La creciente importancia y el lugar que siempre debió mantener el amoníaco como refrigerante

En el período 1920 – 1930 se expanden las instalaciones y empiezan a competir con los fluidos CFC que se consideraban como sustancias inofensivas y extremadamente estables. Es preciso recordar que en esa época se ignoraba completamente las consecuencias que podrían tener las emisiones  de CFC. La publicidad alababa estas sustancias como “fluidos sin peligro” obteniendo un éxito enorme.

El Amoníaco ha sido cada vez menos utilizado, aunque ha subsistido sobre todo en las grandes instalaciones industriales, instaladas y mantenidas por técnicos altamente calificados, capaces de hacer frente a los inconvenientes. Pero a pesar de todo, persiste como el mejor fluido frigorífico, calificable así desde el punto de vista económico y termodinámico .

A pesar de su “imagen de inocuidad”,  el número de accidentes mortales en el ámbito del frío causados por los CFC es mucho mayor que los causados por el Amoníaco.

Los accidentes con CFC son debidos principalmente al hecho que son más pesados que el aire, acumulándose por ello al nivel del suelo en los  sótanos y bodegas de los barcos. Las fugas son, además, difíciles de detectar ya que los CFC carecen de olor.

La eficacia energética es por lo tanto, uno de los aspectos más importantes del futuro del frío. Toda evolución estará ligada a la tecnología adquirida. El amoníaco podrá así jugar un papel mayor.

Tras los CFC, los HCFC, regulados por el Protocolo de Montreal, desaparecerán en un futuro próximo. El empleo de los HFC deberá tener presente las restricciones relacionadas con el efecto invernadero y la utilización de mezclas zeotrópicas.

Los que son conscientes de todo esto y proponen soluciones originales tendrán una ventaja considerable. Esto es justamente por lo que el amoníaco tiene un futuro tan prometedor: no tiene incidencia sobre la capa de ozono ni sobre el recalentamiento del planeta.

 

La elección de un fluido frigorígeno debe resultar de un compromiso entre gran número de propiedades, de las cuales algunas son contradictorias:

- Propiedades termodinámicas y de transmisión de calor, juegan un papel decisivo en la concepción, eficacia y rendimiento energético de las instalaciones.
 
- Propiedades fisicas, químicas, medioambientales y fisiológicas, que determinan la elección de los materiales y las medidas que permiten  garantizar la seguridad de los equipos y de las personas.

Asi pues, un buen refrigerante debe poseer, para limitar las dimensiones y el coste de un compresor volumétrico (de embolo o de tornillo) una presión de vapor a la temperatura efectiva de evaporación, suficientemente elevada. Su temperatura crítica debe ser muy elevada para que la condensación de refrigerante se efectué siempre a una temperatura muy inferior a la del punto crítico.

Cuanto más denso es el gas, más necesario es reducir su velocidad  de circulación en las tuberías y orificios, a fin de limitar las pérdidas de carga a valores económicamente aceptables. La reducida densidad de los vapores de amoniaco permite incrementar su velocidad en las tuberías y por tanto, reducir la importancia de las pérdidas de carga. Asimismo, se puede aumentar la velocidad de estos vapores a nivel de las válvulas de los compresores de pistón o de los orificios de descarga de los compresores de tornillos.

Por otro lado, la transmisión de calor de un refrigerante durante la evaporación y la condensación, es tanto más reducida cuanto mayor sea la densidad del mismo. Ello es debido en parte a un espesor mayor de la lámina líquida, debido a la reducida entalpía de evaporación. El amoniaco líquido se beneficia igualmente de una conductividad térmica mejor que la de los CFC líquidos.

 

Presión y temperatura crítica

Los hidrofluorcarbonos (HFC) presentan presiones críticas que van de 35 a 50 bar, mientras que la del amoníaco se eleva a 113 bar, lo que conduce a mejor utilización volumétrica de este, en la zona alta del campo de aplicación de la bomba de calor.

Las temperaturas críticas del amoníaco, del HCFC 22 , del HFC 134a y del R 404a son respectivamente 132,3 ºC; 96,2 ºC; 101,1 ºC y 72,1ºC.

Cuanto más próxima sea la temperatura de condensación a la temperatura crítica, menores son el coeficiente de eficiencia y la potencia frigorífica.

 

En los sistemas frigoríficos son deseables presiones relativas positivas a fin de evitar entradas de aire. Las temperaturas por debajo de las cuales la presión de saturación es inferior a la presión  atmosférica son, respectivamente: -33,3ºC para el amoníaco; -40,8ºC para HCFC 22;  -26,1ºC para HFC 134a  y  -46,6ºC para el R404a.

 

Dimensiones de las tuberías 
 
Se han comparado las potencias frigoríficas de secciones de aspiración de diámetros diferentes para un caudal que corresponde a la misma variación de la temperatura de saturación. Se ha comprobado que a una sección de dimensiones dadas le corresponde una potencia frigorífica entre 2 a 3 veces mayor para el amoníaco que para el HCFC 22.

Las tuberías de los sistemas con amoníaco pueden por lo tanto, ser de diámetros menores y por consiguiente menos costosos, sin aumentar pérdidas de carga. Se puede asimismo, a iguales dimensiones, obtener con el amoníaco una pérdida  de carga menor y de esta forma, trabajar a una temperatura de evaporación más elevada y a una temperatura de condensación más baja.

Potencia Frigorífica a -18ºC para la misma tubería de aspiración ( Kw ) (diámetro del tubo 100mm, t 1ºC para 30 mts)

La función del aceite es asegurar la lubricación y la estanqueidad.

El aceite se escapa inevitablemente del compresor junto con los vapores de descarga (cabe resaltar que en un compresor de tornillo, el caudal de aceite es mayor que en un compresor de pistón, pues en el primero el aceite se utiliza además en la refrigeración del compresor).

Lo refrigerantes fluorcarbonos y los aceites lubricante  son más o menos miscibles según el fluido frigorígeno, el aceite, la temperatura y la presión.

El amoníaco no es practicablemente miscible con los aceites comúnmente utilizados. Las instalaciones de compresión de amoníaco necesitan, por lo tanto, un separador de aceite para recuperar la mayor parte posible del aceite arrastrado en la descarga y retornarlo al compresor.

Con los aceites utilizados tradicionalmente en las instalaciones frigoríficas, que no son miscibles con el amoníaco, a pesar de la utilización de un separador, una parte del aceite es arrastrado a las tuberías donde se deposita  y acumula poco a poco en las zonas de baja velocidad.