Historia de los refrigerantes

La industria de la refrigeración parece reciente, sin embargo, sus inicios cuentan una historia de más de 400 años de antigüedad. Hoy en día se conocen cuatro generaciones de refrigerantes las cuales han ido evolucionando conforme las necesidades del hombre. En este sentido, resulta interesante saber cómo han ido cambiando las propiedades de estas sustancias y en este artículo te lo voy a contar.

Hace mucho tiempo, cuando las personas querían mantener la comida y las bebidas frías, no existían muchas opciones. En regiones donde solo disponían de hielo en el invierno, las comunidades solían almacenarlo en cuevas subterráneas para utilizarlo durante el verano. Por otro lado, en áreas desérticas donde no había manera de tener hielo en ninguna época del año, como en Egipto, se recurría a la evaporación del agua como método para enfriar bebidas. A medida que la ciencia avanzaba, los científicos comenzaron a experimentar con sustancias para enfriar las cosas. Hoy en día estas sustancias son llamadas refrigerantes, los cuales existen como naturales y sintéticos, siendo los segundos los que mayor uso tienen a nivel mundial en aparatos como refrigeradores y aires acondicionados. Su función principal es absorber calor, permitiendo así el enfriamiento de espacios, objetos o procesos. Para conseguir lo anterior, el refrigerante pasa por cuatro etapas en un sistema de refrigeración: compresión, condensación, expansión y evaporación, siendo la última la que produce el frío en el espacio a refrigerar.

El primer gran hallazgo del hombre en la refrigeración ocurrió en los años 1600 aproximadamente, al descubrir que la mezcla de hielo natural con sal generaba temperaturas más bajas que el hielo por sí solo.

En el siglo XVIII un científico escocés llamado William Cullen hizo un gran descubrimiento. Él mostró al mundo que al evaporar éter se podía crear hielo. El éter es un compuesto químico que se utiliza como solvente en diversas aplicaciones industriales y de laboratorio. Esto fue emocionante porque se demostró que se podían enfriar cosas usando evaporación.

Unos años después, en 1834, un ingeniero británico llamado Jacob Perkins inventó una máquina que podía enfriar usando vapor. Este fue un gran paso adelante en la historia de la refrigeración. La máquina de Perkins utilizaba éter como refrigerante y funcionaba comprimiendo y expandiendo el vapor.

En la primera mitad del siglo XIX, se llevaron a cabo avances significativos en el desarrollo de máquinas de compresión de vapor, y se realizaron numerosas pruebas con diferentes fluidos como refrigerantes, siendo su característica principal que todos eran naturales. Entre estos destacaron el amoniaco, el dióxido de carbono, el dióxido de azufre y algunos hidrocarburos. Esas sustancias resultaron ser eficaces pero tóxicos e inflamables, por lo que podían provocar lesiones graves al cuerpo humano o incluso la muerte. Para finales de ese siglo, la refrigeración mecánica ya estaba plenamente establecida como una tecnología consolidada.

En el primer cuarto del siglo XX, se desarrollaron dos tipos de refrigerantes sintéticos llamados clorofluorocarbonos (CFC) e hidroclorofluorocarbonos (HCFC), los cuales constituyen la primera y segunda generación de refrigerantes, respectivamente. Sin embargo, en los años 70’s de ese mismo siglo, se descubrió que ambos dañaban la capa de ozono, la cual protege a la Tierra de la radiación solar. Esto fue un gran problema, por lo que, en 1987 se estableció el Protocolo de Montreal donde se acordó eliminar gradualmente el uso de estos refrigerantes.

Con base al descubrimiento mencionado, se desarrolló la tercera generación de refrigerantes, los cuales debían ser inocuos al ozono, éstos fueron llamados hidrofluorocarbonos (HFC). La nula contribución a la destrucción del ozono de estas sustancias es debido a que no contienen cloro en su composición, sin embargo, estas presentan un potencial de calentamiento global (PCG) mucho más alto, lo que significa que tienen una capacidad considerable de atrapar calor en la superficie terrestre.

Es así como nace la cuarta generación de refrigerantes, la cual tiene como objetivo buscar alternativas más sostenibles principalmente que no contribuyan a la destrucción del ozono y que tengan el menor impacto posible al cambio climático, siendo las opciones los refrigerantes naturales y los sintéticos puros o mezclas, cuya base son las hidrofluorolefinas (HFO).

El impacto ambiental y sus consecuencias

El motivo por el que los CFC y HCFC dañan la capa de ozono es debido a su composición química, pues estas sustancias están compuestas de cloro y flúor, principalmente. Por su parte, los HFC son gases fluorados cuya contribución al calentamiento global es alta. A continuación te cuento cómo el cloro genera los daños irreversibles en la capa de ozono y el flúor promueve el incremento de la temperatura de la tierra.

