En el siguiente texto se analizará la manera correcta de diagnosticar y solucionar problemas de un sistema con válvula de expansión térmica (TXV) para el control de flujo.
Por: Al Maier*
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¿Qué acciones tendientes al cumplimiento del Protocolo de Montreal vienen adelantando diversos países de la región en cuanto al tema de refrigerantes? Éste y otros interrogantes se resolverán a lo largo de este artículo.
Por: Héctor Gómez Pérez
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Los refrigeradores Reach-in hacen parte fundamental en la conservación de alimentos en diversas cadenas industriales, en el siguiente artículo un experto en el tema ofrece su visión sobre la actualidad y el futuro de estos equipos.
por Héctor Gómez Pérez
Si hay un grupo de equipos cuyo uso en la industria sea extendido es el de los refrigeradores Reach-in; ellos hacen parte del paisaje en los almacenes de cadena y en otros lugares en los que la consigna de la conservación y la refrigeración de alimentos, frutas y bebidas está al orden del día.
En la actualidad estos equipos deben responder a las necesidades y demandas de calidad del consumidor final, en las que el tema del ahorro enérgetico ocupa un lugar preponderante, de ahí que estos equipamientos se ciñan a diversas normas tendientes a garantizar la eficiencia con el menor costo de energía.
Para hablar de éste y otros temas relacionados con estos equipos, AC/R LATINOAMÉRICA invitó a Jorge Calouche, gerente de exportaciones de Mipal. Con él se ahondaron diversas temáticas que en la actualidad se convierten en centros de interés, entre los que definitivamente no se pudo dejar de lado el tema del actual vaivén económico y su impacto en la industria.
Las novedades de los equipos
Lo primero de lo que se habló con Calouche fue lo concerniente a las nuevas tecnologías que se le vienen incorporando a los refrigeradores Reach; en este punto precisó que las preocupaciones constantes en el desarrollo de estos equipos están determinadas por el dominio sobre el perfil aletado, la perfecta distribución del aire y la relación equilibrada entre volumen interno y el cambiador de calor. Añadió además sobre los desarrollos compatibles con nuevos refrigerantes que “la utilización de gases y aislamientos ecológicos generan la necesidad de un perfeccionamiento tecnológico y de estudios más detallados para ofrecer un mayor rendimiento y presentar diferencias en el producto”.
En lo que respecta a la comercialización de los equipos, el invitado cree que por ser elementos de primera necesidad en diferentes sectores económicos no podría determinar algunos países o mercados que se diferencien más que otros en la adquisición de los mismos. Esto se constituyó en la puerta de entrada para abordar un tema que acapara las miradas, no sólo de la industria de la refrigeración, sino del mundo en general: la actual crisis económica mundial y el impacto en nuestra región, los mercados locales y la venta de equipos, especialmente de los que ocupan esta nota.
“El impacto en Norteamérica, Europa y Asia es más acentuado que en América Latina, pero aún así, la situación se está reflejando. Las diferentes medidas de contención que están siendo tomadas por las empresas de varios países buscan ajustarse a esa realidad. Sin una visión clara de un escenario ya estabilizado, las ventas de refrigeradores seguirán las dimensiones de la crisis en cada territorio”, precisó Calouche.
En ese sentido opinó que en el escenario actual, la industria de los alimentos ha sido hasta ahora una de las que menos ha sufrido el impacto negativo de la crisis, lo cual es bueno para la comercialización de equipos de refrigeración. “Creo que después de la acomodación de la situación actual, el mercado retomará su ritmo, de acuerdo con las perspectivas de crecimiento de cada país”, apuntó este profesional.
Amigos del medio ambiente
El tema medioambiental es recurrente en diferentes ámbitos políticos, sociales y económicos. La industria de la refrigeración ha tomado su parte en estas discusiones y ha encaminado esfuerzos para aminorar el impacto negativo en el entorno ¿Han habido avances? ¿El compromiso es serio?
