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Jueves, 05 Marzo 2020 10:32

¿Es el CO2 una solución viable para el futuro de las bombas de calor en Europa?

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Hace dos años asistí a la “5th Heat Pump Summit” en Nuremberg. Recuerdo mi estado de ánimo al finalizar el evento, una mezcla de esperanza y resignación, en busca de alternativas tecnológicamente válidas al R-410A en aplicaciones de aire acondicionado

 

 

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Mi esperanza surgía del deseo de ver a este mercado evolucionar hacia refrigerantes naturales, al igual que el sector de la refrigeración comercial. La resignación se debía al aparente retraso del mercado en reaccionar a las restricciones de cuota para el R-410A según la directiva F-gas. De hecho, parecía que los fabricantes de unidades, sistemas y componentes estaban más centrados en quejarse de la disponibilidad y el coste de los refrigerantes que en pensar en alternativas a medio y largo plazo.

Han pasado dos años desde entonces. La ventaja de los eventos periódicos es poder ver el modo en que evoluciona aquello en lo que creemos y nuestras opiniones con el tiempo, un poco  como tomar una fotografía de nosotros mismo cada año frente al espejo. Por lo tanto, en el mismo lugar y con la misma audiencia, intenté aportar mi contribución personal en relación a las alternativas naturales a los refrigerantes como el R-410A y analizar las reacciones y expectativas de los participantes. 

 

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TENDENCIAS DE REFRIGERANTES EN NUREMBERG

La cumbre tuvo lugar como es habitual en el centro de exposiciones de Nuremberg. Patrocinada por Chillventa, es una de las jornadas europeas más exitosas en el campo de las tecnologías y aplicaciones de HVAC/R, y se celebra cada dos años. En el tema de los refrigerantes vi dos direcciones opuestas, destacadas tanto durante las ponencias como en el networking.

La primera tendencia proviene principalmente de fabricantes de unidades y componentes, y puede resumirse como un deseo, más que un intento, de crear un escenario en que solo haya un refrigerante por aplicación. 

Es la opción más conservadora, resultado de un pasado basado en el R-12 o el R-22 (un fluido para todas las aplicaciones) y en la combinación más reciente de R-410A / R-134a en casi todas las enfriadoras y aparatos de aire acondicionado.

A medio y largo plazo, una solución posible según este escenario es el uso de R-1234ze, un HFO ligeramente inflamable en la categoría A2L, con un GWP de aproximadamente 7 y ya utilizado en exteriores y en enfriadoras de tornillo de interior con algunas restricciones en términos de carga, volumen y ventilación. 

No obstante, se requieren ciertos pasos para que este escenario se aplique de forma efectiva. En primer lugar, es necesaria una extensión tecnológicamente válida del uso de este fluido en compresores rotativos para permitir su adopción en una gama más amplia de aplicaciones. Esto es importante, especialmente en las bombas de calor aire-agua, el tipo más extendido en el mercado, que requiere que los compresores funcionen a presiones inferiores a la atmosférica debido al punto de ebullición normal relativamente alto del R-1234ze (-19ºC contra los -51ºC del R-410A). Además, el uso de un fluido ligeramente inflamable requiere la adopción en Europa y en Estados Unidos de la última revisión de la IEC 60335-2-40, norma de referencia para aplicaciones comerciales y similares de aire acondicionado. De hecho, las respectivas versiones EN y UL de la norma actualmente en vigor no distinguen los fluidos A2L como el R-1234ze de los fluidos A2, lo que limita en gran medida sus posibles usos. La línea de tiempo técnica es aún más larga.  Finalmente, el comité CEN / TC 182 (sistemas de refrigeración, requisitos de seguridad y ambientales) debe completar para 2021 su trabajo de análisis y armonización de las normas vigentes en diferentes países con respecto al uso de fluidos inflamables.

