Contexto

 

El cambio climático es un problema real que afecta el mundo entero y cobija a todas las esferas sociales. A la fecha de elaboración de este blog el país atraviesa un fenómeno del niño con consecuencias nefastas: Incendios, sequías, reducción del rendimiento agropecuario, falta de abastecimiento de agua, entre otros.

 

Los sistemas de refrigeración y aire acondicionado por compresión de vapor contribuyen directamente y en sobremedida al problema del cambio climático. Las sustancias que utilizan estos sistemas tienen, en su mayoría, un alto potencial de calentamiento global y algunos de ellos además de lo anterior, también cuentan con potencial de agotamiento de ozono.

 

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Imagen 1. Huella de carbono por fugas de refrigerante clientes Somosfrio 2023.

Fuente. Central de Indicadores de Mantenimiento Autogestionado CIMA.

 

Actualmente el mundo de la refrigeración y el aire acondicionado enfrentan el mayor reto desde el nacimiento del sistema de refrigeración por compresión de vapor. Sumado al gigantesco impacto ambiental que implica la liberación a la atmósfera de estas sustancias, el aumento de la temperatura en el planeta y la preocupación creciente de los países desarrollados y en desarrollo para afrontar el problema hace necesario acelerar la sustitución de refrigerantes con alto impacto ambiental por refrigerantes naturales sustitutos definitivos cuyo impacto ambiental sea irrelevante.

Colombia ha suscrito en sus leyes y políticas nacionales una serie de tratados internacionales que propenden la preservación y cuidado del medio ambiente, la eliminación del uso de sustancias agotadoras de la capa de ozono como el R12 y el R22 y el uso de refrigerantes con bajo potencial de calentamiento global.

 

Refrigerantes naturales

 

Los refrigerantes naturales son sustancias producidas por procesos bioquímicos de manera natural, son captados, purificados y procesados para su uso industrial. Actualmente su uso está generalizado y son sustitutos definitivos de los refrigerantes clorofluorados agotadores de la capa de ozono y con altos potenciales de calentamiento global.

 

Las ventajas principales de los refrigerantes naturales son:

 

1. Eficiencia comparable o mejor que los refrigerantes tradicionales.
2. No son agotadores de la capa de ozono.
3. Potencial de calentamiento global despreciable.

 

 

Los refrigerantes naturales principalmente utilizados son: Amoniaco (NH3), dióxido de carbono (CO2), Propano (comúnmente conocido como R290), isobutano (comúnmente conocido como R600a), propileno (comúnmente conocido como R1270).

 

Si bien las ventajas ambientales de estos refrigerantes son evidentes, hay consideraciones técnicas y de seguridad que deben tenerse en cuenta a la hora de hacer uso de ellos. Presiones de trabajo, toxicidad e inflamabilidad son la otra cara de la moneda.

 

Aplicabilidad

 

Los refrigerantes naturales son usados en diferentes escalas, desde una nevera doméstica que utiliza menos de 50 gramas de R600a, hasta sistemas de cuartos fríos industriales que utilizan varios kilogramos de R290, CO2 o NH3 para sus procesos, pasando por escalas comerciales intermedias.

 

Dependiendo de la sustancia refrigerante a utilizar han de adoptarse ciertas medidas, desde el diseño y prefactibildiad técnica y de seguridad, hasta la instalación, puesta en marcha, mantenimientos preventivos, correctivos y disposición final.

 

En la Imagen 2 pueden observarse las principales características de estas sustancias.

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Imagen 2. Características de los refrigerantes naturales.

Fuente. INTARCON, (20-02-2024), Refrigerantes Sustitutos Naturales recuperado de: https://www.intarcon.com/refrigerantes-sustitutivos-naturales

En el presente blog nos centraremos en las consideraciones especiales que han de adoptarse para aquellas sustancias inflamables no tóxicas que operan con presiones de trabajo similares a los refrigerantes tradicionales, específicamente los hidrocarburos: Propano, isobutano, propileno. Si desea conocer más sobre los demás refrigerantes naturales, lo invitamos a echarle un vistazo al siguiente enlace:

 

Refrigerantes sustitutivos naturales

 

Antes de instalar cualquier sistema comercial o industrial con hidrocarburos, usted deberá conocer la Norma Técnica Colombiana NTC 6228, que dictamina la viabilidad de un proyecto con hidrocarburos teniendo en cuenta los límites de carga de refrigerante para un espacio dado.

