la capa de ozono. Uno de estos compuestos, el cloro, presente en los grupos de refrigerantes CFC y HCFC, motivó su eliminación progresiva.

Los refrigerantes hidrofluorocarbonados, desarrollados para reemplazar las sustancias que agotan la capa de ozono (CFC y HCFC), tienen un valor de ODP de cero o cercano a cero. Aunque los HFC no dañan la capa de ozono, tienen un alto potencial de calentamiento global ya que contribuyen a los gases de efecto invernadero que influyen en el cambio climático. Este hecho fue descubierto después de la adopción del Protocolo de Montreal y fue recientemente abordado mediante la Enmienda de Kigali, en vigor desde enero de 2019. Los países que ratificaron la Enmienda de Kigali acordaron reducir gradualmente los gases fluorados de efecto invernadero (HFC).

Con la prohibición de los CFC, HCFC y HFC, quedaron tres opciones posibles en el sector de la refrigeración: mezclas HFC-HFO, HFOs y refrigerantes naturales como los hidrocarburos (HC).

Hidrocarburos

Compuestos inodoros de hidrógeno y carbono que se encuentran naturalmente en el medio ambiente. En comparación con los refrigerantes sintéticos, son respetuosos con el medio ambiente, inofensivos, con ODP cero y un GWP muy bajo. Los HCs operan a temperaturas casi iguales a las de los HFCs y con una carga menor. Sus buenas propiedades termodinámicas y físicas los convierten en una solución energéticamente eficiente. La desventaja es su inflamabilidad y la necesidad de mayores medidas de seguridad (clase de seguridad A3).

Secop ha sido pionero en el uso de hidrocarburos como refrigerante y considera que las sustancias más eficientes y ecológicas para usarse en aparatos de refrigeración son el isobutano (R600a) y el propano (R290).

Debido a limitaciones en la capacidad de enfriamiento, se recomienda el uso de R600a en aplicaciones pequeñas como refrigeradores y congeladores domésticos, minibares y enfriadores de vino. También es aplicable para aplicaciones móviles de refrigeración, incluidos refrigeradores y congeladores en las industrias automotriz y marítima, cajas portátiles de enfriamiento y productos con alimentación solar y/o por batería.

El refrigerante R290, por su eficiencia, es una buena opción para aparatos comerciales ligeros en los sectores de servicios alimentarios y venta minorista de alimentos, enfriadores, congeladores, vitrinas, equipos de supermercado, así como en el creciente segmento médico.

R600a y R290, gracias a su eficiencia y dependiendo del diseño del sistema, requieren entre 40 y 50 % menos cantidad de refrigerante en comparación con otros refrigerantes. Debido a sus propiedades inflamables y explosivas, el volumen del refrigerante está limitado por normas y puede variar según la región. Con las precauciones adecuadas, no hay razón para preocuparse. Una inversión mínima en componentes y cambios de diseño los hace aptos para usarse en sistemas de refrigeración convencionales diseñados originalmente para HFCs.

Hidrofluoroolefinas

Las HFO, al igual que los HFCs, están compuestas químicamente por hidrógeno, flúor y carbono, pero con un GWP relativamente bajo y un impacto nulo en la capa de ozono, por lo que son más amigables con el medio ambiente. Las HFO no atrapan calor en la atmósfera y no contribuyen al calentamiento global. Sin embargo, están clasificadas como ligeramente inflamables, tienen una clase de seguridad A2L y están asociadas a preocupaciones ambientales y de salud humana. Un representante típico es el R1234yf, que ya ha sido aprobado por Secop para su uso en sistemas de aire acondicionado de automóviles, minibares y refrigeradores para camiones.

Mezclas HFC/HFO

Son combinaciones de refrigerantes HFC y HFO que ofrecen un rendimiento similar al de los HFCs pero con un menor impacto ambiental. Muchas de estas mezclas tienen un deslizamiento de temperatura moderado y fueron desarrolladas para reemplazar refrigerantes HFC. Se realizaron pruebas de verificación de refrigerantes alternativos en compresores Secop existentes. El R452A, R449A y R448A fueron aprobados como reemplazos del R404A/R507, y el R513A como reemplazo del R134a en ciertos modelos. Se observaron un menor rendimiento de enfriamiento, mayor consumo de energía, mayores presiones y temperaturas de operación, así como limitaciones en el funcionamiento. Con una optimización adecuada del sistema, pueden operar de manera confiable durante años. No se recomienda el uso en condiciones de baja presión de evaporación (LBP) con R448A y R449A debido a las temperaturas internas muy altas bajo condiciones de carga normal. Las mezclas mencionadas están asignadas a diferentes grupos de seguridad: R513A, R452A, R449A y R448A están clasificadas como A1 (no inflamables), mientras que R454C y R455A están clasificadas como A2L (ligeramente inflamables).