Refrigerante

Un refrigerante (o refrigerante ) es un fluido que permite la implementación de un ciclo de refrigeración . Puede ser puro o ser una mezcla de fluidos puros presentes en fase líquida o gaseosa o ambos dependiendo tanto de la temperatura como de la presión de los mismos. El fluido absorbe calor a baja temperatura y baja presión, y luego libera calor a mayor temperatura y presión, generalmente a través de un cambio de estado. Los refrigerantes se utilizan en sistemas de absorción de calor (aire acondicionado, congelador), a diferencia de las bombas de calor que absorben las calorías del exterior y las devuelven al interior de una habitación, una casa,  etc. Estos mismos fluidos se pueden encontrar con la misma facilidad en otras aplicaciones que implementan otros ciclos termodinámicos , como turbinas de vapor , y luego pierden o no, según el contexto, su calificación como refrigerante.

Propiedades

Estrictamente hablando , un refrigerante no implica necesariamente uno o más cambios de fase , siempre que permita la implementación de un ciclo de refrigeración. Por ejemplo, el ciclo Brayton permite, en teoría, como en la práctica, utilizar aire directamente como refrigerante. Sin embargo, estas aplicaciones generalmente se limitan a entornos donde se obtiene aire comprimido como resultado del entorno (avión, trenes, etc.). En la práctica, como en teoría, el oxígeno o el nitrógeno (fluidos habituales en nuestro planeta) no se pueden utilizar como refrigerantes de forma eficaz. Estos fluidos deben cumplir con los siguientes criterios:

• Los fluidos refrigerantes se seleccionan principalmente por su gran propiedad de absorción de calor ( calorías ) para sistemas de producción de frío, y / o su gran propiedad de restitución de calor para sistemas de producción de calor. Los refrigerantes se utilizan puros o mezclados en las industrias de refrigeración y aire acondicionado .
• Las presiones de vapor saturado del fluido a la temperatura de la fuente fría y la fuente caliente deben permanecer dentro de los rangos operativos prácticos, es decir, presiones de evaporación demasiado bajas (bajo presión atmosférica) y demasiado altas de condensación (costo adicional vinculado a la resistencia mecánica).

• Estos fluidos deben cumplir con normas de seguridad más o menos restrictivas en función de la naturaleza de los riesgos que implican, relacionados con el medio ambiente, de peligrosidad para el ser humano (y todos los seres vivos).

• También se eligen en función de las temperaturas de funcionamiento de los dos intercambiadores del circuito de refrigeración en cuestión (el condensador y el evaporador ). De hecho, los fluidos utilizados para obtener bajas temperaturas son distintos de los fluidos de aire acondicionado, por ejemplo.

• Finalmente, sus presiones (que son función de las temperaturas de funcionamiento de los intercambiadores mencionados anteriormente) deben permitir su uso en un circuito frigorífico con un dimensionamiento razonable de los componentes del mismo (intercambiadores, tuberías, compresor,  etc. ). De hecho, no sería rentable utilizar nitrógeno para el aire acondicionado, ya que la presión necesaria es demasiado alta, lo que requeriría tuberías muy gruesas y un compresor gigantesco.

En los sistemas de aire acondicionado, su capacidad para absorber una cierta cantidad de calor por unidad de refrigeración se expresa generalmente en kilovatios , a veces en BTU o incluso TR por tonelada de refrigeración.

Categorías

Distinguimos entre los gases refrigerantes diferentes categorías de moléculas  :

• los clorofluorocarbonos (CFC);
• los hidroclorofluorocarbonos (HCFC);
• los hidrofluorocarbonos (HFC);
• Los perfluorocarbonos (PFC) o perfluorocarbonos;
• los hidrocarburos o compuestos orgánicos que no formen parte de los grupos antes mencionados;
• compuestos inorgánicos como amoniaco  ;
• el CO 2, abandonado durante el descubrimiento de los gases fluorados y sus propiedades, pero utilizado de nuevo hoy;
• R718 (agua);
• R728 (aire).

Refrigerantes utilizados antes de 1929

Los principales gases utilizados antes de 1929 durante el primer período de frío artificial fueron:

• el dióxido de azufre ( S O 2 );
• el clorometano ( C H 3 Cl );
• el dióxido de carbono ( C O 2 );
• el cloroetano ( C 2 H 5 Cl );
• el amoniaco ( N H 3 ).