A este respecto Calouche señaló que la evolución tecnológica está orientada precisamente a que los equipos actuales sean mejores que sus predecesores, reduciendo el impacto en el ambiente y ofreciendo un rendimento óptimo. A su vez opinó que la industria se ha mostrado muy comprometida con el asunto de la sustitución de equipos que funcionan con refrigerantes altamente contaminantes. “Los fabricantes han avanzado bastante con relación a esta sustitución, independientemente de cronogramas y protocolos. La industria de refrigeración fue la que más rápido buscó ajustarse a los nuevos patrones”.
Como bien se señaló desde el comienzo los refrigeradores Reach-in son básicamente utilizados en la industria de alimentos y servicios, como bares y restaurantes. Calouche añade que estos equipos son responsables del 20% del consumo de toda la energía usada en la refrigeración comercial y que los refrigeradores del tipo puerta de vidrio, utilizados frecuentemente en los mostradores de bebidas, corresponden aproximadamente al 11% del uso de la energía en refrigeración comercial. “Los refrigeradores del tipo Reach-in con puertas de vidrio de última generación son una solución para reducir significativamente el consumo de energía”, añadió Calouche y adelantó que Mipal tiene preparadas novedades para esta línea.
Para finalizar se le indagó a Jorge Calouche acerca de si la industria de la refrigeración está aportando su granito de arena en la conservación del medio ambiente y particularmente Mipal y esto fue lo que respondió: “Mucho más que un grano de arena. La industria ha sido la que más rápido respondió a las alertas de los Prtotocolos de Montreal y Kyoto. En el caso de Mipal, por ejemplo, varias acciones de responsabilidad social y ambiental hacen parte del día a día de la empresa, además de la participación en grupos de estudio y divulgación de prácticas sustentables en la refrigeración y en la industria. Otro punto importante para resaltar es la divulgación de prácticas de conservación de alimentos, reduciendo el descarte y desperdicio, ayudando en la selección de los equipos adecuados. Mipal está preparada hace más de una década para ofrecer al mercado productos ecológicamente correctos”.
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La segunda entrega de este artículo aborda las perspectivas a futuro de los refrigerantes.
Por James M. Calm*
Recuento: En la primera parte de este artículo se realizó una revisión de la evolución de los refrigerantes desde su uso más antiguo hasta la actualidad dividiendo la historia en cuatro generaciones. Mientras que en esta entrega se intentará abordar las directrices y candidatos futuros.
Proxima generación de refrigerantes
Los fabricantes de refrigerantes respondieron rápidamente a la directiva sobre el Gas F, con anuncios de nuevos refrigerantes. Al menos tres fabricantes multinacionales reportaron un desarrollo propio de innovadores refrigerantes para cumplir con el límite de GWP de 150 (DuPont, 2006; Honeywell, 2006; e INEOS Fluor, 2006). Considerando el valor tan grande de mercado de las ventas de refrigerantes automotrices, es seguro asumir que la mayoría de compañías están buscando soluciones, especialmente ahora que algunas de las mayores empresas están registradas a la espera de cumplir con las normas sobre el Gas F.
Estas entidades han publicado datos preliminares sobre ambiente, seguridad y desempeño, pero están restringiendo la divulgación total de las composiciones de refrigerantes por motivos competitivos, ya que las formulaciones finales todavía siguen siendo perfeccionadas y por que todavía no existen datos definitivos. Algunas de las principales patentes presentan una idea sobre las sustancias consideradas, ya sea individualmente o como componentes combinados (por ejemplo, Singh et al., 2005, y Mnor et al., 2006). La Tabla 1 hace una ampliación de esta información.
Las patentes sugieren que algunos candidatos y usos pueden requerir compatibilizadores (como los aditivos anti-espuma o los desactivadores de superficie metálica), estabilizadores (como los inhibidores de oxidación), solubilizadores de lubricantes u otros aditivos.
