Soluciones para sistemas de refrigeración secundaria. Fluidos de transferencia de calor.
por Diana Marcela Vásquez*
La refrigeración industrial en sistemas cerrados y secundarios presenta incontables retos, donde algunos de los más frecuentes son los siguientes:
1) Corrosión
2) Depósitos e incrustaciones
3) Contaminación microbiológica o proliferación bacteriana
4) Contacto accidental con alimentos
5) Disminución en el volumen de producción y gastos recurrentes debido al continuo mantenimiento correctivo.
A pesar de que el agua es un fluido de transferencia térmica muy eficiente, su uso se encuentra limitado principalmente por su punto de congelamiento. Una de las opciones más conocidas es la aplicación de glicoles en diferentes concentraciones para disminuir el punto de congelamiento del agua; la máxima concentración de glicol recomendada es de 60% v/v para una transferencia de calor efectiva.
Los glicoles son dioles cuyos grupos hidroxilos (-OH) se encuentran en carbonos diferentes, que usualmente son adyacentes; su uso es bastante común para sistemas de refrigeración, debido a su capacidad de proveer protección contra el congelamiento al permitir alcanzar temperaturas alrededor de los - 50°C (1) de manera segura y manteniendo la eficiencia de la transferencia de calor.
Sin embargo, cuando los ingenieros, contratistas y operadores recomiendan el uso de glicoles como la mejor opción para sistemas de refrigeración industrial, a menudo pueden no ser conscientes de las diferencias que existen entre los glicoles presentes en el mercado y su influencia directa en la eficiencia del sistema a largo plazo; influyendo directamente sobre los retos de la refrigeración industrial mencionados anteriormente.
La inversión económica que se realiza en un fluido de transferencia de calor puede resultarle pequeña en comparación con la inversión requerida para los intercambiadores, bombas, tuberías y otros equipos necesarios en un sistema de refrigeración completo, pero lo cierto es que el desempeño global de su proceso, la longevidad, y en general el costo a largo plazo del sistema depende en gran medida de la elección del fluido de transferencia de calor.
Los glicoles no inhibidos pueden parecer una alternativa atractiva debido a su capacidad de proveer protección contra el congelamiento a un bajo precio. Sin embargo, esta característica no es la única que debería considerarse a la hora de elegir un fluido de transferencia de calor. De hecho, la corrosión es un problema que no puede ser ignorado ya que puede presentar inconvenientes como:
1) Disminuir la eficiencia de transferencia de calor debido a la acumulación de depósitos
2) Generar residuos que impiden el flujo
3) Perforar las tuberías, lo que puede llevar a la contaminación del fluido de refrigeración con el producto final.
La corrosión eventualmente le conducirá a paradas no programadas de su proceso, altos costos de mantenimiento y una potencial reducción de la vida útil del sistema.
¿Por qué evitar el uso de glicoles no inhibidos?
Debido a un proceso normal de degradación, los glicoles producen ácidos orgánicos de acuerdo con la reacción que al permanecer en solución pueden disminuir el pH del fluido de transferencia de calor. Al no contener inhibidores de corrosión que permitan “amortiguar” estos ácidos, y consigo, proteger el metal de la tubería, la tasa de corrosión del sistema es mucho mayor que incluso cuando es empleada agua pura como fluido de transferencia de calor.
Glicoles inhibidos
Los paquetes de inhibidores de corrosión empleados en los glicoles inhibidos son especialmente formulados para ayudar a prevenir la corrosión de dos formas: Primero, “pasivando” la superficie del metal y con ello, haciéndola menos propensa a la corrosión; y segundo, “amortiguando” los ácidos orgánicos formados al degradarse el glicol evitando una disminución en el pH del fluido que pueda promover la corrosión.
Los glicoles tienen adicionalmente la característica de inhibir el crecimiento microbiano cuando se encuentran en concentraciones mayores del 25% v/v en el sistema de refrigeración. Lo anterior se debe a que la presión osmótica de la solución causa condiciones de deshidratación en la mayoría de microorganismos. Sin embargo, en concentraciones muy bajas como 1% v/v el glicol puede ser un nutriente para crecimiento microbiano.
Dependiendo de la aplicación final se recomienda el uso de Propilenglicol en aplicaciones de procesamiento de alimentos y bebidas, así como en los sistemas de refrigeración de los supermercados, o Etilenglicol para refrigeración industrial. Lo anterior debido a que el Etilenglicol es un glicol tóxico por ingestión. En las compañías donde se pueda presentar el contacto incidental con alimentos se ofrece el glicol inhibido con aprobación FDA (Food and Drug Administration) y, si es necesario, con un colorante para una identificación más efectiva de fugas.
El uso de un glicol inhibido es la opción más segura en un sistema de refrigeración secundario, con los siguientes beneficios:
1) Protección contra el congelamiento
2) Protección contra la corrosión
3) Protección contra el crecimiento microbiano (concentraciones mayores al 25% v/v)
4) No inflamable
5) Sin olor
6) No tóxico en el caso del propilenglicol
Lo anterior siempre y cuando se tenga en cuenta las siguientes recomendaciones: Primero, la dilución del glicol inhibido se debe hacer en un agua que cumpla con los mínimos parámetros de calidad; debido a que las impurezas pueden incrementar la corrosión, causar incrustaciones, reducir la efectividad de los inhibidores o impedir el adecuado flujo del fluido de transferencia de calor. Las características recomendadas para el agua de dilución son tener una concentración de cloruros y sulfatos menor a 25 ppm cada uno y una dureza menor a 100 ppm expresada como ppm de carbonato de calcio.
Segundo, es necesario hacer un adecuado seguimiento en el tiempo de los parámetros de la solución de glicoles inhibidos como:
1) pH, sistemas ácidos contribuyen a la corrosión, se recomienda un valor de pH entre 8 y 10
2) Concentración de promotores de incrustaciones como ppm de carbonato de calcio
3) Apariencia y olor, cualquier cambio drástico con respecto a las condiciones iniciales como color oscuro, presencia de dos fases o sedimentos y olor fuerte pueden indicar contaminación o degradación.
Una medición que se puede realizar para tener un seguimiento más constante es medir el índice de refracción de la solución el cual está relacionado directamente con la concentración de glicol.
El uso de glicol inhibido es la mejor solución para proteger su sistema de refrigeración de una forma económica y efectiva; siempre que el agua de dilución tenga una calidad idónea y se haga un seguimiento adecuado de los parámetros de calidad del fluido de refrigeración.
Referencias
1. Whitman, Bill, Johnson, Bill and Tomczyk, John. Application of refrigeration systems. Refrigeration and Air Conditioning Technology. New York: Cengage Learning, 2013.
2. The determination of acidic degradation products in aqueous ethylene glycol and propylene glycol solutions using ion chromatography. Rossiter Jr., Walter J., Brown, Paul W. and Godette, McClure. 1983, Solar Energy Materials, pp. 267-279.
3. A Study of the Inhibitory Concentrations of Glycerin-Sorbitol and Propylene Glycol-Sorbitol Combinations on the Growth of Microorganisms. Martin Barr, Linwood F. Tice. Philadelphia: Journal of Pharmaceutical Sciences.
* Diana Marcela Vásquez es Especialista técnica en Fluidos de Intercambio Térmico de Dow, pueden escribirle al correo electrónico [email protected]
