LA EVOLUCIÓN DE LOS FLUIDOS SECUNDARIOS, GENERA OPORTUNIDADES PARA EL USO DE NUEVAS TECNOLOGÍAS

Traducción por Juan C. Rodríguez (Clauger) and Felix Sanz (AEFYT)

Amediada que se eliminan los refrigerantes con alto potencial de calentamiento global, surgen nuevas aplicaciones para los refrigerantes naturales. La industria está mostrando un mayor uso de unidades de refrigeración con fl uido secundario que permite a los usuarios reducir su carga de amoníaco.

Ken Mozek, gerente de ventas de refrigeración de Air Treatment Corp., dijo que los requisitos reglamentarios impulsan la adopción de refrigerantes naturales, como el amoníaco, y como resultado, sistemas con fl uidos secundarios. “Estamos viendo un alto nivel de interés incluso en el aspecto comercial del negocio, y están apareciendo muchas tecnologías innovadoras.”

Según James Hower, director de ventas de refrigeración industrial de Danfoss, la reducción de la carga de amoníaco es un tema popular, y utilizar un fl uido secundario es una opción viable para reducir la carga mientras se mantiene la robustez de un sistema centralizado en la sala de máquinas.

Los circuitos secundarios permiten reducir signifi cativamente la carga de cualquier refrigerante primario. “Esto signifi ca que los refrigerantes potencialmente peligrosos se pueden utilizar de forma segura en muchas aplicaciones,” dijo Björn Palm, director de la división de termodinámica aplicada y refrigeración, Departamento de Tecnología Energética de KTH, Real Instituto de Tecnología, en Estocolmo, Suecia.

Bruce Nelson, presidente de Colmac Coil, dijo que el uso de sistemas secundarios, ya sea agua helada, glicoles, las soluciones salinas o incluso los refrigerantes secundarios volátiles, como el CO2 , permiten a los usuarios gestionar y mitigar algunos de los problemas de seguridad, como la infl amabilidad, asociados con el uso de refrigerantes naturales.

“Podemos seleccionar fl uidos secundarios alimentarios que no tienen riesgo de seguridad. Eso nos permite tranquilizar a las personas y gestionar el riesgo. Eso hace felices a los bomberos y a los grupos que defi enden el medio ambiente.”

Por ejemplo, usando fl uidos secundarios, con los refrigerantes en un enfriador de amoníaco, se permite al usuario fi nal mantener el amoníaco bien contenido, bien administrado y lejos de los espacios ocupados. “Los fl uidos secundarios nos permiten comenzar a considerar esas otras aplicaciones de enfriamientos en las que no hemos pensado mucho de manera seria hasta este momento,” dijo Nelson, refi riéndose a usos como el enfriamiento de centros de datos e instalaciones farmacéuticas.

Además, el uso de sistemas con fl uidos secundarios ofrece la posibilidad de ampliar el uso de refrigerantes naturales. “En última instancia, se trata de abordar el cambio climático y reducir nuestra huella de carbono. Lo que todos hemos llegado a comprender es que el uso de estos refrigerantes ofrece una forma de reducir las emisiones directas de gases de efecto invernadero porque los refrigerantes naturales son, por defi nición, muy respetuosos con el medio ambiente.”

El uso de fl uidos secundarios también brinda a los diseñadores una mayor fl exibilidad en el diseño de la tubería y la selección de materiales. “Dependiendo del fl uido que se use en el circuito secundario, se podrían utilizar plásticos, tubos de pared delgada y otros materiales más rentables,” dijo Hower. “Además, las restricciones en el trazado de las tuberías y las restricciones en la ubicación del equipo se reducen.”

OPCIONES DE REFRIGERACIÓN

Los usuarios fi nales tienen varias opciones que pueden considerar con sus sistemas de refrigeración, y los diseñadores trabajan con estos para determinar cuál es la solución comercial que se debe conseguir. “No hay una respuesta única para todo,” dijo Nelson. “La respuesta correcta es que depende del caso, del negocio, el perfi l de riesgo y lo que el cliente realmente necesita como solución.”

En algunos casos, los sistemas de refrigeración secundarios son la única forma en que los usuarios fi nales pueden lograr lo que se necesita hacer. “En otros, se puede elegir entre un sistema secundario o directo.”

Mozek dijo que los usuarios deben considerar sus objetivos. “No hay balas de plata. Hay pros y contras.”

Jim Adler, gerente de departamento, ingeniería de refrigeración de Hixson, dijo que los usuarios deben analizar sus sistemas y determinar qué están tratando de lograr.

