La industria HVAC-R se adapta para “amigarse” con los refrigerantes inflamables.

La década del 80 no solo cambió la forma de rociar – el spray para el cabello, para los insectos, la pintura en forma de aerosoles – sino también la forma en la que refrescamos nuestros hogares, nuestros equipos y los automóviles.

De acuerdo con un estudio de 1985 publicado en la revista de investigación científica Nature la capa de ozono se había reducido 10 por ciento por debajo de los niveles normales para enero en la Antártida. Este descubrimiento prendió las alarmas internacionales, lo que trajo como resultado numerosos estudios científicos, cambios en la política y mandatos regulatorios a medida que el mundo se esforzaba por revertir la reducción del ozono.

El Agujero de Ozono, como se lo denominó, no es en realidad una rajadura en la atmósfera sino más bien una reducción en los niveles de ozono muy por encima de la estratósfera de la tierra. Las sustancias tales como los clorofluorocarbonos (CFC) y los hidroclorofluorocarbonos (HCFC), que se usan comúnmente en los refrigeradores, los freezers y los sistemas acondicionadores de aire, fueron identificadas desde el principio como algunos de los principales culpables.

Solo dos años después de que se publicara el informe, El Protocolo de Montreal sobre Sustancias que Reducen la Capa de Ozono alcanzó un acuerdo para eliminar el consumo y la producción de CFC y de HCFC en 1987.

Cuando eso se produjo, hizo que la industria de la calefacción, ventilación y refrigeración (HVAC-R) comenzara a pensar en ser más amigable con el medio ambiente”, dijo Barry Karnes, uno de los principales ingenieros del equipo de refrigeración y HVAC de UL.

Inmediatamente comenzó una investigación en busca de nuevos refrigerantes. Se necesitaba una solución a largo plazo, una que requiriera una renovada exploración para encontrar sustancias amigables con el medio ambiente.

Los refrigerantes son lo primordial

Los refrigerantes son líquidos o gases que se encuentran en los dispositivos refrigerantes o de acondicionadores de aire que se evaporan o expanden para eliminar el calor proveniente de los objetos que se van a enfriar. El refrigerante se comprime y transfiere el calor para enfriar los medios como el agua y el aire.

Un refrigerante con mayor masa molecular– una medida científica de la cantidad de materia por la que está formada un objeto – transporta más calor que un refrigerante con menos masa molecular. De manera inversa, un objeto con una masa molecular menor es más fácil de comprimir y por lo tanto requiere menos energía para hacer funcionar el compresor.

A comienzos de 1900, los refrigerantes más comúnmente usados – amonio, cloruro de metilo, dióxido de sulfuro y dióxido de carbono – eran o inflamables o tóxicos. Para la década de 1920, los refrigerantes peligrosos se habían convertido en un tema importante y los fabricantes principales dentro de la industria de HVAC-R trabajaron juntos para encontrar una sustancia más segura.

Su investigación trajo como resultado el desarrollo de una nueva clase de químicos – CFC y HCFC. El CFC (clorofluorcarbonato) es un compuesto orgánico que contiene carbono, cloro, y flúor. Se produce como un derivado volátil del metano y etano. Una subclase común de CFC es el HCFC (hidrofluorcarbono) que contiene también hidrógeno.

Ambos gases que son no tóxicos y no inflamables, tienen una masa molecular relativamente alta y se comprimen fácilmente para convertirse en un líquido. El HCFC y el CFC no solo quitan eficientemente el calor sino que funcionan bien en múltiples condiciones y aplicaciones.

Pero, como se descubrió unos 40 años más tarde, las propiedades y el uso en masa de HCFC y CFC, produjo una reducción de la capa de ozono en la estratósfera.

Los hidrofluorocarbonos (HFC) comenzaron a usarse masivamente a fines de los 80 para reemplazar al HCFC y CFC. Aunque los HFC no destruyeron la capa de ozono, los estudios posteriores revelaron que contribuyeron al efecto invernadero.

El uso de HFC, que aumentó sustancialmente debido al agotamiento de las provisiones de HCFC y de CFC, está planeado que deje de ser usado para 2033.

Lo viejo es lo nuevo en los refrigerantes inflamables

Con la desaparición de los HCFC, CFC y HFC, la industria comenzó a retornar a los refrigerantes anteriores – dióxido de carbono (CO2) más butano, propano y propileno. Pero, como lo reiteró Brian Rodgers, uno de los principales ingenieros del equipo HVAC de UL, estas sustancias son o inflamables o funcionan bajo una presión muy alta.

