Erradicar el daño al medioambiente ha empujado a la industria HVACR a investigar respecto de alternativas refrigerantes que lo disminuyan, una buena transición hacia ellas también dependerá de la capacitación que los técnicos adquieran.
El uso de los sistemas de refrigeración con CO2 como refrigerante inició en la década de 1890, convirtiéndose en el refrigerante de elección para la congelación y el transporte de productos alimenticios perecederos vía marítima.
Sinaí Romo
Fuente: Buenas Prácticas en el uso de sustancias alternativas a los HCFC
La reducción y eliminación de gases refrigerantes dañinos para el medioambiente, junto con la llegada de sustancias alternativas que disminuyan estos daños, hace más fuerte la necesidad de los técnicos HVACR de conocer las características actuales de los refrigerantes, su funcionamiento, aplicaciones correctas, entre otros, con el fin de que estén conscientes de los cambios que vienen y se mantengan capacitados en su labor profesional, ya que, desafortunadamente, la mayoría aún no cuenta con información para manipular las nuevas tecnologías.
Ante la sustitución de gases dañinos, aparecen los refrigerantes naturales, los cuales se deben conocer y revisar para saber si se pueden aplicar a los distintos sistemas de refrigeración, porque de utilizarse incorrectamente se corren riesgos en la seguridad y eficiencia de los equipos, pues algunos gases se deben manejar con medidas de seguridad específicas debido a su inflamabilidad y toxicidad.
Los refrigerantes naturales son sustancias que no dañan la capa de ozono y tienen un muy bajo Potencial de Calentamiento Global (PCG), aunque sí pueden afectar en cierto modo las condiciones ambientales. Dentro de los refrigerantes considerados como naturales se encuentra el dióxido de carbono, el amoniaco y los hidrocarburos, que si bien ya se usaban como refrigerantes antes de 1950, ahora su uso ha aumentado debido al menor impacto que tienen sobre el daño planeta.
Dióxido de carbono (CO2)
Como refrigerante, el dióxido es competitivo y benigno. Es un fluido inodoro, incoloro y menos pesado que el aire, su PCG equivale a cero; pero es un gas de efecto invernadero que puede modificar el medioambiente si su concentración en la atmósfera aumenta en gran medida.
No es inflamable y posee una baja toxicidad, aunque al no desprender ningún tipo de aroma puede ocasionar que al haber alguna fuga, el técnico no la detecte.
Puede utilizarse con lubricante polietileno glicol de alquileno, con polioléster o con polivinil éter. Además, posee la capacidad de remover material adherido en los equipos, sin dañarlos
En cuanto a su desempeño termodinámico, el ingeniero Gildardo Yáñez, experto en el manejo de refrigerantes, comenta que este gas posee una alta conductividad térmica y alta densidad en fase gaseosa, lo que resulta en una buena transferencia de calor en los evaporadores, condensadores y enfriadores de gas; así, estas características permiten una selección de equipos más pequeños en comparación con los que utilizan CFC, HCFC y HFC. Asimismo, debido a que tiene una baja caída de presión, permite reducir el diámetro de las tuberías.
Cargar el CO2 en estado líquido cuando el sistema esté en vacío puede generar hielo seco en el interior del sistema
Aunque el CO2 es una buena alternativa para la refrigeración, en México aún se presentan algunas dificultades para su uso, ya que, como lo aclara el ingeniero Yáñez, si se desea aplicar CO2 en instalaciones de tiendas de conveniencia, tiendas de autoservicio, centros de distribución, etcétera, la situación geográfica de México está muy lejana de las latitudes (paralelo 45) donde se puede operar en un sistema transcrítico (enfriado por aire). Así que, a fin de utilizarlo en el país, tiene que ser en subcrítico (sistema en cascada / sistema híbrido o como fluido secundario). Si deseamos aplicarlo en pequeños sistemas autocontenidos, se puede operar en transcrítico, con la condición de que el equipo se encuentre en interiores y en un área con la temperatura ambiente controlada.
“Las temperaturas ambiente promedio de México hacen que la operación en sistema transcrítico no sea una opción. El consumo de energía se puede reducir en transcrítico en un 5 por ciento en los climas fríos, como los del norte de Europa; pero incrementar en un 5 por ciento en climas más cálidos, como los del sur de Europa o Estados Unidos. El ahorro en el consumo de energía se pierde en México”, añade el experto.
