Más de una docena de mezclas químicas podrían servir como refrigerantes alternativos que no calentarán la atmósfera tanto como lo hacen los refrigerantes actuales. o prenderse fuego, según un nuevo estudio computacional del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST).

El estudio del NIST identificó las 22 "mejores" mezclas no inflamables o marginalmente inflamables con menor potencial de calentamiento global (GWP), una medida de cuánto calor atrapará un gas si se libera a la atmósfera, que el refrigerante estándar actual para el aire acondicionado de vehículos (AC ), llamado R-134a (tetrafluoroetano).

La mayoría de las mezclas identificadas combinan el R-134a con uno o dos refrigerantes comerciales más.

El nuevo análisis NIST, que se llevó a cabo para el ejército de los EE. UU., Pero también se aplica a aplicaciones civiles, como sistemas de CA para hogares y automóviles, es un seguimiento de un estudio del NIST de 2017 que encontró que todos los componentes de un solo componente, Los refrigerantes respetuosos con el clima eran al menos ligeramente inflamables. Ese estudio sugirió que las mezclas podrían ofrecer las soluciones óptimas.

"El ejército insiste en querer mezclas no inflamables, pero las aplicaciones civiles se están moviendo cada vez más hacia mezclas al menos marginalmente inflamables, ", Dijo el ingeniero mecánico del NIST y autor principal del estudio, Ian Bell.

Para ayudar a reducir el calentamiento global, casi 200 naciones, incluidos los Estados Unidos, acordó en 2016 enmendar el Protocolo de Montreal para eliminar gradualmente a mediados de siglo los refrigerantes utilizados en la mayoría de los sistemas de aire acondicionado. La eliminación parcial en lugar de una eliminación completa, reconoció las complicadas elecciones que deberán tomarse para seleccionar reemplazos.

Para el nuevo estudio, Los investigadores del NIST seleccionaron 13 fluidos dentro de un rango de presión, inflamabilidad y valores de GWP que podrían producir una mezcla con las características deseadas. Todos los fluidos eran de baja toxicidad y estaban disponibles comercialmente. Los investigadores llevaron a cabo una evaluación exhaustiva de todas las combinaciones posibles de dos o tres de los 13 fluidos.

Los fluidos incluían hidrofluoroolefinas, que tienen un GWP muy bajo pero son levemente inflamables; hidrofluorocarbonos no inflamables (HFC) con GWP de moderado a alto; HFC levemente inflamables; y dióxido de carbono, que no es inflamable y también tiene un GWP muy bajo de 1, pero aumentaría la presión de funcionamiento de una mezcla, lo cual es indeseable.

Los investigadores del NIST no encontraron ninguna mezcla que cumpliera con todas las restricciones deseadas:no inflamabilidad, bajo GWP, alta eficiencia (refrigeración por unidad de trabajo), y capacidad de enfriamiento general similar a la del sistema de línea base R-134a.

El estudio identificó 14 mezclas no inflamables que ofrecían una reducción en el GWP de, a lo sumo, 51 por ciento en comparación con el GWP de 1300 del R-134a. Se identificaron ocho mezclas adicionales que eran marginalmente inflamables con reducciones de GWP de hasta el 99 por ciento. Los investigadores simularon el rendimiento de estas 22 mezclas en un modelo detallado de ciclo de refrigeración. El estudio se realizó mediante herramientas computacionales; los investigadores planean realizar experimentos de laboratorio para verificar los resultados.

El estudio reveló varias tendencias. Las mezclas no inflamables más prometedoras tienen una eficiencia ligeramente menor en comparación con el R-134a. Estas mezclas no inflamables tienen un límite de GWP más bajo de 640; esto se debe a la necesidad de una gran cantidad de R-134a en la mezcla para suprimir la inflamabilidad de los fluidos de bajo GWP. Otras mezclas que contenían una cantidad significativa de dióxido de carbono tampoco eran inflamables, pero estos tenían eficiencias muy bajas en comparación con el R-134a y no se consideraron alternativas viables.

También hay una tendencia general de aumento de la eficiencia junto con el GWP y la inflamabilidad. Esto se debe a que los fluidos de menor GWP tienden a ser moléculas más complejas y esta complejidad puede obstaculizar el rendimiento de la refrigeración.

"Las mezclas 'buenas' que encontramos son muy poco inflamables, "Advirtió Bell." Eso no significa que no se quemarán aún en el entorno adecuado. Necesitamos ser cautelosos porque esto es una especie de arte oscuro. Existe una compensación fundamental:si realmente desea no inflamabilidad y eficiencia, no obtendrás ambos. Obtendrá uno o el otro ".