Nuevos refrigerantes
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Nuevos refrigerantes

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Frío Inflamable

Una eliminación gradual de productos químicos que dañan el medioambiente significa que muy pronto la mayoría de los refrigeradores, congeladores y aires acondicionados podrían estar utilizando refrigerantes inflamables. ¿Estamos preparados?

Como un pretendiente enamorado rechazado una y otra vez, la industria de los refrigeradores y los aires acondicionados no pueden encontrar un buen compañero. Si bien la mecánica de estas tecnologías indispensables ha sido estable durante décadas, las sustancias que circulan por estos artefactos absorbiendo el calor y enfriando el aire – acertadamente denominadas refrigerantes – siguen encontrando maneras de complicar las cosas.

Desde los inicios de la refrigeración comercial hace más de un siglo atrás, se ha probado una letanía de refrigerantes que han sido dejados de lado. Algunos eran tóxicos, otros demasiado inflamables; algunos no resultaron efectivos en ciertos climas, mientras que otros arruinaban el medioambiente. Cada vez que se descubrió una falla fatal, la industria se movilizó para encontrar un reemplazo. Ahora dicho ciclo está comenzando una vez más, esta vez con consecuencias potencialmente serias para la protección contra incendios.

Durante el último mes de octubre, casi 200 naciones, entre ellas Estados Unidos, acordaron eliminar de forma relativamente rápida un grupo de compuestos químicos denominado hidrofluorocarburos, o HFC, que además de ser los refrigerantes más utilizados a nivel mundial durante las dos últimas décadas, son gases potentes de efecto invernadero con un potencial de calentamiento global miles de veces mayor que el dióxido de carbono. Como resultado, la Agencia de Protección Medioambiental o EPA, a cargo de la eliminación gradual, ha comenzado a listar ciertos refrigerantes HFC como inaceptables para su uso. Las fechas para aplicar la eliminación varían según el producto químico y su aplicación, pero muchos HFC comunes utilizados en la refrigeración de alimentos en comercios minoristas comenzarán a prohibirse en los nuevos sistemas a partir del 1 de enero de 2021, y en los sistemas de aire acondicionado para el 2024.

Mientras los investigadores buscan reemplazos adecuados, se complican las expectativas. “La realidad es que existen solamente ciertos compuestos químicos que realmente funcionan como refrigerantes”, dijo Bill Walter, un ingeniero en United Technologies y miembro de la comisión directiva en la Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado o ASHRAE, que publica códigos de seguridad para refrigerantes. “Cada vez que cruzamos uno de estos umbrales, dejamos atrás una gran cantidad de productos químicos y los que nos quedan presentan nuevos desafíos”.

En febrero, los investigadores en el Instituto Nacional de Normas y Tecnología o NIST, completaron un estudio que llevó varios años para identificar a los mejores candidatos de refrigerantes para reemplazar los HFC en aplicaciones de aires acondicionados. Los 27 líquidos probados con un bajo impacto climático son al menos levemente inflamables. “La conclusión es que no existe un reemplazo fácil y perfecto para los refrigerantes actuales”, dijo el ingeniero químico del NIST Mark McLinden. “A medida que avanzamos en el estudio, creíamos con firmeza que tenía que existir algo más. Resultó ser que no hay mucho más. De modo que fue un poco sorprendente y un poco decepcionante”.

Salvo que de repente aparezca un refrigerante químico con las propiedades ideales habrá que ceder, posiblemente en ciertas restricciones sobre el uso de refrigerantes inflamables.

Los paneles elaboradores de códigos, que incluyen grupos como ASHRAE y UnderwritersLaboratories (UL), y determinan ambos las normas de seguridad para refrigerantes y el equipo que los utiliza, están considerando aumentos en las cantidades y tipo de refrigerantes inflamables que pueden ser utilizados en los sistemas, abriéndole la puerta a un futuro en el que miles de millones de aparatos, desde unidades de aire acondicionado hasta sistemas industriales de calefacción, ventilación y aire acondicionado y refrigeradores residenciales, contendrán sustancias combustibles.

“Esto va a ocurrir y ocurrirá tan rápidamente que es importante darlo a conocer a la comunidad de protección contra incendios”, dijo Walter. “No queremos que nadie se sorprenda cuando se presenten las propuestas de cambio en el código”.

Alternativas prometedoras pero inquietantes

Si bien el esfuerzo oficial y global por eliminar gradualmente los HFC es relativamente nuevo, el mundo no está arrancando de cero. La eliminación gradual de los HFC se ha considerado durante casi una década, y en gran parte de ese tiempo la industria de la refrigeración ha estado trabajando para desarrollar refrigerantes con un menor impacto sobre el calentamiento global, dijo Walter. Durante años, Europa ha estado agresivamente reemplazando los refrigerantes con HFC para así detener el impacto del calentamiento global; y la EPA, a través de su programa Nuevas Políticas Alternativas Significativas, ha estado investigando y listando alternativas aceptables hace ya algunos años.

