El amoniaco, también conocido como refrigerante R-717 (normativa ASHRAE), es una alternativa eficiente, natural y ecológica, para sustituir a los refrigerantes sintéticos hidrofluorocarbonos (HFC). La sustitución paulatina y definitiva de los refrigerantes sintéticos fluorados es un compromiso y una obligación en casi todo el mundo. Para este fin, la tecnología de refrigeración con baja carga de amoniaco ofrece una solución muy eficiente y compacta.
En Europa, el reglamento UE 517/2014, también conocido como normativa F-Gas, especifica detalladamente todo lo relativo a la sustitución de los refrigerantes fluorados. La normativa F-Gas dio un plazo de 15 años, a los sectores de la refrigeración industrial, para ir reduciendo el empleo de los HFC. Por tanto, para el 2030, solo deberá emplearse un 20 % de lo que se usaba en el 2015. En consecuencia, muchas empresas están inmersas en los trabajos e inversiones necesarias para cumplir con dicha normativa, implementando el amoniaco en sus sistemas de refrigeración.
Importancia de la tecnología de refrigeración con baja carga de amoniaco
El amoniaco tradicionalmente ha sido el refrigerante más usado en la refrigeración industrial de alta potencia. Estos sistemas de refrigeración emplean grandes cantidades de amoniaco, lo cual aumenta el riesgo de graves accidentes, debido a la alta toxicidad de este refrigerante. Por esta razón, se ha ido desarrollando e implementando la tecnología de refrigeración con baja carga de amoniaco, empleando equipos y configuraciones más eficientes. De esta manera, se busca mantener una misma potencia frigorífica, pero empleando mucho menos amoniaco.
Por otro lado, la normativa F-Gas afecta más a los sistemas de refrigeración de mediana y baja potencia. Estos sistemas emplean mayormente refrigerantes sintéticos fluorados, con alto potencial de calentamiento atmosférico. Para estos casos, la refrigeración con baja carga de amoniaco representa una solución eficiente, compacta y segura, a la medida de las necesidades de muchas empresas y comercios.
¿Cuánto refrigerante R-717 se emplea en la refrigeración con baja carga de amoniaco?
La carga de refrigerante R-717 que se emplea en los sistemas de refrigeración se mide en kilogramos por kW. Por ejemplo, los sistemas tradicionales pueden emplear hasta 5 kg de amoniaco por cada kW de refrigeración. No obstante, los sistemas con baja carga de amoniaco solo necesitan 200 gramos por cada kW. Es decir, los sistemas tradicionales emplean una masa de refrigerante 25 veces mas grande, para producir la misma refrigeración de los sistemas de baja carga.
¿Cómo se ha podido reducir la carga de amoniaco en la refrigeración industrial?
Quienes no conocen la refrigeración con baja carga de amoniaco pueden llegar a tener mucha curiosidad sobre dicho tema. Esta curiosidad es razonable debido a que tradicionalmente los sistemas de enfriamiento con amoniaco han empleado grandes cantidades de este refrigerante. No obstante, es importante entender que esto se mantuvo así mientras el amoniaco se empleaba únicamente en grandes plantas frigoríficas de alta potencia. Cuando la normativa F-Gas hizo obligatoria la sustitución de los refrigerantes sintéticos fluorados, en sistemas de mediana y baja potencia, se incentivó el desarrollo de sistemas compactos. Estos sistemas compactos solo pueden funcionar con baja carga de amoniaco.
En primer lugar, en la refrigeración con baja carga de amoniaco no se emplean los tradicionales evaporadores inundados, para la generación de frío. Los sistemas con baja carga de amoniaco utilizan únicamente los evaporadores de expansión seca, los cuales funcionan con mucho menos refrigerante. Sin embargo, para garantizar una transferencia calorífica de alta precisión y eficiencia, en estos evaporadores se deben emplear válvulas de expansión electrónicas.
Por otro lado, los modernos sistemas con baja carga de amoniaco emplean compresores semiherméticos de tornillo, que son movidos por motores eléctricos de imanes permanentes. Estos motores eléctricos son controlados por variadores de frecuencia, para poder tener un control preciso y continuo del funcionamiento del compresor. De esta manera, el amoniaco circulará en un régimen más estable y eficiente.
Los sistemas con baja carga de amoniaco emplean condensadores de microcanales, los cuales tienen un alto coeficiente de transferencia de calor. De esta forma, el ciclo termodinámico adquiere una gran eficiencia energética, aprovechando al máximo la carga de refrigerante. Por otro lado, mientras más eficientes sean los condensadores, solo será necesario el enfriamiento por aire forzado, evitando así el empleo de agua.
Funcionamiento de estos sistemas de refrigeración
El ciclo frigorífico de la refrigeración con baja carga de amoniaco es básicamente el mismo. La diferencia está en que los equipos empleados trabajan con una eficiencia mucho más alta. A continuación, resumimos el funcionamiento de las modernas instalaciones frigoríficas con baja carga de amoniaco:
A la salida del compresor semihermético de tornillo, el refrigerante R-717 sale a una temperatura de aproximadamente 100 °C, mezclado con aceite lubricante. Luego, un separador de aceite atrapa todo el lubricante, dejando pasar solamente el amoniaco. A continuación, el amoniaco gaseoso es enfriado en los condensadores de microcanales, y después se almacena, en estado líquido, en un recipiente.
Posteriormente, antes de enviar amoniaco líquido a los evaporadores de expansión seca, se realiza un pre-enfriamiento de dicho amoniaco, utilizando un intercambiador de calor (economizador). Este pre-enfriamiento se realiza gracias a una válvula de expansión termostática, empleando una pequeña fracción de amoniaco, que luego retorna al compresor. De esta manera, el amoniaco líquido pre-enfriado llega a la válvula de expansión electrónica principal, permitiendo inyectar amoniaco muy frío a los evaporadores. En consecuencia, este proceso incrementa mucho la eficiencia de los sistemas de refrigeración. Por tanto, se obtiene una misma capacidad de refrigeración, utilizando mucho menos amoniaco.
En la refrigeración con baja carga de amoniaco, el aceite caliente atrapado en el separador se emplea en el desescarche de los evaporadores. Esto incrementa la eficiencia energética de estos sistemas. El proceso de desescarche utiliza un intercambiador de calor, para transferir la energía térmica del aceite a un circuito de agua con glicol. Luego, el agua caliente con glicol se almacena en un recipiente, para que posteriormente una bomba la impulse hacia los evaporadores. Los evaporadores están construidos con un serpentín secundario, por donde circulará el agua caliente con glicol, permitiendo así finalmente el desescarche.
Intersam, empresa especialista en fabricación de evaporadores de expansión seca y condensadores de microcanales
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