AMONIACO

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INFORMACIÓN  SOBRE REFRIGERACIÓN CON AMONIACO




Introducción

El desarrollo de la refrigeración mecánica data de los primeros años de la revolución industrial. Al día de hoy, el amoniaco permanece como el refrigerante más utilizado en sistemas de refrigeración industrial para procesar y conservar la mayoría de los alimentos y bebidas. El amoniaco ha estado en el liderazgo de los avances de tecnología en refrigeración, siendo parte esencial del procesamiento, almacenamiento y logística de distribución de los alimentos. Más recientemente, los sistemas de refrigeración con amoniaco han sido utilizados en sistemas de aire acondicionado para grandes edificios y para mejorar la eficiencia de las plantas generadoras de energía eléctrica. Incluso la NASA ha reconocido las ventajas del amoniaco como refrigerante, seleccionándolo para su uso en la Estación Espacial.

Las ventajas del amoniaco son bien conocidas. El amoniaco no destruye la capa de ozono y no contribuye al efecto invernadero asociado al calentamiento global. De hecho el amoniaco, uno de los compuestos más comúnmente encontrados en la naturaleza, es esencial en el ciclo del nitrógeno de la tierra y su liberación a la atmósfera es inmediatamente reciclada. El uso del amoniaco como refrigerante es consistente con los acuerdos internacionales de de reducción del calentamiento global y destrucción de la capa de ozono, y debido a su aplicación probada como un refrigerante seguro y eficiente durante los últimos 150 años, está inmediatamente disponible para un mayor uso y nuevas aplicaciones. Desde un punto de vista puramente económico, sin considerar las regulaciones innecesarias, el amoniaco debería de tener una mayor aplicación como refrigerante de la que actualmente cuenta.

Desde un punto de vista operacional, el amoniaco es generalmente aceptado como el refrigerante industrial más eficiente y económicamente efectivo, un importante beneficio para los consumidores ya que costos menores de operación representan un costo menor de los productos alimenticios.

Con una mayor atención dirigida al calentamiento global de la Tierra y con los esfuerzos internacionales extraordinarios en la última década para reducir el uso de refrigerantes nocivos al medio ambiente, combinado con sus ventajas económicas, el amoniaco está muy bien posicionado para ser el refrigerante del siglo XXI.
Historia
¿Qué tan común es la refrigeración con amoniaco?

Hace muchos años, la industria de alimentos y bebidas adoptó la refrigeración con amoniaco. Las ventajas económicas por sí mismas lo hacían el refrigerante de elección para almacenes refrigerados, plantas de procesamiento, así como la industria láctea y la industria cárnica. Casi toda la comida en el desayuno, comida y cena en la mesa familiar pasa a través de alguna instalación de refrigeración con amoniaco antes de llegar a las tiendas y supermercados, incluyendo vegetales y frutas frescas, carne, pollo, pescado, alimentos congelados, leche, queso, helado, y bebidas como refrescos, cervezas y vinos.¿Hace cuánto se ha utilizado el amoniaco como refrigerante?

El amoniaco estuvo entre los primeros refrigerantes usados en los sistemas mecánicos, y es el único de los primeros refrigerantes que sigue siendo vigente. La refrigeración mecánica fue desarrollada en los años 1800s basada en el principio de la compresión del vapor. El primer equipo práctico de refrigeración usando la compresión de vapor fue desarrollado en 1834 y para finales de los 1800s los sistemas de refrigeración eran usados en las cervecerías y almacenes refrigerados. El diseño básico del sistema de refrigeración con compresión de vapor, usando el amoniaco como refrigerante en un ciclo cerrado de evaporación, compresión, condensación y expansión ha cambiado muy poco desde principios de los años . ¿Cuándo se sintetizó por primera vez el amoniaco?