Si bien aún se están debatiendo los sustitutos finales para los refrigerantes en la mayoría de las aplicaciones, de los principales aspirantes son dos los grupos más importantes: hidrocarburos como el propano, isobutano y propileno, y un grupo de productos químicos sintéticos llamado hidrofluorooleninas, o HFO.

(El dióxido de carbono [CO2] también se está utilizando en algunos casos pero su eficacia está limitada a climas cálidos). El problema es que los códigos modelo actuales restringen ahora de forma severa el uso de HFO tanto como de hidrocarburos debido a cuestiones de inflamabilidad.

El propano, una sustancia altamente inflamable, es un refrigerante de muy bajo consumo con un bajo impacto sobre el medioambiente. Algunos en la industria alimenticia ven al propano como un posible salvador que “podría eliminar efectivamente las preocupaciones sobre el cumplimiento con la EPA para el futuro predecible”, según Emerson Climate Technologies, una empresa de consultoría comercial de sistemas de calefacción, ventilación y aires acondicionados.

Mientras tanto, los HFO, son refrigerantes sintéticos apenas inflamables y muy eficientes con un potencial de calentamiento global mucho más bajo que los HFC. Los HFO podrían utilizarse en una serie de aplicaciones refrigerantes, desde refrigeradores, refrigeración comercial y residencial, diferentes unidades de aire acondicionado y más.

En cuanto a la inflamabilidad, el propano y los HFO difieren de forma significativa. A pesar de que algunos HFO son inflamables, “tienen un límite inferior de inflamabilidad muy alto, de modo que debe producirse una gran pérdida antes de encenderse; y cuando se encienden no emanan mucho calor y tienden a arder lentamente”, dijo Walter. “Estas son todas cualidades deseables si se debe utilizar un producto químico inflamable”. Las propiedades son tan únicas que ASHRAE creó una clasificación de inflamabilidad relativamente nueva denominada 2L para clasificarlos.

El sistema de certificación de seguridad de refrigerantes de ASHRAE se basa en la toxicidad e inflamabilidad; los refrigerantes no tóxicos son clase A, y los refrigerantes tóxicos son clase B; los números 1, 2, y 3 después de la clase indican los niveles de inflamabilidad, desde no inflamable (1), menor inflamabilidad (2), mayor inflamabilidad (3).La nueva clasificación 2L se reserva para los productos químicos tales como los HFO que son apenas inflamables, pero que presentan velocidades de propagación de la llama mucho menores que los refrigerantes de la clase 2 regular.

Aún no se han actualizado los códigos modelo para reconocer la nueva clase 2L, de modo que los HFO aún son considerados por los reguladores como refrigerantes A2, dijo Walter. El propano, un hidrocarburo utilizado también en parrillas a gas, está listado como A3, la mayor certificación de inflamabilidad. Los códigos actuales limitan severamente el tamaño de la carga o sea la cantidad de refrigerante utilizada en un sistema; tanto para los refrigerantes A2 como A3, prohibiéndolos de manera efectiva en la mayoría de las aplicaciones a gran escala. Por ejemplo, UL 471, Refrigeradores y Congeladores Comerciales, limita el tamaño de carga para los refrigerantes A3 (como el propano) a 150 gramos, o a aproximadamente media taza de líquido. Esto es suficiente como para hacer funcionar a un pequeño refrigerador de bebidas en la cola de un supermercado, pero es prácticamente insuficiente para los refrigeradores de mayores dimensiones con puerta de vidrio comúnmente ubicados en los pasillos de los lácteos o comida congelada.

Las industrias que dependen de la refrigeración están deseosas de ver un aumento en los límites de carga para estos refrigerantes inflamables pero más ecológicos. Algunas se frustran de saber que, si bien la reglamentación medioambiental está exigiendo un cambio, la reglamentación de seguridad está limitando su capacidad para dar los pasos para su cumplimiento. Algunas siguen adelante de cualquier modo, de la mejor forma posible.

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En enero de 2016, el comercio minorista estadounidense Target anunció que comenzaría una transición hacia refrigerantes con un menor potencial de impacto sobre el calentamiento global en nuevos equipos de refrigeración independientes y en equipos de reemplazo en sus tiendas. En una entrevista, Paul Anderson, director de ingeniería en Target, dijo que la empresa identificó al propano como la elección ideal porque cumple con las normas medioambientales futuras, y porque las pruebas internas de Target han demostrado que el propano es un 50% más efectivo como refrigerante que un HFC. La transición comenzó con refrigeradores pequeños independientes con propano como refrigerante con tamaños de carga de hasta 150 gramos, la cantidad máxima actualmente permitida por EPA.