Algunos de los fabricantes, sino todos, anticipan que las soluciones o variantes de las soluciones identificadas para satisfacer los requerimientos del Gas F tendrán un mayor potencial de aplicación. DuPont (2006), Minor et al. (2006), y Singh et al. (2005) identifican específicamente mayores oportunidades de aplicación tanto para refrigerantes en sistemas estáticos de refrigeración y acondicionamiento de aire como para aplicaciones de extinción de fuego y agentes para el soplado de espuma. La facilidad que se percibe (sin un compromiso aparente en seguridad, durabilidad o eficiencia), ocultó enormes inversiones para desarrollar los refrigerantes de tercera generación y lubricantes asociados, para optimizar y construir plantas de manufactura, para modificar y calificar diseños de equipos y componentes (especialmente compresores) y para capacitar técnicos de instalación, operación y mantenimiento. Las rápidas y muy optimistas respuestas al límite de GWP del Gas F para refrigerantes automotrices (el inicio de la próxima generación), representan una señal para los reguladores en el sentido de que existen opciones de refrigerantes que cumplen con más metas ambientales sostenibles, en lugar de involucrarse en los actuales Protocolos de Montreal y Kioto.
Sin embargo, cuatro puntos muy importantes deben tenerse en cuenta. Primero, los fabricantes habían examinado previamente e incluso realizaron pruebas limitadas de los principales refrigerantes de reemplazo. Los registros documentan específicamente las pruebas de refrigerantes sin ODS para reemplazar los CFCs, por ejemplo el uso continuo del R-134a en los refrigeradores domésticos, más de diez años antes del Protocolo de Montreal (Dupont, 1988). Excepto como componentes combinados (como el R-152a en R-500 y el R-23 en R-503), la industria evitó los refrigerantes de HFC, basada en las consideraciones de lubricantes antes de la eliminación gradual de ODS, aunque eran reconocidos como candidatos a comienzos de 1928.
Segundo, los refrigerantes de reemplazo generalmente son menos eficientes que las opciones anteriores. Con pocas excepciones, las ganancias de eficiencia que se logran en la maquinaria que utiliza los refrigerantes alternativos se derivan principalmente de las mejoras en el diseño de los equipos en lugar de las propiedades de los más nuevos fluidos de trabajo. Diciéndolo en forma sencilla, la mejor optimización con los antiguos refrigerantes habría producido incluso mayor eficiencia en la mayoría de los casos y los refrigerantes alternativos reducen los márgenes para mejoras adicionales en la eficiencia del producto.
Tercero, ninguno de los actuales refrigerantes candidatos es ideal y el futuro descubrimiento de refrigerantes ideales es extremadamente improbable (Calm y Didion, 1997). Las intensas restricciones obligan a adquirir nuevos compromisos entre los diferentes objetivos ambientales, de seguridad, de desempeño, de costos, y otros; no amplían las opciones finitas disponibles. Y en cuarto lugar, la atención secuencial a los problemas ambientales individuales arriesga la eliminación de importantes (o incluso críticas) opciones para soluciones generales equilibradas, con base en el menor impacto (o incluso insignificante) en los problemas individuales (Wuebbles y Calm, 1997).
Equilibrio entre las diferentes metas ambientales
Con los nuevos refrigerantes surgen preguntas interesantes sobre el equilibrio entre los contradictorios objetivos ambientales y entre las metas ambientales y la seguridad o compatibilidad. La eliminación gradual de ODS reduce las opciones de tratar el cambio climático a partir de consecuencias directas o a partir de consecuencias indirectas tales como las emisiones relacionadas con energía. Dos ejemplos son las contradictorias metas para el R-13I1 (CF3I, un fluoro-yodocarbono, FIC) como componente potencial en refrigerantes automotrices de bajo GWP (Singh et al., 2005) y el R-123 (un HCFC) como refrigerante de enfriadores (Calm, 2006). Estos dos refrigerantes ofrecen una corta duración en la atmósfera, bajo nivel de GWP, baja toxicidad aguda por inhalación y no es inflamable. Ambos son efectivos supresores de fuego. Sin embargo, ambos tienen bajo nivel (pero no cero) de ODP, entre 0.011 y 0.018 (modelado), dependiendo de la latitud o la altitud de liberación para el R-13I1 y 0.02 semi-empírico (0.012 modelado) para el R-123*. El R-13I1 ofrece potencial como componente mezclado en combinación con olefinas fluoradas (alquenos no saturados) para suprimir si inflamabilidad, minimizando tanto el ODP como el GWP. A pesar de ser una ODS, aunque con un nivel muy bajo de ODP, el R-13I1 no está controlado por el Protocolo de Montreal ya que no se encontraba en uso comercial en 1992, que fue la última vez en que las sustancias fueron agregadas al Protocolo.
