Páginas

miércoles, 29 de mayo de 2019

REFRIGERACION INDUSTRIAL Y COMERCIAL

EL PROPANO COMO REFRIGERANTE 



Analisis técnico sobre esta clase de alternativa que se implementa como refrigerante para diferentes sistemas y soluciones del sector.


Por el daño que hacían a la capa de ozono terreste, la eliminacion total de la fabricacion / venta  de los refrigerantes CFC ya se ha dado. La eleiminacion gradual del uso de los HCFC para los paises en vias de desarrollo se viene dando y tiene su limite en el 2030 (aunque entre el 2031 y 2039 se pueden importar pequenisimas cantidades para casos especiales, pero luego de ese ultimo año habra eliminacion total).

Por otra parte, los refrigentaes HFC con alto GWP que contribuyen al calentamiento global, (efecto invernadero). Tiene un programa de eliminacion gradual que ya se viene dando en otros paises desarrollados durante una decada, y en gran parte de ese tiempo los fabricantes de equípos frigoríficos y de aire acondicionado han estado trabajando para desarrollar refrigerantes con un menor impacto en el calentamiento global. Para paises en vias de desarrollo, llamados del grupo  A5 según el protocolo de montreal, se tiene otro programa para eliminar los HFC gradualmente ( cada pais elabora un programa qe comenzara probablemente a partir del 2024) y mientrastanto nos iremos acomodando a los fluidos conocidos y a los que parezcan, teniendo como condición que no dañen muy poco a nuestro planeta.

Si bien aún se estan analizando y probando los sustitutos finales para los refrigerantes en la mayoria de la aplicaciones, los principales aspirantes pertenecen a uno de estos grupos:


  • Los refrigerantes naturales (que pueden ser orgánicos como los hidrocarburos HC e inorganicos como el amoníaco NH3 y el dioxido de carbono CO2).
  • Los refrigerantes sinteticos (que pueden ser HFC logrados apartir de los hidrocarburos saturados y HFO o hidro fluoro olefinas logrados a partir  de hidrocarburos no saturados).
  • Hay un tercer grupo como consecuencia de los dos anteriores porque se han empezado a usar mezclas de ellos, con algunos buenos resultados, graficamente mostramos esos 3 grupos:
                                                  ←   TENDENCIAS ACTUALES   →
                            ↓                                                         ↓                                                         
REFRIGERANTES NATURALES                      REFRIGERANTES SINTETICOS                              MEZCLAS
                                   
                                  ↓                                                                       ↓                                                                        ↓
  1. Órganicos (Hidrocarburos HC)               1.HFC de hidrocarburos saturados                           HFC+HC+HFO+HC        
  2. Inorgánicos (NH3, CO2)                         2.HFO de hidrocarburos no saturados                     HFO+HFO,HFC+CO2
Nos ocuaparemos de uno de esos refrigerantes naturales que es un hidrocarburo (HC): el propano o R-290.  El standard 34  de la ASHRAE para identificar el refrigerantes naturales orgánicos  que es el grupo al cual pertenece el propano, dice que luego de la letra "R" se puede usar hasta 4 digitos:

  • Primer dígito, de derecha a izquierda = nuemro de átomos de flúor en el compuesto.
  • Segundo dígito  hacia la izquierda = número de átomos  de hidrógeno más 1.
  • Tercer dígito   hacia la izquierda = número de átomos de carbono menos 1 ( no se usa cuando es igual a cero).
  • Cuarto dígito hacia la izquierda = numero de enlaces dobles, cuando existe. Esto es para los refrigerantes sinteticos halogenados, no saturados ( no se usa el dígito  cuando es igual a cero).
Si se observa una letra minúscula luego de los números, se trata de un compuesto isómero.

La isómeria es una propiedad de aquellos compuestos químicos que, con igual formula molecular (formula química no desarrollada) de iguales cantidades de atomos que conforman su molecula, pero que dichos atomos se pueden acomodar de formas diferentes presentando estructuras químicas distintas, y por ende, tienen diferentes propiedades. Por ello esos compuestos reciben la denominación de isómeros. No existen isómeros en el caso del propano. 

