Refrigerantes y aire acondicionado

Sep-Oct, 2014  |  Especiales

Los desafíos de la climatización

Durante mucho tiempo la climatización de edificios ha sido ampliamente utilizada en diversos ámbitos, desde aplicaciones industriales hasta domésticas; su historia y sus métodos han evolucionado en las últimas tres décadas. En la primera etapa, los edificios cerrados fueron la solución para conservar la temperatura y por lo tanto reducir el gasto energético.

Después, los esfuerzos se enfocaron en brindar soluciones para “edificios enfermos” y se introdujeron nuevos conceptos como edad, calidad y velocidad del aire. En los últimos años, las innovaciones se orientaron en soluciones para el ahorro de energía y minimización de daños al medio ambiente.

Sobre esta base, se dividieron dos grandes áreas que impulsan la eficiencia y la mejora: refrigerantes y equipo de aire acondicionado.

El primer caso tiene origen en los hallazgos de los investigadores Molina y Rowland sobre el agotamiento de la capa de ozono debido a fugas de compuestos clorofluorocarbonados (CFC); en el segundo caso, los principales esfuerzos tienen que ver con el consumo energético.

Las investigaciones llevadas a cabo por el mexicano Mario Molina y el estadounidense Sherwood Rowland, dieron como resultado que se tomaran medidas internacionales que comprometieron el desuso de los CFC, este convenio se llevó a cabo de forma gradual a partir de 1989.

A nuestro país le llevó 15 años cumplir la meta, es decir, 5 años menos de lo estipulado. En cuanto a la eficiencia energética, los equipos de aire acondicionado son una de las causas más importantes de consumo de energía en hogares y empresas, se considera que un equipo eficiente puede reducir hasta un 50% del gasto.

Lo anterior, aunado con las expectativas de crecimiento a nivel nacional y global en el consumo de equipos de aire acondicionado, hacen del tema un asunto pendiente que es necesario abordar.

Como veremos más adelante, la interacción entre refrigerantes y equipos es tan estrecha que, en ocasiones, cambios en los refrigerantes implican cambios en la eficiencia energética del equipo, o bien, cambios de equipo implican disminución de riesgo de fuga.

Es decir, una estrategia para minimizar el impacto ambiental requiere que ambos aspectos sean contemplados.

REFRIGERANTES, UNA PIEZA CLAVE PARA LOS SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO
Los CFC fueron reemplazados rápidamente y sin grandes costos, por los compuestos hidroclorofluorocarbonados (HCFC), que muestran características semejantes de eficiencia en condiciones similares de operación.

Sin embargo, en años recientes se ha demostrado que estos compuestos también generan daños importantes en la capa de ozono, por lo que se acordó su salida anticipada del Grupo VII del Protocolo de Montreal en la reunión realizada en Canadá en 2007. Para el año 2030, los países en vías de desarrollo no deberán producir ni utilizar este tipo de refrigerantes.

De acuerdo con el Centro Mario Molina, en el año 2007 en México, se consumieron un total de 19,471 toneladas de refrigerantes HCFC, de las cuales el 63% corresponde al HCFC-22 o R-22, el 95% del consumo de este producto se destina a refrigeración y aire acondicionado.

Para comparar el potencial de efecto invernadero de un gas se utiliza el Potencial de Calentamiento Global o GWP (del inglés Global-Warming Potential), que se define como “el efecto de calentamiento integrado a lo largo del tiempo, que produce una liberación instantánea de 1 kg de un gas de efecto invernadero, en comparación con el causado por el CO2. De esta forma, se pueden tener en cuenta los efectos radiativos de cada gas, así como sus diferentes periodos de permanencia en la atmósfera” (Green Facts, 2014). En la figura 1 se muestran los valores de GWP de varios refrigerantes utilizados en México.



Figura 1. Potencial de calentamiento global de refrigerantes importantes en México
Fuente: International Panel of Climate Change y DuPont Fluorochemicals, 2014.


Dadas las condiciones globales en torno a la situación de los HCFC, el Centro Mario Molina analizó las acciones a corto, mediano y largo plazo, que deben ser atendidas para que México alcance el desuso de estos compuestos para el año 2020, adelantándose 10 años al periodo convenido:

Acciones a corto plazo: sustitución de gases a través de drop-in (sustitución del refrigerante existente en el equipo por otro) o retrofit (reemplazo de partes o modificaciones realizadas en el sistema de refrigeración) con fluidos refrigerantes de 3ª y 4ª generación (por ejemplo, HFC-407C, 417A o 410A, para aire acondicionado).

Acciones a mediano plazo: conversión o cambio de sistemas que permitan el uso de sustitutos más convenientes como el dióxido de carbono.

Acciones a largo plazo: Optar por alternativas que eliminen o sustituyan el uso de HCFC por edificaciones sustentables, bombas de calor geotérmicas o bioclimatización.