 

En cualquier caso debe garantizarse que, en el momento de presentarse fuga de refrigerante, la concentración de este no alcance el límite inferior de inflamabilidad. Según la Norma Técnica Colombiana NTC6228, el límite de carga de refrigerante inflamable en un sistema de refrigeración debe determinarse de acuerdo con la clasificación de toxicidad y / o inflamabilidad del refrigerante, el tipo de sistema de refrigeración y la categoría de ocupación del recinto.

 

Caso ilustrativo

 

A continuación presentamos un caso práctico para ilustrar el cálculo de la masa máxima de hidrocarburos en un cuarto frío. Cabe destacar que este es un caso puntual a modo de ilustración, bajo ningún caso puede tomarse como referencia pues cada caso es individual y deberán seguirse los lineamientos de la NTC 6228 para cada uno de ellos.

 

Para un sistema con carga liberable limitada, es decir, que en caso de fuga el sistema corte el paso de refrigerante hacia la zona ocupada y evite la liberación total del mismo, que utilice R290, cuyo evaporador se encuentre en un cuarto frío de 187 metros cúbicos y su condensadora se encuentre en un cuarto de máquinas al aire libre, según la NTC 6228, la carga máxima de refrigerante permitida está determinada por la siguiente fórmula:

 

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 = 𝑚𝑟𝑒𝑙 + 𝑚𝑟𝑒𝑡

Donde

𝑚𝑟𝑒𝑙 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑖𝑔𝑒𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑖𝑏𝑒𝑟𝑎𝑏𝑙𝑒 𝑒𝑛 𝐾𝑔

y

𝑚𝑟𝑒𝑡 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑖𝑔𝑒𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝐾𝑔

 

La carga de refrigerante liberable 𝑚𝑟𝑒𝑙 no puede ser superior a la carga máxima permitida para sistemas con flujo de aire integrado determinada por la siguiente fórmula

 

𝑚𝑟𝑒𝑙 < (𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎𝑠 𝑐𝑜𝑛 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 = 𝑆𝐹𝑥L𝐹𝐿𝑥ℎ𝑜𝑥𝐴)

 

Donde SF es el factor de seguridad que nunca puede ser superior a 0,5, LFL es el Límite Inferior de Inflamabilidad del R290, ℎ𝑜 es la altura mínima del evaporador (para el caso: 5,5m) y A el área del cuarto frío. En nuestro caso:

 

mrel < (Masa máxima para sistemas con flujo de aire integrado = (0,5 x0,038Kg/m3 ) (5,5 m) (31.25 )

𝑚𝑟𝑒𝑙 < 3, 265𝐾𝑔

 

La carga liberable 𝑚𝑟𝑒𝑙 es la carga máxima que puede alojar el evaporador: 40% de la carga total del equipo, de tal modo, la carga máxima total del equipo está determinada por:

 

Carga máxima total = 3,265Kg + (0,6*3,265/0,4)

Carga máxima total = 8,1625 Kg.

 

Para el caso práctico anterior es necesario utilizar menos de 8,1635 Kg de R290. Es importante mencionar que este valor es para este caso puntual, con unas condiciones dadas particulares. Una vez se conoce la masa máxima de refrigerante que puede usarse, se debe determinar cuál es la masa de refrigerante que utiliza el equipo y validar la viabilidad técnica y de seguridad del proyecto.

 

Adicional a los cálculos que garantizan el cumplimiento de la carga máxima, usualmente deben tomarse medidas de seguridad extras, tales como:

 

• Sensor de hidrocarburos debajo del evaporador. Este permite detectar fugas dentro del recinto refrigerado, envía una señal eléctrica para cortar el suministro de refrigerante al evaporador y activa las alarmas visuales y sonoras dispuestas para casos de fugas de hidrocarburos.