PROPANO : CH3,- CH2,-CH3 ó C3 H8

R -   2  9  0
        ↑  ↑  ↑
        ↑  ↑  ↑ →N° Átomos de fluor.
        ↑  ↑→→ N° Átomos de hidrogeno +1
        ↑→→→ N° Átomos de carbono - 1 

El uso del propano como fluido refrigerante va en aumento por que tiene varias ventajas:

Es un fluido natural,  no daña la capa de ozono (ODP=0), produce despreciable calentamiento global, (GWP menos que 5), es mas barato, comparado con otros refrigerantes se necesita menor cantidad ( en peso) como carga en los sistemas, es compatible con todos los aceites lubricantes comerciales ( pero siempre preguntar con el fabricante del compresor), tiene comparativamente menores presiones y temperaturas de trabajo, disminuye el consumo energetico asi como es costo de mantenimiento en los sistemas, es muy estable siedo compatible con metales y otros elementos que se emplean en los circuitos frigorificos y aumenta la vida útil de los sistemas.   

Pero tiene desventajas:

Es inflamable, para el servicio requiere personal capacitado, requiere mecanismos de control y proteccion especial para evitar chispas. Por ser inflamable, pero no toxico se debe tomar en cuenta que la ASHRAE ya lo clasificó como refrigerante perteneciente al grupo A3.

Esa clasificacion usada para todos los refrigerantes obedece a la siguiente norma de seguridad que emplea una letra de un número:
                                                                                             TOXICIDAD
                                                       MENOR TOXICIDAD                  MAYOR TOXICIDAD
SIN PROPAGAR LA LLAMA               A1                                                         B1
POCO INFLAMABLE                           A2L                                                       B2L
INFLAMABLE                                       A2                                                          B2
MUY INFLAMABLE                            A3                                                          B3

La categorización en base a la toxicidad se hace con la "A" y con la "B" dependiendo de si se identifica o no toxicidad en una persona a una concentracion determinada y es de dos clases:

CLASE A: En la que no se observan efectos de toxicidad cronica la estar expuestos a concentraciones iguales o superiores de 400 ppm.

CLASE B: En la que se observa toxicidad cronica al estar expuestos a concentraciones por debajo de 400 ppm.

La categorizacion en base a la inflamabilidad se hace con los numeros "1", "2" y "3" dependiendo de la rapidez de la propagacion de una llama, y es de cuatro clases:

CLASE 1: No se presenta propagacion de la llama en ensayos de aire a 60 °C y presion atmosférica estándar.

CLASE 2L: Igual que la clase 2 pero con velocidad de llama laminar inferior a 0.10 m/s.

CLASE 2: Presenta propagacion de llamas en ensayos a 60°C y presion atmosferica , pero posee un Lll superior al 3.5% por volumen y un calor de combustion menor que 19.000 KJ/Kg.

CLASE 3:  Presenta propagacion de llamas en ensayos a 60°C y presion atmosferica, pero posee un Lll menor o igual que 3.5% por volumen o calor de combustion mayor o igual que 19.000KJ/Kg.

A TENER EN CUENTA 

- Por la inflamabilidad, el propano y los HFO difieren de forma significativa. A pesar de que algunos HFO son inflamables, tiene un Lll muy alto, de modo que debe producirse una gran fuga antes de encederse; y cuando se enciende no emana mucho calor y tienden a arder lentamente. esas propiedades son tan especiales  que la ASHRAE creo la clasificacion de inflamabilidad denominada 2L. Ahora se aplica a los HFO (hidrofluorolefinas) y mezclas entre esos fluidos o mezclas de otros refrigerantes con dichos fluidos, por tener muy baja inflamabilidad.

- Límite inferior de inflamabilidad (Lll) es la concetracion minima del gas en el aire por debajo de la cual fuego no es posible. limite superior de inflamabilidad (LSI) es la maxima concetración de gas en el aire por encima de la cual fuego no es posible.