Hay varios factores, como la potencia frigorífi ca necesaria, el nivel de temperaturas requeridas, las temperaturas estacionales de la región, las tarifas de energía y agua, y las autoridades y códigos locales, que dictan qué refrigerantes funcionarán bien en ciertas aplicaciones. “Tratamos de hacer sufi cientes preguntas para comprender qué es realmente importante,” dijo Mozek, y agregó que para muchos usuarios el objetivo es optimizar el nivel de producción y hacer que sus instalaciones sean más seguras.

Stina Forsberg, directora general de Temper Technology AB, con sede en Backa, Suecia, dijo que es importante que el diseñador o el usuario final elijan el fluido secundario correcto. “Existe una amplia gama de fluidos de transferencia de calor y todos son diferentes con diferentes propiedades a considerar. Esto es algo que a menudo se olvida.”

Según Nelson, “Al igual que se selecciona a partir de una amplia gama de refrigerantes naturales para un sistema primario en función de la aplicación, se debe seleccionar el secundario en función de los objetivos de eficiencia energética, las preocupaciones ambientales que pueda tener y las temperaturas a las que pueda estar operando .”

Al seleccionar un fluido secundario, los usuarios finales deben considerar la eliminación del fluido al final de su vida útil, así como las necesidades de mantenimiento. Hower dijo que algunos fluidos requieren que se mantengan los inhibidores para evitar descomposición, corrosión y crecimiento biológico.

APLICACIONES INDUSTRIALES ESPECÍFICAS

Según Fosberg, se están viendo sistemas secundarios en grandes aplicaciones industriales y en muchas aplicaciones diferentes. “Esto se debe principalmente a la legislación sobre refrigerantes y la necesidad de tener una carga de refrigerante menor. En Europa, la legislación marca a la industria esta alternativa. Necesitan moverse hacia los refrigerantes naturales y eso es lo que hacen.”

En ciertas aplicaciones alimentarias, como lecherías o instalaciones de producción de bebidas, el amoniaco no se ajusta a las necesidades de refrigeración, dijo Adler. En esas aplicaciones, el equipo debe limpiarse con agua caliente.

“Si haces eso con amoníaco, sería un problema, ya que se romperían las válvulas de alivio de presión. Tendrías que hacer un trabajo previo para asegurar que el amoníaco esté fuera del sistema antes de hacer correr agua caliente a través de los equipos,” dijo Adler, y agregó que esos sistemas generalmente usan propilenglicoles de grado alimentario como refrigerante secundario.

Los propilenglicoles de grado alimentario son populares en las salas de enfriamiento, pero si las temperaturas bajan demasiado, el fluido se vuelve demasiado espeso, demasiado difícil de bombear y las características de transferencia de calor empeoran, dijo Bob Czarnecki, presidente del Comité de Estándares del IIAR. Se pueden utilizar cloruros de calcio o salmueras para temperaturas más frías, pero estos son altamente corrosivos.

Forsberg señaló que muchos productos, incluidos los de Temper, se tratan con protección contra la corrosión. Los usuarios finales pueden verificar si un producto ha sido sometido a pruebas de corrosión y qué tipo de protección contra la corrosión tiene.

Hower dijo que tradicionalmente, los sistemas con fluidos secundarios industriales estaban dominados por el glicol, que tiene penalizaciones y desventajas de eficiencia energética cuando se trata del tamaño del equipo de intercambiador de calor.

Según Forsberg, en la actualidad hay muchas alternativas para escoger. “La industria ha aprendido que el fluido de transferencia de calor o fluido secundario no tiene por qué ser un glicol.”

El refrigerante secundario de Temper Technology, también llamado fluido de transferencia de calor, se basa en sales orgánicas, formiato de potasio y sulfatos de potasio junto con un paquete de protección contra la corrosión. “Desde nuestro punto de vista, este fluido no tiene límite de vida porque es químicamente estable. Los glicoles pueden cambiar y descomponerse químicamente.”

Hower explica como el CO2 se ha convertido recientemente en una opción popular como refrigerante secundario. Es un fluido con el que la industria de la refrigeración industrial se siente bastante cómoda, y ha eliminado en gran medida muchas de las desventajas de un circuito de refrigerante secundario.

Debido a las diferencias en la viscosidad y la reducción del flujo másico, que resultan de la transferencia de calor latente frente a la transferencia de calor sensible, los sistemas de fluido con cambio de fase con CO2 se benefician de una reducción de la penalización energética respecto a sistemas basados en glicol. “Con esta solución se puede acercar a una mejora de la eficiencia energética del 20 al 30 por ciento. Debido a esas mismas diferencias, las superficies de transferencia de calor se reducen enormemente, lo que resulta en equipos de menor tamaño en comparación con fluidos de transferencia de calor a base de agua.”

