México debe promover tecnologías propias para fabricar equipos de refrigeración por absorción alimentados con energía solar y con diseños que permitan disminuir el consumo de energía eléctrica.

JATZIBE ADRIANA CORREA ESPINOSA*

Los cambios tecnológicos, los aumentos de eficiencia energética y la diversificación de fuentes de energía serán fundamentales para hacer frente al crecimiento del consumo de electricidad, que será del orden de 4.8% anualmente en México en el período 2007-2016¹ . La refrigeración en los hogares es un factor clave en el consumo de electricidad. Representa el 30% del consumo eléctrico residencial y para zonas con climas extremos del país en ventilación, aire acondicionado y refrigeración, aumenta hasta el 41%² .

Las cadenas comerciales con influencia norteamericana también se han destacado con un 48%³ del consumo total de electricidad para ventilación, aire acondicionado y refrigeración, donde el valor económico agregado al producto por este concepto es difícil de cuantificar por no conferirle ninguna transformación. Sin embargo, los costos de energía utilizada son relevantes y repercuten en su precio final.

Con los protocolos de Montreal y Kyoto, los sistemas de refrigeración han sufrido transformaciones en su tecnología, en primera instancia porque se apeló la contribución acumulada en 60 años de un elevado índice de potencial en el agotamiento de la capa de ozono (ozone depletion potential, ODP) y en el calentamiento global (global warming potential, GWP), ambos provocados por la volatilidad del fluido en fugas, durante el cambio de compresor y también en el proceso de vaciado de los sistemas frigoríficos en etapa de reparación. Por otra parte, si el funcionamiento es ineficiente se incidirá en mayor suministro de electricidad y, por tanto, aumento en emisiones que ocasionan el calentamiento global.

DEL PASADO AL PRESENTE

El principal refrigerante al que se le han atribuido grandes daños es el halocarbono R-12, introducido en los Estados Unidos y suministrado en casi todas las líneas de refrigeradores y equipos de aire acondicionado. A partir de 1990 ha sido reemplazado principalmente por el hidrofluorocarbono (HFC) denominado comúnmente R-134a, para la refrigeración doméstica y comercial. En los sistemas de aire acondicionado y enfriadores se ha empleado principalmente a los hidroclorofluorocarbonos (HCFCs): R-22 o R-123 y una serie de mezclas ternarias que incluyen al R-22 y/o al R-134a, las cuales dicen tener un mínimo grado de afectación en el agotamiento de la capa de ozono.

El R-22 tiene pequeña influencia respecto al R-12 en el GWP. Sin embargo, conforme al protocolo de Kyoto, para los países desarrollados comprometidos con este documento quedará prohibida a partir del lº de enero del 2010 la manufactura o importación de equipos que empleen el R-22 y el uso virgen de este refrigerante para servicio en sistemas⁴ .

La anterior situación fue prevista por Loretzen⁵ , quien indujo el empleo de refrigerantes naturales cuando surgió la efervescencia por continuar con sustitutos sintéticos. El científico R. E. Banks⁶ mostró escepticismo al R-134a advirtiendo que debería usarse como última opción, pues “…estamos padeciendo ya el efecto de inyectar relativamente pequeñas cantidades de CFC y compuestos halogenados en el gigantesco reactor químico de la atmósfera de la Tierra”. Pero no tomaron prioridad las ventajas de índole ambiental y tecnológicas, de manera que se impuso nuevamente al mercado a tomar otras directrices como lo hizo desde que aparecieron los primeros equipos de refrigeración a principios de 1900.

En ese tiempo, las precursoras cajas frigoríficas trabajaban por sistema de absorción que operaba con una fuente de calor y un proceso de absorción química para aumentar la presión del refrigerante, por ejemplo, amoniaco mezclado con agua. A diferencia de este tipo de sistema, el de compresión apareció después y requería de un compresor para aumentar la presión del vapor. A uno y a otro sistema se le retiraba el calor al fluido, después de elevarle la presión, mediante un condensador y posteriormente se daba una caída drástica a la presión del fluido, justamente a aquélla a la que la tubería del líquido, al pasar el refrigerante y tener contacto con la cámara frigorífica, absorbiera el calor suficiente para enfriar lo deseado mientras cambiaba a fase gaseosa. El mismo principio de funcionamiento aún prevalece en ambos sistemas hoy día.