Actualmente, los compuestos hidrofluorocarbonados (HFC) también son utilizados como alternativa a los CFC, pero no de manera tan extendida como los HCFC. Sin embargo, el que un producto reemplace a un CFC no quiere decir que no tenga ningún impacto sobre el ambiente; de hecho, de acuerdo con los valores del Potencial de Calentamiento Global, algunos refrigerantes sin cloro como el R-410A (mezcla semi-azeotrópica de un HFC) y el R-404A (mezcla no azeotrópica de refrigerantes HFC), tienen un impacto directo sobre el calentamiento global, similar o mayor al del R-22. Ante esta situación algunos expertos recomiendan, como alternativas atractivas, el uso de los refrigerantes R407A y C, sobre todo en sistemas de aire acondicionado centralizados grandes.

Curiosamente, el uso de varios sustitutos al R-22 también promueve el ahorro energético pues tienen una menor demanda de energía eléctrica en su operación. Por otra parte, el uso del CO2 como un refrigerante ideal se considera en México una tecnología a largo plazo, no obstante, existen casos de empresas que ya apuestan por esta opción; por ejemplo, Volkswagen busca utilizar este gas como refrigerante en los sistemas de aire acondicionado de sus automóviles.

Las opciones de refrigerantes son un punto fundamental en varias industrias, sin embargo, siendo la de la construcción una de las más relevantes en México y tomando en cuenta los requisitos para la certificación LEED (Leadership in Energy and Environmental Design), se vuelve cada vez más importante implementar estrategias de reducción de impacto ambiental. De acuerdo a información de DuPont, esta certificación ha crecido mucho en América Latina en los últimos años, de hecho, Brasil y México ocupan un lugar entre los 10 países con más proyectos certificados o en el proceso de certificación: Brasil en el cuarto lugar, con 638 proyectos; y México en el séptimo, con 322 proyectos.

La integración de refrigerantes “amigables con el ambiente” y con bajo GWP en un proyecto, aumenta el puntaje que determinará la aprobación de la certificación. Por el contrario, la presencia de CFC en los sistemas de aire acondicionado, excluye automáticamente la posibilidad de recibir el sello.

Así, el tema de la climatización se va convirtiendo, cada vez más, en un aspecto de la competitividad industrial y del cuidado del ambiente.

EQUIPOS DE AIRE ACONDICIONADO, FUGAS Y EFICIENCIA ENERGÉTICA
El impacto al ambiente generado por equipos de aire acondicionado se divide en dos tipos: directo e indirecto. El primero está relacionado con las fugas de refrigerante y el segundo, con el consumo energético. En general, se acepta que el daño ambiental relacionado con los efectos indirectos es más significativo. Sin embargo, según el experto Carlos Obella, en un nivel particular, la importancia relativa de ambos tipos de daño depende del equipo que se analice. Entonces, por ejemplo, en sistemas con baja carga de gas refrigerante, como las unidades condensadoras, sistemas distribuidos, chillers, equipos de aire acondicionado y sistemas herméticos, el riesgo de fugas es menor, debido, sobre todo, a que los tendidos de tuberías son más cortos o inexistentes y los compresores son en su mayoría herméticos. De esta forma, el impacto indirecto es más importante que el directo. En cambio, para un sistema que posee una gran carga de gas refrigerante, como los sistemas centralizados de locales comerciales grandes, la importancia del impacto directo será mucho mayor.

Debido a que la arquitectura de sistemas centralizados es la más utilizada hoy en día, existen cinco alternativas (Figura 2)cuyo potencial resulta interesante. Varias de estas opciones tienen un ahorro energético sustancial.

En cuanto al tema de eficiencia energética, existen otras estrategias que han tomado relevancia:

La reducción de los tamaños de los equipos y la ligereza de piezas.

Las estrategias de modulación que agregan controles electrónicos para hacerlos más eficientes.

El uso de materiales como el aluminio, que ayudan a reducir el esfuerzo térmico y que
permiten operar al compresor a menor temperatura mediante la disipación de calor en las superficies de los rodamientos.

De acuerdo con la información de Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático (INECC), en las aplicaciones residenciales, los equipos que resultaron ser más eficientes y con una mejor recuperación de la inversión fueron los equipos de tipo dividido.

A estos puntos podemos agregar las especificaciones señaladas en las norma NOM-020-ENER-2011, relacionada con eficiencia energética en edificaciones; y las NOM-023-ENER-2010 y NOM-021-ENER/SCFI-2008, que regulan la eficiencia y seguridad de equipos de aire acondicionado.

Otros puntos que no debemos olvidar son: costos del equipo, instalación, operación y mantenimiento. Este último es de gran importancia, pues como se mencionó en la edición No. 8 de Tu Interfaz de Negocios: “un equipo al que no se le da mantenimiento, no estará en condiciones de inyectar aire limpio y su eficiencia disminuirá, lo que repercutirá en costos al medio ambiente, laborales y económicos”.

Es importante mencionar que no todas las soluciones pueden ser usadas indiscriminadamente en cualquier aplicación. Sin embargo, muchas empresas que operan en México, poseen la capacidad de asesorar en cuanto al uso de sistemas altamente eficientes.

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