Con un sistema secundario con CO2 , se debe pensar en las opciones disponibles para descongelar los serpentines del evaporador de baja temperatura, explicó Hower. Las opciones podrían incluir gas caliente, eléctrico, glicol y CO2 a través de un sistema de generación de gas, por lo que no se necesitarían compresores de CO2 . “Para aumentar la eficiencia energética cuando se usa la descongelación con glicol, el calor para el glicol podría provenir del calor residual del sistema de refrigeración primario.”

El fluido secundario más popular es el agua, pero el agua no se puede utilizar a temperaturas cercanas al punto de congelación. “Eso limita sus aplicaciones a la refrigeración de cámaras,” dijo Czarnecki.

Según Nelson, algunas de las últimas tecnologías interesantes en la actualidad incluyen soluciones de sales que permiten el uso para temperaturas muy bajas, más bajas de lo que se hubiera considerado en el pasado, incluso hasta túneles de congelación. “Es fácil encontrar algunos nuevos desarrollos y tecnologías con sales de potasio, fluidos a base de silicona, agua amoniacal o fluidos con bases cítricas.”

Las nuevas tecnologías de bombas están ampliando las opciones para el usuario final. “Varios fabricantes de bombas están fabricando bombas de circulación de velocidad variable que tienen su propia inteligencia y tecnología integradas. Estas bombas pueden regular la velocidad y la tasa de circulación según el punto de ajuste requerido.”

Esto hace posible hacer coincidir los caudales con la carga de refrigeración y reducir drásticamente el coste de bombeo y la potencia requerida. “Mediante los fluidos y algunas de las tecnologías de bombeo, nuestra industria se encuentra realmente en buen lugar y en condiciones de construir estos sistemas en una amplia gama de aplicaciones que minimizan las penalizaciones por energía.”

CONSIDERACIONES PARA EL USUARIO FINAL

Aunque el uso de fluidos secundarios tiene muchos beneficios, estos sistemas pueden tener un coste operativo más alto debido a la necesidad de bombeo y la electricidad necesaria para su funcionamiento. “Mucha gente en la industria no lo hace por sus preocupaciones con un posible coste adicional,” dijo Czarnecki.

Czarnecki agregó que los nuevos avances tecnológicos ahora permiten que los sistemas utilicen fluidos secundarios que tienen un bombeo más fácil, lo que permite a los diseñadores utilizar bombas más pequeñas con costes más bajos.

Verificar las unidades de refrigeración secundarias es más fácil, porque los operarios no tienen que tomarse el tiempo para quitar el amoníaco. Además, los usuarios no tienen que instalar sensores de amoníaco en toda la instalación. “Hay intangibles, pero a menudo el coste de instalación y funcionamiento de un sistema de refrigeración secundario será mayor. La ventaja es que es más seguro y más fácil de manejar.”

REFRIGERANTES PRIMARIOS

En cuanto a los refrigerantes primarios, Palm indica como el amoniaco ya se usa en plantas industriales de gran escala y posiblemente podrían encontrar un uso más amplio en nuevas aplicaciones en el futuro. Además, el CO2 ya se utiliza en la refrigeración de los supermercados y en las bombas de calor de agua caliente sanitaria en Japón.

Con los hidrocarburos, el isobutano ya se utiliza en casi todos los refrigeradores domésticos vendidos en Europa y es común en otras partes del mundo. El propano y el propileno se utilizan en algunas bombas de calor, equipos de aire acondicionado y equipos de refrigeración comercial. Se están modificando las normativas, lo que permite cargas de refrigerante mayores, por lo que se puede esperar que su uso aumente en un futuro próximo.

“Independientemente del refrigerante primario utilizado, se deben realizar verificaciones periódicas del circuito de refrigerante/fluido secundario para detectar cualquier posible contaminación del refrigerante primario en el secundario, causado por una fuga del intercambiador de calor primario al secundario,” dijo Hower.

MIRANDO HACIA EL FUTURO

Dado el papel fundamental que puede desempeñar la refrigeración indirecta en la industria, la junta directiva de IIAR ha adoptado la idea de ampliar el alcance de actividades del IIAR para incluir esta. La asociación ha formado un grupo de trabajo para examinar lo que IIAR puede hacer para expandir su información de mejores prácticas, información de seguridad y también oportunidades educativas dentro de la Academy of Natural Refrigerants con respecto a un sistema indirecto. El grupo de trabajo compartirá información este marzo en la reunión de la asociación en Orlando. Además, el encuentro contará con una sesión de formación dedicada íntegramente a cuestiones técnicas y temas relacionados con la refrigeración diaria, dijo Nelson.

El potencial de agotamiento del ozono de los refrigerantes naturales es cero y el potencial de calentamiento global de los refrigerantes naturales es extremadamente bajo y en algunos casos cero. “Realmente están haciendo del mundo un lugar más seguro.”