El R-123 es el refrigerante más eficiente para enfriadores de agua, diferente al R-11 y el R-141b (UNEP, 2007a), los cuales tienen niveles significativamente mayores de ODP y mayores niveles de GWP. Aún así, el R-123 seguía en eliminación en Europa como una ODS y su eliminación gradual está programada, excepto por algunas reconsideraciones, en los nuevos enfriadores hacia el 2020 en los países no incluidos en el artículo 5 y hacia el 2040 en países incluidos en el artículo 5. El R-123 tiene un impacto general muy bajo en el ambiente debido a su bajo nivel de ODP, a su muy bajo nivel de GWP, a su muy corta duración en la atmósfera, a las muy bajas emisiones en los actuales diseños y a su eficiencia (UNEP, 2007a).
El Protocolo de Montreal permite una producción limitada para las necesidades de servicio hasta el 2030 en los países no incluidos en el artículo 5. No impone límite en ninguna parte para el uso y servicio continuados de los equipos existentes o los refrigerantes almacenados o recuperados. Estos ejemplos ilustran las claras contradicciones en los objetivos ambientales para tratar el agotamiento del ozono y el cambio climático. Al menos una evaluación reciente sugiere una reconsideración de las anteriores propuestas en relación con la eliminación gradual de todas las ODSs. Esto indica que “la producción y el consumo de químicos específicos, a los cuales se les comprobó que no eran nocivos para la capa de ozono, podrían ser permitidos luego de la evaluación, realizando algunos ajustes al Protocolo” (UNEP, 2007b).
Comparando la Figura 2 y la Figura 3, así como las opciones a tener en cuenta y las consecuencias del agotamiento del ozono atmosférico y el cambio climático, se sugiere una mayor dificultad y una mayor urgencia para la mitigación del calentamiento global. Estas comparaciones desafían la rutinaria eliminación de las escasas opciones que tienen una influencia insignificante (o incluso imperceptible) sobre el ozono atmosférico, pero también el significativo (o incluso fuerte) potencial para mitigar el cambio climático global. Ambos problemas ambientales son importantes, pero la ausencia de candidatos ideales que solucionen ambos problemas en forma conjunta, sin degradar la seguridad, requiere un equilibrio entre los objetivos.
Aunque es especulativo, los creadores del Protocolo de Montreal probablemente habrían puesto más cuidado en la amplia eliminación de los químicos de acuerdo a su clase, que a través de la determinación individual, si hubieran tenido la conciencia que tienen actualmente sobre la severidad del calentamiento global y el reconocimiento de las limitaciones de respuesta del momento. Sin embargo, el Protocolo aseguró los futuros ajustes con base en evaluaciones científicas, lo cual ofrece una opción (aunque políticamente difícil) para las revisiones para tratar los pocos, pero significativos, casos de este tipo.
Otros problemas surgen en las compensaciones ambientales. El principal reemplazo seleccionado por los fabricantes para el R-22, que es actualmente el refrigerante de mayor uso, es el R-410A (una combinación de R-32 y R-125 de HFCs). Aunque este sustituto ofrece prácticamente cero ODP, aumenta el GWP en 16% (de 1810 a 2100 para integración de 100 años) y disminuye la eficiencia alcanzable para los acondicionadores de aire convencionales con ciclos simples en 6% (Calm y Domanski, 2004). Los refinamientos del producto hacen posible ajustar (o incluso mejorar) las eficiencias de las condiciones estándares de clasificación, especialmente con la explotación de la transferencia térmica superior de la mezcla, pero es menor la oportunidad para una futura mejora en el desempeño.