La presión de funcionamiento es importante porque la mayoría de los componentes para el acondicionamiento de aire y la refrigeración, fueron diseñados para transportar entre 2,75 y 4,15 MegaPascales (MPa) de presión. “El CO2 se desplaza a una presión de 17,25 MPa en los acondicionadores de aire”, explicó Rodgers.

La cuestión es ahora cómo definir los requerimientos y parámetros para permitir el uso seguro de estos refrigerantes inflamables y de alta presión.

“Los productos con refrigerantes inflamables probablemente van a estar en una cocina cerca de un horno, hornallas y cocinas”, dijo Karnes. “Si hay una pérdida de gas en el refrigerador o en otros productos, ¿cómo se pueden mitigar los riesgos?”

Antes, si había una pérdida de refrigerante, se escapaba e iba a la atmósfera. “No era inflamable y no causaría un incendio”, dijo Karnes. “Ahora, si alguien está usando un pica hielo para descongelar el freezer y hace un agujero en la tubería, existe un gran riesgo de explosión o incendio”.

Agrega Rodgers, “Nos hemos enfocado en mover el aire para mantener a los refrigerantes por debajo del límite inflamable más bajo (LFL) del refrigerante inflamable – si la cantidad de refrigerante que se derrama está por debajo de LFL, no hay suficiente refrigerante para hacer ignición”.

Sin movimiento de aire, el refrigerante penetra en el punto más bajo de una heladera o de un conducto del hogar. Los ventiladores empujan la sustancia alrededor de la casa, y la dispersan en zonas de concentración cada vez más pequeñas.

Los participantes de la industria inicialmente formularon la hipótesis de que si se detectaba una pérdida de refrigerante, el componente tenía 30 segundos para activar su ventilador para dispersar la sustancia. Sin embargo, mediante la investigación, se descubrió que el refrigerante hacía ignición dentro de los 12 segundos durante los experimentos realizados por UL.

Los requisitos están siendo redactados para reflejar el trabajo real de prueba experimental.

Cambio del diseño y los parámetros

UL formó un grupo conjunto de tareas en 2011, compuesto por tres grupos de trabajo diferentes y cada equipo desarrolló requerimientos específicos.

Un grupo de trabajo se dedicó al equipo HVAC, otro a los productos refrigerantes incluidos los refrigeradores domésticos y comerciales, acondicionadores de aire pequeños, las máquinas expendedoras de bebidas y enfriadores de agua potable, mientras que el tercer grupo se concentró en los propios refrigerantes.

“Nuestros parámetros fueron armados de tal manera que pudimos observar bien los requerimientos involucrados con los refrigerantes tradicionales no inflamables”, dijo Karnes. “La meta era desarrollar nuevos requerimientos que permitieran el uso de los refrigerantes inflamables en HVAC y en los productos de refrigeración con el mismo nivel de seguridad que las sustancias que se estaban sacando de circulación”.

Algunas modificaciones en los diseños de los productos, incluyeron la fabricación de piezas con acero inoxidable o titanio para poder soportar la presión del CO2, agregando marcas de advertencia y requerimientos más estrictos para las uniones.

Por último, los parámetros de UL, los parámetros de la industria y los códigos regulatorios han sido y siguen siendo modificados para permitir el uso de estos refrigerantes inflamables pero amigables con el medio ambiente.

A través de eventos de la industria, los grupos de tareas y los procesos basados en los consensos, los participantes de la industria, se han comprendido mejor los riesgos de usar refrigerantes inflamables y las acciones adicionales que habrá que esperar en el futuro.

“Mirando estos productos, usted no notaría la diferencia, pero la construcción de los mismos con refrigerantes inflamables, es considerablemente diferente a la de los anteriores”, dijo Karnes.

Pero, según explicó Karnes, el diseño de la seguridad, es casi siempre indescifrable. “En la medida en que evoluciona el mundo moderno, también cambian los productos, los equipos y la construcción”, dijo. “Los parámetros tienen que ser actualizados para reflejar aquellos cambios”.

Rodgers agregó, “La investigación demostró que necesitábamos avanzar para hacer uso de refrigerantes inflamables lo más seguro posible. UL trabaja para ayudar a hacer del mundo un lugar más seguro para todos.