Propiedades del amoniaco como refrigerante

En varios artículos venimos hablando de las últimas tecnologías en refrigeración (ver "Controles de refrigeración PlantVisorPRO", "Refrigeración, seguridad y calidad de los alimentos", "Sobre las últimas tecnologías en compresores industriales y su eficiencia", "Enfriamiento por absorción utilizando biomasa como combustible", "Sobre las últimas tecnologías de licuefacción del gas natural", "La carrera por el desarrollo de sistemas de frío industrial ultra-eficientes"), y también lo hemos hecho del amoniaco como una de las tecnologías que pese a ser convencional están actualmente en auge ("Ventajas en costes y eficiencia energética del amoniaco como refrigerante" ). En este nuevo artículo volvemos al amoniaco pero en esta ocasión vamos a centrarnos en las propiedades de este agente químico como refrigerante.

El crecimiento del amoniaco está aumentando a nivel global, pues las restricciones ambientales a los refrigerantes clorados o fluroclorados han hecho emerger al amoniaco como un refrigerante que no contribuye a la disminución de la capa de ozono ni al calentamiento global. El amoniaco es un refrigerante eficiente usado en la preservación y procesado de alimentos, así como muchas otras aplicaciones en refrigeración y aire acondicionado. En la industria alimentaria el uso del amoniaco está muy extendido, alcanzando aproximadamente al 90 % de las instalaciones existentes. El amoniaco tiene características deseables como refrigerante que son conocidas desde hace aproximadamente un siglo, y la más importante de todas es que la eficiencia energética del amoniaco es mayor que el resto de los refrigerantes, por lo que utilizando amoniaco se consigue disminuir el consumo energético de la instalación. También el coste del amoniaco es una ventaja atractiva ya que es mucho menor al de cualquier refrigerante sintético. En términos generales cuesta entre el 10 y el 20 % menos en instalación.

Hay que indicar que el amoniaco es corrosivo y peligroso cuando se libera a la atmósfera en grandes cantidades, por lo que exige tomar precauciones especiales. Debido a su naturaleza irritante, las personas no pueden permanecer en atmósferas que contienen amoniaco por ser peligroso para la salud. Aunque el amoniaco puede arder en altas concentraciones, su ignición es difícil y la combustión no se mantiene si se retira la fuente de ignición.

Usos comunes del amoniaco

El amoniaco es un componente químico alcalino, sin color, que se reconoce por ser la base de muchos productos de limpieza doméstica, y también se utiliza en muchas aplicaciones agrícolas, industriales y comerciales. El amoniaco está disponible en cuatro grados comerciales – fertilizante, refrigerante, federal y metalúrgico – dependiendo del nivel de pureza.

El grado del amoniaco utilizado en refrigeración tiene un 99.98 % de pureza y está libre de agua y otras impurezas (máximo 150 ppm de agua, 3 ppm de aceite, 0,2 ml/g de no condensables). El amoniaco está siempre disponible, es barato, opera a presiones comparables con otros refrigerantes, y es capaz de absorber grandes cantidades de calor cuando se evapora. El amoniaco se produce en todo el mundo en unas cantidades estimadas de 100 millones de toneladas métricas.

Las aplicaciones más comunes del amoniaco son las de uso agrícola, sector que absorbe el 80 % de la producción de amoniaco. Las más comunes son las siguientes:

• Inyecciones directas en suelo como fertilizante (hasta 150 libras anuales por acre).
• Producción de urea (material cristalino sin color que está altamente concentrado, forma parte de los fertilizantes de hidrógeno y es fuente de proteína para la alimentación del ganado).
• Defoliante del algodón previo a la cosecha.
• Agente anti-hogos en ciertas fruta.

El 20 % restante del amoniaco fabricado comercialmente se utiliza en aplicaciones industriales, tales como:

• Inyección directa en control de la reducción catalítica selectiva de los óxidos de nitrógeno en emisiones de chimeneas.
• Inyección directa de hidróxido de amoniaco en emisiones de chimeneas para neutralizar óxidos de azufre de combustibles que contienen azufre.
• Componentes de nitrógeno para la fabricación de explosivos tales como TNT y nitroglicerina.
• Refrigerantes en ciclo cerrado en muchos sistemas de refrigeración industrial.
• Agentes neutralizantes para constituyentes ácidos en plantas de tratamiento de aguas residuales.