El amoniaco fue sintetizado por primera vez en 1823 haciendo reaccionar aire e hidrógeno. La primera producción commercial de amoniaco sintético empezó en 1913. En la actualidad, se estima que hay dos mil millones de toneladas de amoniaco en el mundo. De esta cantidad, aproximadamente el 5% es fabricado por el hombre. En Norteamérica se producen anualmente 18 millones de toneladas de amoniaco, y de esta cantidad, menos del 2% se utiliza para refrigeración. ¿Por qué el amoniaco es considerado un refrigerante natural?

El amoniaco es un compuesto común y que existe naturalmente en el ambiente, que se descompone naturalmente en moléculas de hidrógeno y nitrógeno (la atmósfera está formada en un 80% de nitrógeno e hidrógeno). El amoniaco está formado de un átomo de nitrógeno y tres átomos de hidrógeno, y tiene el símbolo químico NH3. El amoniaco es un elemento clave en el ciclo del nitrógeno, y bajo condiciones normales, es esencial para muchos procesos biológicos. El amoniaco se puede encontrar en el agua, la tierra y el aire, y es fuente del nitrógeno esencial para plantas y animales. De hecho, el amoniaco es uno de los gases más abundantes en el ambiente. ¿Cuándo fue el primer uso de refrigeración comercial con amoniaco?

El amoniaco fue usado por primera vez como refrigerante en los años 1850s en Francia y fue utilizado en los Estados Unidos en los años 1860s para la producción de hielo. Las primeras patentes de máquinas de refrigeración para amoniaco fueron registradas en los años 1870s. Para los años 1900s, las máquinas de refrigeración con amoniaco eran instaladas en fábricas de hielo, plantas procesadoras de alimentos y plantas químicas. Para los años 1920s, la refrigeración con amoniaco se utilizaba también para pistas de patinaje en hielo. Durante los años 1930s se empezó a desarrollar el mercado para aire acondicionado, primero para aplicaciones industriales y después par confort humano. El uso de equipos más pequeños para refrigeradores domésticos se incrementó substancialmente ente los años 1920 y 1930.¿Cómo se utiliza la refrigeración con amoniaco actualmente?

La refrigeración con amoniaco ha sido la espina dorsal de las industrias de procesamiento y almacenamiento de alimentos desde principios de los años 1900s. La refrigeración con amoniaco es el método más económico y más eficiente energéticamente para el proceso y almacenaje de alimentos congelados y refrigerados. Es el caballo de batalla para el enfriamiento de post-cosecha de frutas y vegetales, el enfriamiento de carne, pollo, pescad, refrigeración para la industria de bebidas, incluídas cerveza, vino y refrescos, refrigeración para leche y queso, y para la congelación del helado. Prácticamente todas nuestros alimentos pasan en algún momento por alguna planta o almacén que usa refrigeración con amoniaco antes de llegar a nuestra mesa.¿Tiene la refrigeración con amoniaco otros usos en nuestro días?

Recientemente, los sistemas de aire acondicionado provistos con sistemas de refrigeración en amoniaco han encontrado lugar en grandes complejos de oficinas y escuelas, edificios de oficinas y edificios pequeños como tiendas de conveniencia. Estas aplicaciones se han conseguido usando enfriadores de agua, sistemas de almacenamiento térmico y sistemas de enfriamiento centralizado. En Europa, donde las regulaciones han impulsado el desarrollo de nuevas aplicaciones, los sistemas de refrigeración de amoniaco se usan con seguridad en sistemas de aire acondicionado para hospitales, edificios públicos, aeropuertos y hoteles. Esto ha sido favorecido a diseños de sistemas con carga de refrigerante limitada.

Un sistema de refrigeración con amoniaco prove aire acondicionado para la Estación Espacial Internacional y la Biosfera II. La instalación en plantas generadoras de energía es una aplicación emergente para la refrigeración con amoniaco.
Ventajas Económicas
¿Cuáles son las ventajas generales del uso del amoniaco como refrigerante?