Además, la eficiencia del R-410A se degrada más rápidamente que la del R-22 a mayores temperaturas ambientales que se acercan a la temperatura crítica del R-125, así que la máxima demanda de energía es mayor con el R-410A para sistemas de enfriamiento de aire para las mismas eficiencias estacionales clasificadas. Esa desventaja es especialmente significativa cuando consideramos la costosa generación de electricidad, aunque es más sostenible. Igualmente, el R-32 y algunas otras mezclas de R-32 (aunque son marginalmente inflamables) evitan esta preocupación y ofrecen mayores eficiencias y menores niveles de GWPs (Calm y Domanski, 2004).
Las fluoro-olefinas, al igual que las consideradas como refrigerantes automotrices de bajo nivel de GWP, generalmente son más reactivas que los compuestos, con solamente enlaces simples de carbono-carbono. Esta reactividad implica una menor duración en la atmósfera, menores niveles de ODP (para aquellos que contienen cloro, bromo o yodo) y menor nivel de GWP, pero también implican menor estabilidad y mayor toxicidad. Igualmente, los químicos con los menores niveles de GWPs tienden a descomponerse cerca a la superficie, predominantemente en la proximidad al lugar de liberación. Algunos pueden ser creadores de smog y otros pueden descomponerse o contribuir directamente o catalíticamente a la formación de otros químicos con mayor nivel de GWPs que el químico original, presentándose por lo tanto mayores niveles indirectos de GWP que directos, y las influencias de temperatura, latitud, altitud e incluso la presencia de otros contaminantes atmosféricos, complican la determinación de los niveles netos de GWPs para ellos.
La resolución de estas complicaciones está más allá del alcance de este documento. El tema se presenta solamente para ilustrar las complejas interacciones y las inevitables compensaciones (compromisos) entre las metas ambientales, incluso más allá de la consideración del agotamiento del ozono y el calentamiento global o entre los impactos de las emisiones relacionadas con refrigerantes (“efecto directo”) y las relacionadas con energía (algunas veces identificadas como “efecto indirecto”, que no es lo mismo que GWP indirecto).
Conclusiones
Con base en hallazgos científicos, requerimientos regulatorios y las presiones del mercado, una cuarta generación de refrigerantes parece inminente hacia el 2010. Los criterios reguladores de selección para la nueva generación agregarán bajos niveles de GWP (inicialmente 150 o menos y determinado para una integración de 100 años) a los antiguos requerimientos para idoneidad, seguridad y compatibilidad de materiales. Con el reconocimiento del potencial para las preocupaciones ambientales adicionales e implícito para que los fluoroquímicos cumplan con los nuevos límites de GWP, la corta duración en la atmósfera también debe ser uno de los criterios. Más importante aún es que la nueva generación debe ofrecer alta eficiencia o el cambio para tratar los bajos niveles de GWP tendrá el efecto inverso y producirá mayores emisiones netas de GHG en lugar de disminuirlas.
Aunque las actuales presiones regulatorias se enfocan en los acondicionadores de aire móviles, la futura ampliación a otras aplicaciones es casi segura. Muchos refrigerantes considerados actualmente como nuevas alternativas, incluyendo muchos HFCs, podrían convertirse en viejos desechos. Dada la escasez de opciones viables, las futuras selecciones de refrigerantes garantizan una consideración colectiva de todos los temas ambientales en conjunto, con evaluaciones integradas en lugar de tratamientos graduales que ponen en riesgo la eliminación de buenas opciones generales para lograr menores impactos (o incluso imperceptibles) para los problemas individuales.
*Consultor de Ingeniería
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