Todos estos fluidos tenían interesantes propiedades termodinámicas pero todos tenían un inconveniente, por ejemplo un peligro para los humanos por su toxicidad ( S O 2 , C H 3 Cl , C 2 H 5 Cl , N H 3 ) o porque eran combustibles ( C H 3 Cl , C 2 H 5 Cl , N H 3 ) o los tubos y compresores necesarios a muy alta presión ( C O 2 ).

En 1929, un ingeniero estadounidense, Thomas Midgley Jr. , y su equipo produjeron las primeras moléculas de diclorodifluorometano ( C Cl 2 F 2 ) o R12 . El R12 y los refrigerantes de la misma familia tienen la propiedad de ser relativamente inofensivos para el ser humano y de ser interesantes desde el punto de vista termodinámico.

Fueron fabricados industrialmente por la empresa DuPont de Nemours a partir de 1932 ( diclorodifluorometano - R12 y triclorofluorometano - R11 ) bajo el nombre de “freón” . Estos refrigerantes se derivan del petróleo.

Desde el 16 de septiembre de 1987, el Protocolo de Montreal firmado por 24 países y por la Comunidad Económica Europea y que ahora cuenta con 190 países signatarios, es un acuerdo internacional destinado a reducir y, en última instancia, eliminar por completo las sustancias que agotan la capa de ozono . Desde entonces, la CEE ha aprobado leyes en esta dirección.

Este protocolo requiere la eliminación del uso de CFC (excepto para usos calificados como críticos o esenciales), halones, bromuro de metilo y otras sustancias que agotan la capa de ozono (HCFC, tetracloruro de carbono, bromoclorometano, hidrobromofluorocarbono, metilcloroformo), y esto dentro de un plazo que permite la instalación de sustitutos.

El Protocolo de Montreal invita a los interesados ​​a tomar las medidas necesarias para reducir la emisión de refrigerantes a la atmósfera; el se agita :

• dejar de usar estos productos como propulsores (fueron prohibidos en 1978 en los Estados Unidos para este uso);
• mejorar la estanqueidad de los circuitos de refrigeración;
• luchar contra las purgas y vertidos a la atmósfera;
• Recupere sistemáticamente los refrigerantes.

Además, recomienda reducir y luego detener la producción de los gases más dañinos para la capa de ozono y los que tienen un impacto significativo en el efecto invernadero. Se trata de refrigerantes cuyas moléculas son ricas en cloro y tienen una larga vida útil.

Entre estos gases, encontramos:

• clorofluorocarbonos (CFC) *: el cloro contenido en sus fórmulas destruye la capa de ozono. También tienen un impacto en el efecto invernadero .

En caso de fuga, se prohíbe la recarga con este fluido. Por lo tanto, es necesario reemplazar todo el líquido. A veces, dependiendo de la antigüedad del equipo y su obsolescencia, es mejor cambiar el equipo. Los equipos de refrigeración destinados a la destrucción deben limpiarse imperativamente de sus refrigerantes y lubricantes; algunos serán destruidos (CFC) y otros reciclados (aceite). (* R11, R12, R502, R504, etc.)  ;

• hidroclorofluorocarbonos (HCFC) *: el cloro contenido en sus fórmulas destruye la capa de ozono. También tienen un impacto en el efecto invernadero .

Por el momento, la recarga está autorizada. Pero, a partir de 2010, estará prohibido recargar con nuevos fluidos y desde 2015, con fluidos reciclados . (* R22, R123, R124, R142b, R401A, R401B, R402A, R402B, R403B, R408A, R409A, R409B,  etc. )  ;

• HFC *: el cloro está ausente en sus fórmulas. Por tanto, no destruyen la capa de ozono, pero tienen un impacto más o menos significativo sobre el efecto invernadero.

Actualmente, las restricciones sobre esta familia de gases son limitadas. Dentro de la Unión Europea, los HFC estarán prohibidos en el aire acondicionado de los automóviles a partir de 2011 . En caso de inversión o reemplazo de equipos de refrigeración, favorezca aquellos que operan con HFC que contengan menos de 2 kg de líquido. (* R14, R23, R125, R134a, R152a, R227, R404A, R407C, R410A, R413A, R417A, R507, R508B, Isceon 59, Isceon 89, Forane 23, Forane FX 80,  etc. )

Las siguientes conferencias acentuaron la tendencia y acortaron los plazos: en la conferencia de Copenhague , se decidió detener la producción de CFC el 31 de diciembre de 1994 y la de HCFC el31 de diciembre de 2014. Los CFC ahora se eliminan de forma permanente con la excepción de cantidades mínimas y esenciales (uso en medicina, en particular como propulsores en inhaladores de dosis medidas , tipo Ventoline).