También es importante señalar algunos trabajos destinados a verificar si el uso más generalizado de los HFO puede tener efectos negativos a largo plazo en el medio ambiente.  De hecho, hay que recordar que la mayoría de los fabricantes de automóviles han adoptado otro HFO, el R-1234yf, para el sistema de aire acondicionado del automóvil. Por lo tanto, no está completamente fuera de discusión que ciertas limitaciones (¿reducción gradual?) se puedan introducir para este tipo de fluido en el futuro.

“Water and CO2: the rest in between is just somewhat boring…”. He citado la frase dicha por Dr. Juergen Suess durante su presentación del agua como refrigerante, ya que representa fielmente mis propios pensamientos sobre el segundo escenario propuesto, en contraste con el anterior.

Si observamos lo que está sucediendo en la refrigeración comercial, no vemos una situación en la que solo haya uno o dos fluidos. De hecho, podemos ver un gran número de refrigerantes, esquemas, sistemas de control, seguridad y diseños dentro de la misma aplicación. En el mismo supermercado, por ejemplo, hay unidades de condensación de CO2 de expansión directa, vitrinas plug-in de propano y cámaras frigoríficas con fluidos sintéticos, ya sea el R-448A, que se está reduciendo gradualmente, o incluso el R-1234ze.

Desde el punto de vista de la ingeniería esto representa un desafío pero, sobre todo, una gran oportunidad para la diferenciación y evolución de los esquemas y tecnologías de refrigeración. Admite que este tipo de escenario puede implicar costes y esfuerzos significativos por parte de todos los involucrados en el sector del aire acondicionado. Sin embargo, parece que los fabricantes de fluidos sintéticos tienen más probabilidades de apoyarlo, dada la posibilidad de que cada uno de ellos encuentre una aplicación tipo.

Por tanto, ¿por qué utilizar CO2 en una bomba de calor teniendo en cuenta sus características bien conocidas de alta presión y baja eficiencia?  Básicamente, porque es un buen refrigerante y de alta eficiencia cuando se usa en un circuito dedicado bien diseñado. Para este fin, el uso de múltiples válvulas de control para mantener su presión en los valores óptimos y de eyectores para reducir el aumento de presión del compresor son tecnologías de vanguardia que se pueden introducir en esta aplicación.

 

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ASPECTOS DESTACADOS

Así, la verdadera pregunta es: ¿por qué no estamos utilizando el CO2?  Desafortunadamente, la respuesta no ha sido la que esperaba a finales de 2019. Muchos participantes mostraron cierto interés, especialmente en los eyectores, pero no lo suficiente como para pensar en una implementación a corto plazo de esta tecnología.

Como final, resalto lo que en mi opinión fue más relevante en la cumbre.

Andrea Voigt, EPEE, estigmatizó el uso del eslogan #CountOnCooling, centrándose en qué puede y debe hacerse en términos de eficiencia energética. Especialmente porque las emisiones directas de HFC en la atmósfera contribuyen únicamente al 2% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero, mientras que las emisiones de CO2 debidas a la electricidad producida y consumida en el sector HVAC/R son mucho más significativas.

Tunca Sekban, de Honeywell, presentó el nuevo refrigerante R-515B, un fluido A1 sin deslizamiento con GWP 293 y compuesto por R-1234ze y R-227a. Este puede reemplazar al R-1234ze en aplicaciones donde la inflamabilidad es un problema, y cumple más o menos con los objetivos de GWP a medio plazo requeridos en Europa. 

Clemens Dankwerth, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, presentó una bomba de calor agua-agua con 150 gramos de propano y una capacidad de calentamiento de casi 8kW. Este es un resultado interesante, teniendo en cuenta que la tecnología estándar ofrece una capacidad máxima de 2.5kW con esta carga, lo que demuestra cómo un buen diseño de los intercambiadores de calor, tuberías y compresores puede ampliar en gran medida los límites operativos de un refrigerante. 

 

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Publicado en OPINIÓN, REFRIGERACIÓN