Como refrigerante, el amoniaco ofrece tres claras ventajas sobre otros refrigerantes comúnmente utilizados. Primero, el amoniaco es compatible con el medio ambiente. No destruye la capa de ozono y no contribuye al calentamiento global de la tierra. Segundo, el amoniaco tiene propiedades termodinámicas superiores, lo que da como resultado que los sistemas de refrigeración con amoniaco consuman menos energía eléctrica. Tercero, el olor característico del amoniaco es su mayor cualidad de seguridad. A diferencia de otros refrigerantes industriales que no tienen olor, la refrigeración con amoniaco tiene un historial probado de seguridad en parte porque las fugas son detectadas fácil y rápidamente.¿La refrigeración con amoniaco ayuda a reducir mis gastos?

De manera general, un sistema de refrigeración industrial con amoniaco cuesta un 10 a un 20% menos para instalar que otros sistemas que usan refrigerantes industriales competitivos. Termodinámicamente, el amoniaco es de 3 a 10% más eficiente que los otros refrigerantes; como resultado, un sistema de refrigeración de amoniaco tiene menor consumo eléctrico. El costo del amoniaco por sí mismo es significativamente menor que el de los otros refrigerantes, y se requiere de una menor cantidad para la misma aplicación que otros refrigerantes. Todo esto se acumula en costos de operación menores para los procesadores de alimentos y almacenes, lo que implica menores precios de los productos alimenticios.¿Una menor demanda de energía beneficia al ambiente?

Una adecuada evaluación del impacto ambiental de los refrigerantes y los sistemas de refrigeración requiere la consideración tanto de su impacto directo como indirecto en el calentamiento global. Los sistemas de refrigeración contribuyen directamente al calentamiento global a través del efecto invernadero causado por las fugas de refrigerantes. Indirectamente contribuyen al calentamiento global por la producción de emisiones de dióxido de carbón como resultado de la conversión de combustibles fósiles en la energía requerida para operar los sistemas de refrigeración.

El “impacto total equivalente de calentamiento” o TEWI, es definido como la suma de estas contribuciones directas e indirectas. El valor TEWI del amoniaco es muy bajo ya que el amoniaco por sí mismo no contribuye al calentamiento global. Adicionalmente, debido a sus características termodinámicas favorables, los sistemas de refrigeración con amoniaco usan menos energía que los otros refrigerantes comunes. Como resultado, hay un beneficio indirecto al calentamiento global debido a las menores emisiones de CO2 de las plantas generadoras de electricidad.
Ventajas Ambientales
¿Cuáles son las ventajas generales de usar amoniaco como refrigerante?

Como refrigerante, el amoniaco ofrece tres ventajas distintivas sobre los otros refrigerantes industriales comúnmente usados. Primero, el amoniaco es compatible con el medio ambiente. No destruye la capa de ozono y no contribuye al calentamiento global. Segundo, el amoniaco tiene propiedades termodinámicas superiors, lo que da como resultado que los sistemas de refrigeración con amoniaco consuman menos electricidad. Tercero, el olor característico del amoniaco es su mayor característica de seguridad. A diferencia de los otros refrigerantes industriales que no tienen olor, la refrigeración con amoniaco tiene un record comprobado de seguridad en parte porque las fugas son fácilmente detectables.¿El amoniaco daña la capa de ozono?

No, el amoniaco no daña el ozono atmosférico. El amoniaco es un refrigerante natural. No es un compuesto halocarbonado como muchos de los refrigerantes sintéticos en el mercado. Cuando los halocarbonos se liberan a la atmósfera, eventualmente llegan a la estratosfera y a la capa de ozono. Los halocarbonos son extremadamente estables químicamente con ciclos de vida estimados en dos o tres siglos. Cuando se liberan a la atmósfera, esta estabilidad les permite migrar a través de la troposfera hasta la estratosfera. A esta altitud, los intensos rayos ultravioletas del sol rompen las moléculas de los halocarbonos, liberando iones de cloro, los cuales actúan como catalizadores que rompen las moléculas de ozono. Este proceso reduce la efectividad de la capa de ozono como filtro de las radiaciones ultravioleta, lo que resulta que niveles más altos de radiación ultravioleta lleguen a la superficie de la tierra con consecuencias biológicas dañinas. El incremento en la radiación causa mayores riesgos en la salud humana y daña la flora y fauna del ecosistema.¿El amoniaco contribuya al calentamiento global?