“No existe un refrigerante que nos proporcione un santo remedio a los minoristas, pero necesitamos al propano como una de las herramientas en nuestra caja de herramientas”, dijo Anderson. “Queremos llegar a una solución lo antes posible, porque ustedes podrán imaginar los costos de cambiar los refrigerantes cada pocos años. Necesitamos llegar a la fase final que sea la mejor para nuestros empleados, clientes y el medioambiente”.

A pesar de que ahora existen 600 tiendas de Target con pequeños refrigeradores que utilizan propano como refrigerante, habría muchas más; incluso algunas tiendas más pequeñas que utilizan exclusivamente propano como refrigerante; si no fuera por las restricciones del código sobre los tamaños de carga para los refrigerantes A2 y A3, dijo Anderson. Para que las tiendas utilicen exclusivamente propano como refrigerante, se deberían aumentar los límites del tamaño de carga de A3 a 1 kilogramo para permitir el uso de refrigeradores de mayor tamaño, dijo. En algunos casos, las normas europeas ahora permiten tamaños de carga de hasta 1.5 kilogramos para refrigerantes inflamables.

A pesar de las restricciones para el límite de carga, en Estados Unidos se está comenzado a probar el uso del propano como refrigerante en una mayor escala. El año pasado, una fábrica de alimentos integrales, WholeFoods, de 49,000 pies cuadrados en California recibió permiso de EPA y las autoridades locales para probar en el mercado en lo que se denomina un sistema de refrigeración en “cascada” que utiliza una combinación de propano y dióxido de carbono. Siete unidades de refrigeración sobre el techo del edificio contienen un total de aproximadamente 265 libras de propano, que no dejan nunca el techo. En cambio se utilizan para enfriar y condensar el CO2, que luego viaja por debajo del edificio enfriando los refrigeradores del supermercado. Es un diseño que ya se está utilizando en Europa. El amoníaco, otro eficiente refrigerante natural, también se ha utilizado en refrigeradores de techo en una fase de ensayo en estos sistemas de cascada.

Estas maniobras de Target y WholeFoods, entre otros, indican el nivel de ansiedad de la industria de los supermercados para avanzar hacia el futuro en el uso de los refrigerantes, dijo KeillyWitman, una asesora en refrigeración en supermercados; durante años ella llevó a cabo un programa de EPA dirigido a ayudar a los almaceneros a reducir las fugas de refrigerantes.

“Hay que tomar conciencia de lo frustrante que es para estas empresas, que no tienen otra opción más que utilizar los refrigerantes, tener el constante gasto que les infiere tener que pasar de usar uno malo a otro igual de malo”, dijo Witman. “Por primera vez en la historia de la industria alimenticia, existe la posibilidad de que contemos con refrigerantes que podamos utilizar y que finalmente eliminarían este problema medioambiental. Esto no ha ocurrido nunca antes”.

Investigación y prueba

Con la presión de EPA, la industria, y los oficiales en seguridad por encontrar una solución segura y viable, se está moviendo con rapidez la actividad en muchos frentes ya que se acerca la fecha límite para los HFC.

Target es un patrocinador líder de un proyecto de la Fundación de Investigación de Protección contra Incendios o FPRF que está analizando el riesgo de incendio del propano como refrigerante en entornos comerciales de cocinas y negocios minoristas. El proyecto, actualmente en marcha, incluye una revisión de la bibliografía de investigaciones anteriores, así como simulaciones en computadora y pruebas a escala real del propano como refrigerante bajo diferentes escenarios. Es posible que se publiquen los resultados para principios de julio. El proyecto entero, desde la financiación hasta la prueba, tiene un cronograma acelerado que refleja tanto el interés como la importancia de esta cuestión.

“No hicimos ninguna colecta de fondos, lo que es muy inusual; por lo general hay que salir a solicitar dinero para los proyectos”, dijo CaseyGrant, director ejecutivo de la FPRF. “Pero Target se reunió con otros. Hemos estado intentando mantenernos actualizados en esta movida vertiginosa”, Ahora se están emprendiendo diferentes proyectos adicionales para probar los posibles riesgos de los refrigerantes de reemplazo en diferentes escenarios, así como para también mejorar los equipos de refrigeración para “eliminar” algunos de los posibles daños, dijo Walter.

ASHRAE, el Ministerio de Energía estadounidense, el Instituto de Aires Acondicionados, Calefacción y Refrigeración, y la Comisión de Recursos de Aire de California de California han reunido conjuntamente US$5.6 millones para financiar siete programas de investigación de “alta prioridad” que se completarán este año.