Tratamiento de fugas

Recordatorio: una fuga de 1 kg de refrigerante sintético a la atmósfera produce un efecto invernadero equivalente al generado por la emisión de 1.000 a más de 13.000  kg de CO 2.

• 1 kg de R134a liberado a la atmósfera produce un efecto invernadero equivalente al generado por la emisión de 1.300  kg de CO 2.

• 1 kg de R404A liberado a la atmósfera produce un efecto invernadero equivalente al generado por la emisión de 3.943  kg de CO 2.

• 1 kg de R23 liberado a la atmósfera produce un efecto invernadero equivalente al generado por la emisión de 12.400  kg de CO 2.

• 1 kg de R508B liberado a la atmósfera produce un efecto invernadero equivalente al generado por la emisión de 12.300  kg de CO 2.

Ahora es obligatorio comprobar periódicamente las instalaciones de producción de refrigeración para aplicaciones de refrigeración o aire acondicionado.

Cualquier fuga detectada debe ser localizada y registrada, reparada y monitoreada. Todo debe estar documentado para ser presentado a solicitud de la inspección de servicios ambientales. El operador es responsable de la cantidad de refrigerante sintético utilizado en su instalación (climática).

Si la reparación requiere vaciar el equipo, el refrigerante debe recogerse para reciclarlo.

Formación, certificación de usuarios

• En Francia, un decreto de 2007 especificó las condiciones para la comercialización, uso, recuperación y destrucción de sustancias de tipo CFC, HCFC y HFC. El personal debe ser titular de un certificado de capacidad (a solicitar mediante la solicitud de un certificado de capacidad a un organismo autorizado (mediante orden que apruebe a una organización para expedir a los operadores los certificados de capacidad previstos en el artículo R. 543-99 del Código de Medio Ambiente por el Ministerio de la Medio ambiente , antes4 de julio de 2009).
• Un decreto del 13 de abril de 2011 especifica el reglamento.
• En Francia, desde el 5 de julio de 2011, toda persona que manipule refrigerantes debe poseer una certificación denominada "attestation d'aptitude" , obligatoria antes de la31 de diciembre de 2011. Está prevista una formación de calificación. La nueva normativa para refrigerantes (Decreto n o  2007-737).

Nomenclatura

Este modelo de nomenclatura se puede aplicar a cualquier fluorocarbono (FC) de tipo CFC , HCFC , HFC y PFC . La nomenclatura de los gases fluorados sigue el tipo de modelo “XYZ-c0123b4a”, donde cada uno de los números y letras representa:

• XYZ: FC, CFC, HCFC, HFC o PFC;
• c: compuesto cíclico  ;
• 0: número de dobles enlaces (se omite si es cero);
• 1: número de átomos de carbono - 1 (se omite si es cero);
• 2: número de átomos de hidrógeno + 1;
• 3: número de átomos de flúor  ;
• b4: número de átomos de cloro reemplazados por átomos de bromo (se omite si es cero);
• a: letra añadida para identificar isómeros .

En el caso de que la molécula contenga bromo, el gas (siempre CFC) se denomina "  halón  ".

Para determinar la presencia o ausencia de cloro en la composición del refrigerante, basándose en la nomenclatura anterior, se aplica la siguiente fórmula: Cl = (2xC) -H- (F + 2) -Br.

• Ejemplo: R114 está compuesto por dos átomos de carbono y cuatro de flúor. La fórmula se aplica de la siguiente manera:

Cl = 2 * (1x3) -4 por lo tanto Cl = 2. Entonces, el R114 contiene dos átomos de cloro en su composición.

Cuando estas sustancias se utilizan como refrigerante, la “XYZ” se reemplaza por la letra “R”, como refrigerante. El valor del primer dígito que sigue a la letra R puede tomar los siguientes valores específicos:

• 4 o 5, es una mezcla;
• 6, es un compuesto orgánico distinto de los CFC, HCFC, HFC y PFC (ejemplo R290: propano );
• 7, si es un compuesto inorgánico (ejemplo R717: amoniaco , R744: dióxido de carbono ).