Desde la década de los treinta, los dos tipos de funcionamiento estuvieron presentes en el mercado estadunidense y aunque los sistemas de absorción consumían 30% menos de energía eléctrica respecto a los de compresión, este hecho no sobresalió hasta los años 70 cuando se suscitó una crisis petrolera. En cambio, los sistemas convencionales de compresión se vieron privilegiados por incentivos gubernamentales decisivos para usar la electricidad a través de los motores eléctricos. Su gran demanda motivó a hacerlos simples y baratos, lo que demeritó el profesionalismo en la ingeniería del producto al presentar fugas. Como consecuencia, hubo restricciones perjudiciales en diseños preestablecidos para cumplir con protocolos ambientales.

Después de que organizaciones ambientalistas y gubernamentales señalaron esas deficiencias, los sistemas mecánicos por compresión han recibido innovaciones aptas para continuar en el mercado. Ahora estos sistemas dominan en muchas lugares por sus significativas ventajas en eficiencia, tamaño y costo del equipo. Los refrigeradores pequeños comerciales y domésticos trabajan con R-134a y en cargas medianas, como en la industria se emplea el R-22 dada su versatilidad para trabajar con diferentes mecanismos.

Pero aún así los sistemas de compresión consumen nueve veces más de la electricidad que lo que consumen los de absorción, porque, mientras que para uno el suministro eléctrico alimenta al compresor, para el otro es sólo para hacer funcionar una pequeña bomba o a veces ni siquiera ésta (absorción por difusión para uso doméstico) y exclusivamente requiere de la fuente de calor. El problema en los sistemas de absorción es que la cantidad de calor demandada en cantidades de unidades de energía es mucho más grande que la del trabajo hecho por el compresor. Sin embargo, cuando el calor se abastece con vapor residual o energía solar, el exceso económico es compensado.

Con el advenimiento de la prohibición al uso del R-22 –el Protocolo de Kyoto establece que a partir del 2010, este fluido ya no se puede emplear en los países signatarios– Dupont, como líder del mercado en esta línea de productos, ha promovido el uso de otras mezclas de refrigerantes que se hacen llamar “naturales” o “ecológicos”, como el R-401a para uso domestico y los R-410A, R404A o R407C para aplicaciones comerciales e industriales. Son refrigerantes químicamente muy complejos que tienen un GWP insignificante. No obstante, el R-22 aún se utiliza mucho en algunos países menos desarrollados, especialmente China.

Aismismo, en el ámbito de la investigación de las empresas ha resurgido el interés por otros refrigerantes, de composición más sencilla, antes muy empleados y con cero o casi cero índice de OPD y GWP, como son: aire, agua, amoniaco(R-717), hidrogeno, etileno, propano(R-290) e isobutano (R-600a) y bióxido de carbono(R-744).
De hecho, los primeros equipos de refrigeración, tanto doméstica como móvil, trabajaban con bióxido de carbono (CO2), amoniaco y halocarburos, que ahora generan renovado interés. El CO2 tiene un índice GWP de uno y el amoniaco tiene índice cero en ODP y GWP⁷ , en comparación con un índice de 1,200 para el R-134 a, pero se cuestiona la toxicidad en el amoniaco y lo inflamable en el R-290 y R-600a.

El CO2 tomará ventaja como refrigerante en el corto plazo, al menos en los países desarrollados, ya que empresas como Cocacola, Unilever, Nestle y McDonalds –principales blancos de las presiones ambientalistas y de quienes el proceso de su producto y/o su existencia y ventas está a expensas de la refrigeración– ya están presentes en congresos internacionales que promueven R-744, R-290, R-600a.

Ante esta situación, Estados Unidos se inclina más por incrementar eficiencias en equipos de aire acondicionado y refrigeración mediante perfeccionamientos en diseños de compresión y así dar oportunidad al consecutivo desarrollo de los refrigerantes sintéticos, en tanto que la postura de la Unión Europea es crear nuevos diseños para el uso de CO2, halocarburos y amoníaco por ser poco agresivos al ambiente y con buena eficiencia energética. Por su parte, las manufactureras japonesas se inclinan por los refrigerantes sintéticos como R-134a, R-404A y R-407C, mientras que para las unidades fabricadas en Tailandia y China hay una predominancia por el uso de R-22⁸ .