Fuente: Buenas Prácticas en el uso de sustancias alternativas a los HCFC
En cuanto a las medidas de seguridad al trabajar con CO2, se debe tomar en cuenta que esta sustancia no se puede percibir a través del olfato, por lo que puede desplazar el oxígeno hasta límites nocivos para la salud. “Tales características llevan a la necesidad de prestar una especial atención en la detección de fugas, a tener un sistema de alarma que pueda detectar y avisar a tiempo que se tiene la presencia de CO2 y a contar con ventilación de emergencia”, añade Yáñez
La elevada presión del gas cuando éste se escape provocará un estallido con salpicaduras de refrigerante con residuos en estado sólido a muy baja temperatura a la velocidad del sonido. Nunca se debe cargar el CO2 en estado líquido cuando el sistema esté en vacío, ya que cuando entre el gas al sistema, el cambio súbito de presión provocará que al evaporarse se forme hielo seco en el interior del sistema.
Siempre se debe utilizar el equipo de protección personal, como ropa de algodón, lentes de seguridad, tapones auditivos y guantes.
A diferencia de otro refrigerante natural, el CO2 no puede adaptarse a algún equipo, ni antiguo, ni actual. Los equipos deben estar diseñados para las características de este gas. Por último, en relación con los hidrocarburos, el CO2 posee la ventaja de poder utilizarse en instalaciones sin limitante alguna.
Amoniaco
A diferencia del dióxido de carbono, el amoniaco sí puede utilizarse en sistemas actuales. Dicha sustancia tiene características deseables como refrigerante que son conocidas desde hace aproximadamente un siglo. Es un refrigerante alternativo tanto para sistemas de refrigeración, como para equipos de aire acondicionado. Además, puede utilizarse en equipos nuevos y en los ya existentes. Tiene un punto de vaporización bajo (-33 ºC), un potencial de disminución de la capa de ozono de cero cuando se libera a la atmósfera, no contribuye directamente al calentamiento global y tiene un alto calor latente de vaporización. Este gas permanece en la atmósfera tan solo unos días, por lo que se considera un gas biodegradable.
Por otra parte, la eficiencia energética del amoniaco es mayor que la del resto de los refrigerantes, por lo que al utilizarlo se consigue disminuir el consumo energético de la instalación. También el coste del amoniaco es una ventaja atractiva al ser mucho menor al de cualquier refrigerante sintético. En términos generales, cuesta entre 10 y 20 por ciento menos en instalación.
Siempre se debe utilizar el equipo de protección personal, como ropa de algodón, lentes de seguridad, tapones auditivos y guantes
Si bien sus ventajas como refrigerante son muchas, se debe tener siempre presente que es una sustancia peligrosa en altos niveles de concentración. Según el National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH, por sus siglas en inglés), el nivel de concentración al que puede exponerse una persona durante 30 minutos sin protección respiratoria es de 500 partes por millón (el umbral de olor promedio de las personas es de cinco partes por millón, muy por debajo de las concentraciones peligrosas), pero al ser un gas irritante es bastante difícil que alguien pueda exponerse a concentraciones peligrosas por tanto tiempo sin darse cuenta.
Siempre se deben tomar medidas de seguridad antes de su manipulación y contar con ropa de trabajo apropiada.
Fuente: Buenas Prácticas en el uso de sustancias alternativas a los HCFC
Hidrocarburos
Los hidrocarburos (HC) son utilizados ampliamente en el campo de la refrigeración moderna debido a sus propiedades amigables con el ambiente, aunque antes de trabajar con ellos, el técnico debe asegurarse de utilizar sólo equipos que cumplan con los requisitos de seguridad, así como equipo de protección personal, pues los refrigerantes a base de HC son inflamables si se mezclan con aire.
Los HC son casi inodoros, incoloros y tienen un PAO de cero y un PCG de tres. Se emplean principalmente en sistemas en cascada y circuitos secundarios, como refrigeración en supermercados, chillers con sistemas de seguridad, y en aires acondicionados compactos. Pero como se mencionó anteriormente, debido a su inflamabilidad, su uso debe limitarse a circuitos frigoríficos herméticos con pequeñas cargas a sistemas ubicados en lugares cerrados o espacios exteriores protegidos.
Entonces, es posible usar hidrocarburos mientras cumplan con las normas de seguridad establecidas.
Respecto de este tema, son distintas las medidas que se deben tomar en cuenta, las principales son: que el lugar de trabajo no cuente con fuentes de calor que puedan generar flamas, tampoco interruptores ni aparatos que produzcan chispas. Está prohibido fumar. También se debe evitar la electricidad estática y procurar que el lugar cuente con una buena ventilación, así como no permitir la presencia de gente ajena a las labores.