Cuando los CFC y HCFC son liberados a la atmósfera, eventualmente alcanzan la estratósfera, una capa de la atmósfera ubicada aproximadamente entre los 10 a 50 kilómetros sobre la superficie de la Tierra. En la estratósfera, son descompuestos por la radiación ultravioleta del sol. La ruptura de los CFC y los HCFC por la radiación ultravioleta libera átomos de cloro. Estos átomos de cloro son altamente reactivos y pueden iniciar una reacción en cadena destructiva para el ozono, que es una molécula que se compone de tres átomos de oxígeno (O3). Los átomos de cloro reaccionan con las moléculas de ozono, destruyéndolas y reduciendo la cantidad de ozono en la capa. Una sola molécula de CFC o HCFC puede descomponer miles de moléculas de ozono antes de ser eliminada en la atmósfera. Como resultado, la capa de ozono se debilita, permitiendo que más radiación ultravioleta llegue a la superficie de la Tierra. Esto puede tener grandes consecuencias para la salud humana, la vida vegetal y animal, y puede aumentar el riesgo de enfermedades como el cáncer de piel y trastornos oculares. Además, es importante destacar que los CFC pueden persistir durante décadas en la atmósfera, lo que significa que pueden seguir causando daño a la capa de ozono tiempo después de su liberación, mientras que los HCFC tienen una vida útil más corta.

Por otro lado, aunque los HFC no contienen cloro en su composición, son gases de efecto invernadero, por lo tanto, tienen un alto potencial de calentamiento global. Al ser liberados en la atmósfera, los HFC pueden aumentar la concentración de gases de efecto invernadero y contribuir al cambio climático. Aunque los HFC no persisten tanto tiempo en la atmósfera como los CFC y los HCFC, permanecen durante varios años. Esto significa que tienen un impacto acumulativo en el calentamiento global por un tiempo considerable. El cambio climático puede dar lugar a fenómenos extremos como olas de calor más intensas, aumento del nivel del mar, cambios en los patrones de las enfermedades y alteraciones en los ecosistemas, lo que puede tener consecuencias para la salud humana.

Medidas ambientales

Ante la constante preocupación del incremento del calentamiento global, se están implementando esfuerzos para reducir el uso de los HFC. Además, se cuenta con acuerdos internacionales como el protocolo de Kioto que busca establecer medidas para la prevención de la liberación de gases de efecto invernadero. Uno se los más grandes objetivos es eliminar 90% de los HFC para el 2050.

Las HFO se consideran una alternativa más segura y ambientalmente amigable a los compuestos tradicionales (CFC, HCFC y HFC). Las HFO se caracterizan por tener un potencial de calentamiento global mucho menor, una vida útil menor en la atmósfera, lo que reduce su permanencia y su impacto acumulativo, otra característica importante es que las HFO poseen una eficiencia energética competitiva, lo que los hace candidatos a sustituir los actuales HFC.

Así que, a medida que avanzamos, seguimos buscando formas más seguras y amigables con el medio ambiente para enfriar nuestras cosas. La historia de los refrigerantes es un recordatorio de cómo la ciencia y la tecnología pueden ayudarnos a encontrar soluciones mejores y más sostenibles.

La refrigeración del futuro

El futuro de los refrigerantes se encamina hacia la adopción de opciones más sostenibles y respetuosos con el ambiente, siendo las opciones los refrigerantes naturales y los sintéticos.

Los primeros no causan impacto negativo en el ambiente, pero como se mencionó antes, el ser humano debe resolver asignaturas pendientes con el uso de estos fluidos, sobre todo en temas de seguridad, toxicidad, rendimiento e inflamabilidad.

Hablando de los refrigerantes sintéticos, las hidrofluorolefinas así como las mezclas HFO/HFC buscan ofrecer una alternativa más sostenible en comparación con los HFC convencionales. Estos nuevos compuestos tienen un PCG más bajo y una menor persistencia en la atmósfera, lo que los hace más favorables para mitigar el calentamiento global.

La transición hacia refrigerantes más seguros y respetuosos con el medio ambiente es un objetivo clave en el campo de la refrigeración y el aire acondicionado. Estamos en una época en la que la refrigeración se encuentra en una fase de cambio, muy probablemente vendrán nuevos refrigerantes y quizá en poco tiempo incluso, ¿Por qué no? Pudiéramos entrar a una quinta generación de refrigerantes cuya característica principal debería ser: Alta Eficiencia en los sistemas, inocuidad con el medio ambiente, bajo costo de operación y seguridad para el ser humano.

Fecha de publicación: 6 de noviembre de 2024.