Bajo estas circunstancias, ¿qué sigue en la evolución tecnológica de la refrigeración? Hay dos propuestas: 1º Se plantea el uso predominante de las mezclas de refrigerantes en coexistencia con el CO2 y halocarburos, lo que significa la realización en diversos grados de modificaciones a los diseños actuales, con el fin de adaptarles las condiciones propicias de trabajo para fluidos permitidos. 2º Se proponen diseños nuevos a partir del inicio del 2010, lo que implicará, en países desarrollados comprometidos con el protocolo de Kyoto, el reemplazamiento de equipos en oficinas, hoteles, escuelas, cadenas comerciales, hospitales, restaurantes, galerías, museos, etc., donde aún nadie está preparado para confrontar este radical cambio tecnológico.

Por mientras, las mezclas refrigerantes, el CO2, los halocarburos y el amoniaco se encuentran en la contienda para los inversionistas, quienes ya no quieren volver a arriesgar diseños que trabajen con fluidos vulnerables en la política ambiental. En tales circunstancias, ¿quién dominará en el mercado de los refrigerantes ó en que proporciones se dividirá?

SITUACIÓN DE MÉXICO

En México, no obstante las facilidades crediticias brindadas por el Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica (FIDE), aún todavía hay refrigeradores trabajando con R-12 y el fluido continua circulando en el mercado. El número de usuarios con refrigeradores alimentados con R-134a se ha expandido por sus diseños compactos, al grado de que llegan a ocuparse hasta en la economía informal.

La refrigeración domestica, los sistemas comerciales de refrigeración y el aire acondicionado tanto estacionario como móvil están invadidos por mecanismos que trabajan con R134a y R-22, con el aliciente de que, aquí en nuestro país, el R-134 se usará por lo menos hasta el 2030⁹ . Limitados son los que trabajan con R600a o con refrigerantes naturales.

Las unidades de aire acondicionado, sobre todo en el norte del país, suelen ser equipos usados provenientes de demoliciones y de la sustitución de equipos de alta eficiencia como resultado de programas de ahorro de energía en Estados Unidos.

En México más del 90% de la refrigeración industrial y aire acondicionado es de tipo de compresión mecánica y usa refrigerantes sintéticos o amoniaco. En ese contexto, el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE), a través del FIDE¹⁰ , desde 1996 hizo la propuesta de un eficiente uso de la energía mediante el empleo de equipos de refrigeración por absorción que trabajan con la mezcla nitrato de litio-amoniaco o bromuro de litio-amoniaco.

Escasos son los prototipos como el que se encuentra en el Tecnológico de Monterrey(ITESM)¹¹ campus Monterrey, cuya instalación de aire acondicionado con sistema de absorción de tres toneladas de refrigeración es alimentada con energía solar. Otro prototipo en refrigeración por absorción que trabaja con energía renovables se encuentra en el Centro de Investigación en Energía (CIE) que muestra, a través de la Gaceta UNAM¹² , la facilidad de la técnica para hacer un equipo fabricante de 10kg de hielo con suministro de energía solar.

Los pocos equipos de absorción domésticos se emplean en hoteles y bares, sobre todo en zonas turísticas por ser silenciosos, pero el suministro calorífico es con resistencia eléctrica. En la industria, la aplicación de éstos es contada, generalmente en empresas con licencia extranjera, uno que otro utiliza como fuente de calor, para el funcionamiento del enfriamiento por absorción, colectores solares.

La apertura de mercado ha puesto a disposición de cualquier usuario la adquisición de sistemas de refrigeración o aire acondicionado con variedad en suministro energético, mecanismos y fluidos a escoger: celdas solares fotovoltaicas, magnéticos, de absorción con colectores solares térmicos, etc. Pero si en Europa sus productores lamentan la poca disposición de los usuarios para pagar la transición hacia esas nuevas tecnologías, ¿qué se espera aquí en México?