Los proyectos analizarán el problema desde diferentes ángulos, entre los que se incluye las posibles fuentes de ignición en los equipos o en sus proximidades; los sitios dónde puede concentrarse refrigerante inflamable ante una pérdida; los sensores para detectar pérdidas antes de que la concentración alcance el nivel mínimo de inflamabilidad; las evaluaciones del riesgo en diferentes escenarios en caso de que se encienda un refrigerante; pautas para el manejo de refrigerantes inflamables y mantenimiento e instalación de equipos; y evaluación de las bases adecuadas para establecer los límites sobre la cantidad y tipos de refrigerantes inflamables que pueden utilizarse para ciertas aplicaciones y equipos.

De manera simultánea, los fabricantes están trabajando para mejorar los equipos de forma efectiva y para reducir los tamaños de carga totales requeridos, lo que en efecto reduciría el posible riesgo.

Todo ese trabajo finalmente conformará ASHRAE 15, Norma de Seguridad para Sistemas de Refrigeración, que es la referencia de códigos modelo más utilizada, así como las normas de productos relevantes de UL. Estos cambios en los códigos y normas podrían comenzar a registrarse ya para fines del 2017 o principios del 2018.

Probablemente no sean necesarios grandes cambios en los documentos de NFPA para abordar el cambio de refrigerantes, dijo Guy Colonna, director de departamento en NFPA.

“No consideramos a los refrigerantes como materiales categorizados de forma independiente como lo hace ASHRAE, de modo que nuestros códigos y normas sufren un impacto menor por este cambio en proceso a una sustancia diferente”, dijo. “El foco primario de nuestros documentos sobre productos químicos peligrosos está puesto en el almacenamiento, manejo y uso en el contexto de la protección contra incendios”.

En otras palabras, los códigos relevantes de NFPA ya abordan los temas generales de seguridad y protección contra incendios para estos posibles refrigerantes de reemplazo. Tratar específicamente la protección contra incendios para estas sustancias utilizadas para aplicaciones de refrigeración no es un tema que esté dentro del ámbito de los códigos y nomas de NFPA.

No obstante, podrían entrar en juego de forma indirecta algunos códigos relevantes de NFPA, NFPA 55 Código de Gases Comprimidos y Líquidos Criogénicos, NFPA 58, Código del Gas Licuado de Petróleo, NFPA 30, Código de Líquidos Inflamables y Combustibles. Por ejemplo, si las compañías de sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado comienzan a almacenar grandes cantidades de líquidos o gases inflamables, los códigos y normas de NFPA podrían obligarlas a tomar medidas de protección contra incendios adicionales o diferentes, dijo Colonna.

Si bien nadie puede decir aún exactamente qué ocurrirá a medida que avance el proceso de eliminación de HFC, es casi seguro que se producirá un cambio en el código que permita una mayor cantidad de refrigerantes inflamables, y este cambio probablemente sucederá pronto.

“Creo que podemos afirmar con seguridad que el tamaño de la carga para los refrigerantes 2L posiblemente aumentará en cierta medida”, dijo Walter. “Obviamente sería preferible un refrigerante no inflamable, pero el próximo paso es abordar a uno de estos refrigerantes 2L y aplicar los requisitos de seguridad correspondientes a los equipos. Nos sentimos cómodos al saber que podemos utilizar de forma segura los 2L y que estamos trabajando arduamente en las normas para lograrlo”.

Walter, al igual que otros en la industria de la seguridad, es mucho más precavido e inseguro acerca del aumento en los límites de carga en los refrigerantes clase 3, como el propano. Si esto ocurriera , lo que es muy poco probable, sería probablemente un aumento muy pequeño, dijo.

Las compañías minoristas como Target comprenden esta precaución. Aún así, están ansiosas por saber qué es lo que se permitirá.

“Lo que prevalece como cuestión principal y en primer lugar en nuestra mente es la seguridad de nuestros clientes y empleados, de modo que queremos avanzar con precaución, asegurándonos de que se realicen pruebas, y comprendiendo todos los riesgos relacionados”, dijo Anderson de Target. “Esa es la razón por la que comenzamos este emprendimiento conjunto con la Fundación de Investigación y NFPA”.

UNA NUEVA GENERACIÓN

Los riesgos medioambientales asociados con los hidrofluorocarburos han llevado a tomar – para la próxima década – medidas para eliminar el uso de estos productos químicos como refrigerantes. Pero los productos químicos propuestos como reemplazo acarrean sus propios riesgos, entre los que se incluye la inflamabilidad.

EFECTO DOMINÓ

Los nuevos requisitos sobre los refrigerantes afectarán también a una serie de aplicaciones de calefacción, ventilación y aire acondicionado.

1.6 mil millones

Según un estudio de Berkeley National Laboratory, ésta es la cantidad de unidades nuevas de aires acondicionados que se estima se habrán instalado para el 2050 a nivel mundial. Se espera que la mayor parte del aumento se produzca en las naciones en desarrollo con climas cálidos en donde se está registrando un aumento de los ingresos y de las poblaciones.

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