Mostramos para efectos de comparación las caracteristicas de seguridad de algunos refrigerantes dentro de los cuales está el propano (R-290):

Mostramos la tablas de presion vs temperatura para efectos  de comparacion del (R-290) propano con otros refrigerantes, siendo desde este punto de vista muy parecido al R-22.

Por ser refrigerantes inflamables, tanto para los refrigerantes  clase A2 como clase A3, los codigos o relglamntos de seguridad actualmente limitan severamente la cantidad, en peso, para cargar un sistema; prohiviendolos de manera efectiva en la mayoria de las aplicaciones a gran escala.

En estdos unidos de norte america y europa, los refrigeradores y congeladores comerciales, tiene limitada la carga para refrigerantes A3 (el propano entre ellos) a 150 gramos.

En europa los  fabricantes de muebles refrigerados para aplicacion comercial estan presionando para que ese limite suba   a  1 o 1.5 kilos. Con la limitacion mencionada es suficiente para enfria refrigeradores domesticos o pequeños conservadores de bebidas o exhibidores de alimentos de un supermercado, pero es practicamente insufuciente para los refrigeradores de mayores dimensiones sin puerta o con puerta de vidrio comunmente ubicados en los pasillos de los lacteos, verduras o comida congelada en supermercados, porque aun teniedo equipos frigorificos autocontenidos, tal como se muestra en grafico  N° 1 concondensador enfriado por aire, requieren mas carga de refrigerante. 

MUEBLE REFRIGERADO PEQUEÑO

Si estan conectados a una central de compresores ubicada en una sala de maquinas alejada teniendo un condensador enriado por aire aun mas lejos, la cantidad de carga de refrigerante aún más lejos, la cantidad de carga de refrigerante requerida sera mayor e inevitablemente estará fuera de los limites permitidos. Al tener estas restricciones aparecen las soluciones "ingeniosas" de los ingenieros para poder usar poco refrigerante. 

Una solucion planteada y ya en uso es el empleo del condensador tipo placas enfriado por agua tal como en el grafico 2 como seria el caso de un exhibidora de lácteos o bebidas, con puertas o sin puertas hacia el consumidor.      

Esta solucion obliga a usar un serpentín con tubos de cobre, aletas de alumino y ventilador (es) que es un "aeroenfriador", en ingles lo llaman "dry-cooler", para enfriar el agua y usar un circuito cerrado con una bomba que la recircula (circuito en color rojo). Se reduce notablemente la carga de refrigerante R-290. El refriegerante "aeroenfriador" se ubica fuera del mueble y mas aun afuera del local de ventas.

En los graficos 6 y 7  se muestra soluciones mas ingeniosas y atrevidas porque la carga de refrigerante R-290 se restringe  a la existente solo en el "chiller " que se ubica en una sala de maquinas o en general en un ambiente fuera del local o de la sala de ventas al publico.

Ese chiller tiene compresor para R-290, condensador tipo placas enfriado por agua, valvula de expasion termostatica o electrica y evaporador de tipo placas. El refrigerante es propano o R-290. EL glicol propilenico luego de enfriado se bombea y se distribuye a cada conservadora, vitrina exhibidora, isla o camara frigorifica que pueden estar a diferentes temperaturas, para luego recolectarse y juntarse nuevamente regresando al chiller para enfriarse y trabajar en circuito cerrado.(circuito en color azul).

Por otro lado , al igual que el anterior caso anteriormente explicado, el circuito de agua que sirve para la condensacion del propano aparece graficado en color rojo, teniendo tambien su "aeroenfriador".

Mientras tanto, con los HFO, que son refrigerantes sinteticos poco inflamables, eficientes y con un potencial de calentamiento global tambien mucho mas bajo que los HFC, se viene haciendo pruebas para ser utilizados en refrigeradores domesticos, refrigeracion comercial, aire acondicionado y otros. 

No hay comentarios:

Publicar un comentario