Menos del 2 % del amoniaco producido comercialmente en el mundo se utiliza como refrigerante.

Usos del amoniaco en refrigeración

Con el incremento de las regulaciones en el uso de los refrigerantes basados en clorofluorocarbonos (CFC), hidroclorofluorocarbonos (HCFC) e hidrofluorocarbonos (HFCs), y la eliminación por fases de CFCs y HCFCs, se investigaron activamente otros refrigerantes para su uso en los sistemas de refrigeración existentes. Los refrigerantes alternativos deben tener características termodinámicas similares a los halocarbonos y ser seguros para los humanos y el medio ambiente. El amoniaco es un refrigerante alternativo tanto para sistemas de refrigeración y equipos de aire acondicionado. Puede utilizarse además tanto en equipos nuevos como en los ya existentes. Tiene un punto de vaporización bajo (-33º C), un potencial de disminución de la capa de ozono cero cuando se libera a la atmósfera y un alto calor latente de vaporización (9 veces mayor que el R-12). Adicionalmente, el amoniaco en la atmósfera no contribuye directamente al calentamiento global. Estas características dan como resultado un refrigerante de alta eficiencia energética con mínimos problemas ambientales. Con un análisis económico puro, sin cargas reguladoras y necesarias, el amoniaco encontraría aplicaciones más amplias de las que actualmente disfruta. Conforme los códigos de diseño y pateado asumiendo la seguridad del amoniaco sus aplicaciones aumentando. Las aplicaciones de sistemas de refrigeración basados en el amoniaco incluyen sistemas de almacenamiento térmico, enfriadores para aplicaciones de aire acondicionado, supermercados, etc.

La seguridad del amoniaco

El amoniaco sólo es peligroso en altos niveles de concentración. Según la NIOSH, el nivel de concentración al que puede exponerse una persona durante 30 minutos sin protección respiratoria es de 500 partes por millón. El amoniaco es un gas irritante y esto ayuda a prevenir que alguna persona pueda exponerse a concentraciones peligrosas de forma inadvertida. El umbral de olor promedio de las personas es de cinco partes por millón, muy por debajo de las concentraciones peligrosas.

Las propiedades de auto alarma que tiene el amoniaco son conocidas virtualmente por todos los ingenieros, diseñadores, técnicos y mecánicos que trabajan con sistemas de amoniaco regularmente. Así, incluso las pérdidas más pequeñas se reparan rápidamente.

Los sistemas de amoniaco modernos son sistemas completamente cerrados con controles totalmente integrados, que regulan la presión en todo el sistema. Por ello los sistemas de refrigeración son seguros, y además cumplen códigos de diseño que son efectivos, maduros, constantemente actualizados y revisados. El mayor riesgo podría provenir de una posible explosión, pero para prevenirlo estos sistemas utilizan válvulas de seguridad que evitan cualquier sobrepresión. El método preferido para aliviar estas sobre presiones es la liberación directa a la la atmósfera. El amoniaco es más ligero que el aire (el peso molecular del amoniaco es 17, mientras que el peso molecular del aire es.

Aspectos ambientales

El amoniaco permanece en la atmósfera tan solo unos días por lo que se considera un gas biodegradable. Hasta tal punto esto es así que incluso se utiliza el amoniaco para reducir peligrosas emisiones de gases de chimeneas inyectando lo directamente en los gases de salida de las turbinas de gas y calderas.

En los últimos años hay una tendencia creciente a estimular el uso de amoniaco como refrigerante, estos estímulos vienen tanto de organismos internacionales como de las políticas de algunos países avanzados como Alemania.

Bibliografía: Ammonia as a refrigerant. ASHRAE 2006 Palabras clave: Ozone depletion potential (ODP)