No. Al igual que no daña la capa de ozono, el amoniaco, con un ciclo de vida en la atmósfera de menos de una semana, no contribuye al efecto invernadero responsible del calentamiento global. El calentamiento global es resultado de la radiación de onda corta, cerca del infrarrojo, que llega a la Tierra proveniente del sol. Aproximadamente el 50% de la radiación del sol llega a la Tierra. Ésta es absorbida por la superficie de la Tierra que reemite la radiación en ondas infrarrojas. Esta radiación reemitida es parcialmente absorbida por gases conocidos como gases invernadero. Estos gases invernadero pueden ser naturales (CO2, vapor de agua, etc.) o fabricados por el hombre (CO2, N2O, CH4, Freones, CFC, HCFC, HFC, Etc.)¿Es el amoniaco un sustituto potencial de los refrigerantes que contribuyen al calentamiento global y la destrucción de la capa de ozono?

El Acta de Aire Limpio (Clean Air Act Amendments) de 1990 le dió un reconocimiento estatutal a las fases para el paro de producción de CFC’s del Protocolo de Montreal y estableció los requerimientos regulatorios para la recuperación, reciclado y eliminación de Freones CFC’s cuando se le diera servicio o se desechara equipo conteniendo estos refrigerantes. Parte de estas regulaciones establecieron un sistema de control para la eliminación de substancias dañinas a la capa de ozono estratosférica. A través del programa de Pólíticas de Nuevas Alternativas Significativas (SNAP), La Agencia de Protección al Ambiente (EPA) ha identificado al amoniaco como un sustituto aceptable de sustancias dañinas al ozono en los principales sectores industriales, incluyendo la refrigeración y aire acondicionado.
Seguridad del Sistema

¿Son seguros los sistemas de refrigeración con amoniaco?

Cualquier sistema de refrigeración mecánica es propenso a tener fugas. Este hecho es exacerbado cuando las fugas involucran a refrigerantes sin olor, lo que es demostrado por la gran cantidad de Freones CFC’s en la atmósfera al día de hoy. La seguridad inherente de la refrigeración con amoniaco es explicada en parte por el olor característico del amoniaco, el cual indica incluso la fuga más pequeña, a concentraciones mucho menores de cualquier nivel peligroso. Las otras características físicas del amoniaco tales como su densidad y su limitado rango de flamabilidad, los avances de ingeniería en sistemas de refrigeración, y una adecuada cantidad de operadores debidamente capacitados contribuyen al excelente record de seguridad del amoniaco. ¿El amoniaco es peligroso porque huele tan mal?

El fuerte olor caraterístico del amoniaco le da una cualidad de auto-alarma. El hecho de que huele tan mal es una de sus mayores características de seguridad. Hasta los rastros más tenues de amoniaco en el aire pueden ser detectados. Esto permite una reparación inmediata y segura de fugas en el sistema. En contraste con el penetrante olor del amoniaco, otros refrigerantes comúnmente usados como los Freones halocarbonados no tienen olor y sus fugas son difíciles de detectar sin el empleo de sistemas mecánicos. El olor punzante del amoniaco motiva a los individuos a abandonar el área donde se presente una fuga antes de que se acumule una concentración peligrosa.¿El amoniaco es explosivo?

El amoniaco puro es difícil de encender y tiene un rango de flamabilidad muy estrecho. El amoniaco es flamable solo a muy altas concentraciones y bajo condiciones extremadamente limitadas. El vapor de amoniaco que contiene aceite o algún otro contaminante flamable puede incrementar la posibilidad de una explosión. Sin embargo, el amoniaco no puede mantener una llama por si mismo; el encendido de vapor de amoniaco requiere una fuente de fuego externa ininterrumpida. Por estas razones, las explosiones de amoniaco son muy raras. Un sistema de refrigeración de amoniaco adecuadamente diseñado que esté ventilado y libre de llamas o fuentes de ignición reduce la posibilidad de una explosión.