 

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Fotografía 1. Sensor Carel GDWBS03A00, detector LEL R290

Tomada por. Personal Técnico Somosfrio.

 

• Paros de emergencia. Se instalan en ubicaciones estratégicas y son utilizados cuando se requiere parar el sistema o cuando existe una emergencia ajena al equipo. Una vez se accionan, el refrigerante es recogido en la condensadora donde su presencia es inofensiva.

 

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Fotografía 2 y 3. Ubicación de los paros de emergencia en tablero eléctrico y condensadora respectivamente.

Tomada por. Personal Técnico Somosfrio.

• Alarmas sonoras. Hacen parte del sistema de seguridad de los sistemas con hidrocarburos, alertan al personal aledaño de la presencia de hidrocarburos en el ambiente dando la instrucción de desalojar la zona.

 

• Pictogramas de seguridad. Se disponen de manera estratégica a lo largo de la línea de refrigeración del equipo, en los cuartos de máquinas, en los evaporadores y a la entrada de los cuartos refrigerados. Son utilizados de manera informativa.

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Imágenes 3, 4, 5 y 6. Pictogramas informativos

Fuente. Elaboración propia a partir de directrices de la NTC6228.

• • Imagen 3: PROHIBIDO EL INGRESO A PERSONAL NO AUTORIZADO. Son zonas con acceso restringido todas aquellas que cuenten con este símbolo visible. Evitar ingresar a estos lugares.
• • Imágenes 4 y 5: PROHIBIDO FUMAR y PROHIBIDO TENER LLAMAS O LUCES DESNUDAS. Por las propiedades de inflamabilidad de la sustancia refrigerante quedará prohibido fumar o encender llamas o luces desnudas en las zonas donde se encuentre este símbolo. Se deberán establecer zonas de fumadores o quemas controladas (si aplica) en zonas alejadas de estos sitios.
• • Imagen 6: R290 INFLAMABLE. Letrero informativo. Denota la presencia de refrigerante R290 Inflamable cerca a este símbolo. Se encuentran ubicados en el evaporador, la condensadora y a lo largo de la línea de refrigeración. En presencia de este símbolo deberán adoptarse las restricciones consignadas en las Imágenes 4 y 5.

 

Se deben establecer medidas de lucha contra incendios al interior del cuarto refrigerado y zonas aledañas. Se debe disponer al menos un (1) extintor de agua pulverizada, espuma o polvo seco, no utilizar dióxido de carbono o agua para apagar un incendio o conato generado por R290. Los números de emergencia de los cuadrantes locales de atención deben estar visibles y ser divulgados ante el personal que ocupa estas zonas.

 

• Establecimiento de procedimiento de emergencia en caso de activación de alarma sonora. Se debe elaborar un procedimiento de emergencia en caso de fuga de hidrocarburos detallado y debe ser divulgado a todo el personal que labora en la zona. Además de esto se recomienda incluir un simulacro de fuga de hidrocarburo dentro del plan de capacitaciones y simulacros del Sistema de Gestión de Seguridad y Salud en el Trabajo.

 

Conclusión.

 

Los refrigerantes naturales son el presente y futuro de la refrigeración y el aire acondicionado. El personal técnico que desee manipular estos sistemas debe capacitarse y conocer la norma para hacerlo de manera técnica y segura.

 

La preservación del medio ambiente es responsabilidad de todos, el gremio de la refrigeración y el aire acondicionado no están exentos de esta responsabilidad, está en nuestras manos acelerar la transición a refrigerantes naturales no agoradores de la capa de ozono y sin potencial de calentamiento global y de buscar nuevas tecnologías que además de ser amigables con el medio ambiente, sean seguras y con aplicabilidad generalizada.

 

La relación del ser humano con el medio ambiente en la sociedad actual debe replantearse, cerramos el presente blog con la siguiente frase:

 

¡La tierra no es herencia de nuestros padres sino préstamo de nuestros hijos!

Proverbio Iberoamericano.

 

Elaborado por: Sebastián Serna, ingeniero ambiental y coordinador de mantenimiento de Somosfrio.