Algunos ejemplos de CFC:

• El CFC-12 es un derivado del metano, sin hidrógeno, con dos átomos de flúor y dos de cloro. Por tanto, tiene la siguiente fórmula: C F 2 Cl 2  ;
• El CFC-113 es un derivado del etano, sin hidrógeno, con tres átomos de flúor y tres de cloro. Por tanto, tiene la siguiente fórmula: C 2 F 3 Cl 3  ;
• CFC-13B1 (o halón 1301) es un derivado del metano, sin hidrógeno, con tres átomos de flúor y uno de bromo. Por tanto, tiene la siguiente fórmula: C F 3 Br .

Un ejemplo de HCFC:

• El HCFC-22 es un derivado del metano, con un átomo de hidrógeno, dos átomos de flúor y un cloro. Por tanto, tiene la siguiente fórmula: C H F 2 Cl .

Un ejemplo de HFC:

• el HFC-134a es un derivado del etano, con dos y cuatro átomos de hidrógeno de flúor. Por tanto, tiene la fórmula C 2 H 2 F 4 .

Regla de "90" , ejemplo de R32  :

• agregue 90 al número: 32 se convierte en 122;
• el primer número da el número de átomos de carbono: aquí 1;
• la última cifra da el número de átomos de flúor: aquí 2;
• el número del medio da el número de átomos de hidrógeno: aquí 2;
• si el balance es incompleto, los otros átomos son generalmente átomos de cloro: R22 da 112 por lo tanto C H Cl F 2 .

En Francia y en la Unión Europea , los gases fluorados regulados son definidos por el artículo 2 del Reglamento (UE) n o  517/2014 de16 de abril de 2014 sobre gases fluorados de efecto invernadero.

Notas y referencias

1. Air Conditioning Systems , en iso.org (consultado el 12 de abril de 2020).
2. Sistemas de aire acondicionado , en liebherr.com (consultado el 12 de abril de 2020).
3. Leer en línea , Environment Canada.
4. Reglamento CE n o  2037/2000 del Parlamento Europeo y del Consejo de 29 de junio de 2000 sobre sustancias que agotan la capa de ozono, modificado por el Reglamento CE n o  2038/2000 y n o  2039/2000 de 28 de septiembre de 2000 (JOCE L 244 de 29/09/2000) .
5. Decreto del 7 de diciembre de 1992 modificado por el decreto del 30 de junio de 1998 y decreto del 10 de febrero de 1993, modificado por el decreto del 12 de enero de 2000, relativo al control de estanqueidad, vigilancia y mantenimiento de la refrigeración y aire acondicionado no doméstico. equipos o recipientes de más de 2  kg de líquido .
6. Decreto de 10 de febrero de 1993 relativo a la recuperación de ciertos refrigerantes utilizados en equipos de refrigeración y aire acondicionado .
7. rueda de prensa CFBP (Francés Comité propano butano), 6 abril de 2004.
8. Orden de 7 de mayo de 2007 relativa a la prueba de fugas ... equipos de refrigeración y aire acondicionado , en admi.net .
9. Decreto n o  2007-737 de 7 de mayo de 2007, codificado en los artículos R543-75 a R543-123 del Código de Medio Ambiente.
10. Decreto de 13 de abril de 2011 relativo a sustancias que agotan la capa de ozono y determinados gases fluorados de efecto invernadero, biocidas y control de sustancias químicas.
11. Art. R. 521-56. del código ambiental.
12. Reglamento (UE) n o  517/2014 de 16 de abril de 2014 fluorado efecto de gases de efecto invernadero en ineris.fr .

Ver también

Artículos relacionados

• Amoníaco (NH 3 )
• Clorofluorocarbono (CFC)
• El ozono capa , ozono
• Efecto invernadero
• Gases de efecto invernadero (GEI)
• Gas fluorado
• Freón (gas)
• Frío industrial
• Refrigerante
• Hidroclorofluorocarbono (HCFC)
• Hidrofluorocarbono (HFC)
• Lista de refrigerantes
• Perfluorocarbono (PFC)
• Refrigeración

enlaces externos

• Protocolo de Montreal [PDF] en hq.unep.org
• Sitio web de Air Liquide, Enciclopedia de gas en encyclopedia.airliquide.com
• Códigos de peligro de gas en assodis.free.fr
• Red francesa de acción climática: glosario de gases fluorados en rac-f.org
• (en) Naciones Unidas - Protocolo de Montreal en hq.unep.org