Fuente: Buenas Prácticas en el uso de sustancias alternativas a los HCFC
En cuanto a la construcción de los sistemas para este tipo de refrigerantes, en entrevista para la revista Mundo HVAC&R, el ingeniero Jorge Sierra, director de Investigación y Desarrollo en Refrigeración Ojeda, menciona que los equipos se fabrican prácticamente igual que los tradicionales, pero se debe tener mucho mayor atención para garantizar que no haya fugas en el sistema de refrigeración; igualmente, también se deben evitar los elementos que produzcan chispas. Además, aclara que es muy importante la capacitación para todos los técnicos de servicio, pero es un aspecto que desgraciadamente en México aún no se ha propagado. “Será imprescindible capacitar respecto del manejo de los hidrocarburos para estar preparados anticipadamente al cambio de refrigerantes que se tendrá en el corto plazo”, cita el entrevistado.
Para realizar un servicio a equipos que funcionan con hidrocarburos, los técnicos encargados deben contar con la capacitación profesional adecuada que les permita manipular los refrigerantes; así como contar con los conocimientos necesarios sobre el uso de herramientas, los componentes del sistema y las medidas de seguridad, tanto del lugar como del personal.
La capacitación respecto del manejo de hidrocarburos será imprescindible al momento del cambio de refrigerantes
Propano
El propano o R290 es un hidrocarburo que se utiliza en algunos equipos de refrigeración, como bombas de calor o equipos de refrigeración comercial.
Al trabajar con un refrigerante de este tipo se debe revisar que éste sea de alta pureza, pues algún tipo de impureza presente contribuye a la degradación de los aceites lubricantes de la instalación o al desgaste o rotura de algunas piezas.
En ocasiones, también ocurre que si el hidrocarburo no es de alta pureza, pueden ir mezclados con él otros hidrocarburos, pudiendo variar drásticamente las propiedades físicas y termodinámicas del hidrocarburo original.
El propano es inodoro, por lo cual es difícil que se detecte la presencia de fugas. Por otra parte, ofrece una gran reducción de las emisiones directas y aumenta la eficiencia energética
De acuerdo con datos reportados por los expertos del sector de la refrigeración, resulta una alternativa bastante adecuada para la refrigeración, incluso en ambientes con altas temperaturas.
Este tipo de equipos proporciona un 10 por ciento de aumento en la eficiencia energética y un menor costo respecto del R-410A, por ejemplo.
El propano, lo mismo que el resto de refrigerantes del tipo hidrocarburos, también tiene una muy buena miscibilidad con cualquier tipo de lubricante. En ocasiones, será necesario el uso de aceites de mayor viscosidad para compensar ese exceso de solubilidad.
Fuente: Buenas Prácticas en el uso de sustancias alternativas a los HCFC
Isobutano
Se trata de un hidrocarburo que se utiliza en algunos equipos de refrigeración, como refrigeradores domésticos o en pequeños aparatos para el enfriamiento de productos en espacios comerciales.
Tiene una buena capacidad de enfriamiento aun cuando trabaja con elevadas temperaturas de condensación, incluso con alta sensibilidad a las desviaciones en la carga.
Se debe considerar que el R600a posee una capacidad volumétrica inferior en un 50 por ciento al R12 o al R134A, por lo que no se puede considerar un sustituto de éstos.
El isobutano que se utiliza en aplicaciones de refrigeración que no está odorizado como los de uso doméstico (el hidrocarburo doméstico se odoriza para que sea rápidamente detectable en el caso de una fuga), por lo que se debe tener mucha precaución ante la presencia de alguna fuga, para que esta se repare de inmediato.
Fuente: Buenas Prácticas en el uso de sustancias alternativas a los HCFC
Los refrigerantes naturales son ambientalmente seguros, relativamente económicos y son una solución para el futuro.
En este sentido, son muchas las empresas que ya muestran interés en las nuevas medidas para el cuidado del medioambiente, así como en el uso controlado y responsable de sustancias que reemplacen a los refrigerantes dañinos.
Es en este proceso, los técnicos HVACR juegan otro papel sumamente importante, ya que son quienes deben buscar la capacitación constante con el propósito de mantenerse al tanto de las tendencias y necesidades del mercado. De esta manera, tendrán la capacidad de elegir el refrigerante adecuado para cada aplicación; conocer sus ventajas y desventajas, así como sus propiedades generales.
Por ello, es imprescindible mantenerse informados y ser proactivos, ya que un técnico actualizado podrá ofrecer servicios de calidad y ser responsable con el medioambiente.
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