Primera de tres entregas

Condiciones de reemplazo del R-22

El siguiente paso en la transición a refrigerantes ambientalmente más seguros es la eliminación gradual del R-22, que es el refrigerante de mayor uso tanto en  los Estados Unidos como a nivel mundial. Su rango de aplicación en sistemas residenciales, comerciales, industriales y de transporte es mayor que el de cualquier otro refrigerante.

por James M. Calm, P.E.,
Socio de ASHRAE,
y Piotr A. Domanski,
Ph.D., Miembro de
ASHRAE


Desde su reconocimiento inicial en 1928 y su comercialización en 1936, el R-22 ha sido aplicado en sistemas que oscilan desde los más pequeños acondicionadores de aire de ventana hasta los más grandes congeladores y bombas de calefacción, incluyendo las de refrigeración y calefacción de distrito.

El equipo individual que utiliza este versátil refrigerante oscila entre 2 kW y 33MW (entre 1/2 y 9.500 toneladas) de capacidad de refrigeración. El uso de R-22 incluye equipo con pistón de rodamiento rotatorio,  pistón oscilante, compresores de espiral, de tornillo y centrífugo y, experimentalmente, ciclos de absorción. Ningún otro refrigerante ha logrado este rango tan amplio de capacidades comerciales o aplicaciones.

Sin embargo, el R-22 es uno de los químicos, hidroclorofluorocarbonos (HCFCs), que están siendo eliminados gradualmente para la protección ambiental, con base en un acuerdo internacional, el Protocolo de Montreal para sustancias que agotan la capa de ozono (UNEP 1997, 2003a). Las medidas de control del protocolo se relacionan con el "consumo", definido como la producción más importaciones menos exportaciones y cantidades de calificación destruidas. El protocolo no limita el
futuro uso de químicos ya fabricados o importados, especialmente el refrigerante que ya está en uso, reciclado o almacenado antes de las fechas de la eliminación gradual. Tampoco restringe el uso de químicos como inventarios de abastecimiento
(intermediarios para fabricar otros químicos).

Se deben identificar las fechas de eliminación gradual para fabricación e importación del R-22 con base en el Protocolo de Montreal y los requerimientos nacionales tanto en Canadá como en los Estados Unidos. Las fechas mostradas a continuación son de eliminación total, aunque aplican las primeras etapas de reducción progresiva o suspensión. Algunos países (especialmente muchos de Europa) han acelerado la programación.

Debido a su gran uso anterior y actual, un gran inventario de equipo diseñado para el R-22 seguirá en servicio por décadas, mucho después de que haya terminado la producción de R-22. Las principales fuentes para mantener este equipo serán las concesiones limitadas de producción para dicho servicio, inventarios almacenados antes del término de la producción, y las cantidades recuperadas del equipo convertido o retirado. Existirán también opciones para convertir el equipo a refrigerantes de reemplazo, algunos de los cuales eran desarrollados específicamente para simplificar la conversión post-mercado (diferente al uso original).

Un número pequeño de países, también principalmente en Europa, tienen restricciones más fuertes. Ya han prohibido el uso del R-22 y/o su servicio, o las tendrán en fechas específicas con base en el tipo y tamaño del equipo. Por el contrario, el Protocolo de Montreal permite a los países en desarrollo (más específicamente a los identificados en el Artículo 5( I), con base en sus niveles de uso de sustancias controladas), continuar el "consumo" (producción más importaciones menos exportaciones y destrucción) hasta el año 2040.

Opciones de reemplazo del R-22

Fechas de Eliminacion del R-22
Eliminación gradual de producción de R-22 (el 1° de enero del año indicado): estas fechas afectan la producción e importación de R-22, pero no la operación continuada que utiliza este compuesto existente o reciclado.

Protocolo de montreal

Equipo Nuevo

Equipo Existente

Paises desarrollados

2020  (a)

2030

Países incluidos en el articulo 5(1)

2040 (a)

2040

USA y Canada

2010

2020

Observaciones:

 

 

a. El Protocolo impone reducciones escalonadas (una suspensión en el año 2015 para los países incluidos en el Artículo 5.1) para el consumo colectivo de HCFC, pero permite a los países individuales determinar cómo cumplir con dichos límites con base en asignaciones entre sustancias individuales (ponderadas por sus potenciales de agotamiento del ozono, ODPs) y los usos. b. Con respecto a las Enmiendas de la Ley de Aire Limpio (CAAA3 de 1990 y las normas de implementación del 40 CFR 82.

No existe un refrigerante de un solo compuesto que reemplace directamente el   R-22, pero los fabricantes han comercializado al menos ocho mezclas de refrigerantes para mantener el equipo existente (con conversiones apropiadas) y muchas mezclas adicionales para los nuevos equipos. Estas cantidades aumentan a más de 20 para conversiones y a más de diez para los nuevos equipos si se considera el R-502 (una mezcla ampliamente utilizada que contiene R-22 para refrigeración comercial de baja temperatura). La siguiente discusión tiene
que ver con diferentes refrigerantes de un solo compuesto que reemplazan el uso del primer R-22, pero con diferencias en la forma en que son aplicados.   Existen   muchos refrigerantes adicionales en uso principalmente mezclas, pero su participación en el mercado es muy pequeña. La tabla establece solamente aquellas mezclas que han obtenido designaciones estándar.

Complementando la amplia investigación y desarrollo por parte de fabricantes individuales de químicos y equipos, por parte de universidades y otras organizaciones de investigación, y por parte de laboratorios patrocinados por gobiernos, la industria de refrigeración y acondicionamiento de aire organizó un esfuerzo cooperativo para expedir una amplia gama de alternativas para el R-22. Este programa internacional fue conocido como el "Programa para la Evaluación de Refrigerantes Alternativos del R-22" (ARER en inglés). Incluía un homólogo japonés identificado como JAREP. La meta del programa de prueba de principios de 1990 era eliminar la duplicación del trabajo y la pérdida de recursos limitados para evaluar las opciones de reemplazo.

Participaron treinta y nueve compañías -en Europa, Japón y Norte América-. Compartieron resultados analíticos así como los hallazgos a partir de pruebas de equipos y calorimétricas, tanto para "inclusión" (conversiones mínimas) como para diseños optimizados del refrigerante.

AREP evaluó 14 refrigerantes opcionales seleccionados como reemplazos potenciales para el R-22. Las opciones incluían:
R-134a; R-32/125 (60.0/40.0); R-32/134a (20.0/80.0), (25.0/75.0), (30.0/70.0) y 40.0/60.0); R-32/227ea (35.0/65.0); R-125/143a (45.0/55.0); R-32/125/134ª 10.0/70.0/20.0) [R-407B], (24.0/16.0/60.0) y (30.0/10.0/60.0); además de R-32/125/290/134a (20.0/55.0/5.0/20.0). También se incluyeron R-290 (propano) y R-717 (amoníaco), aunque las pruebas reales de estos dos refrigerantes fueron limitadas. Las opciones adicionales incluyeron cuatro reemplazos para R-502,
es decir R-125/143a (45.0/55.0), R-32/125/134a (20.0/40.0/40.0) [R-407A]; R-125/143a/134a (10.0/45.0/45.0) y R-125/143a/134a (44.0/52.0/4.0) [R-404A].

Con base en los hallazgos, la mayoría de fabricantes de equipos unitarios y pequeños compresores convergieron en la mezcla binaria de R32/125, formulada después para el R-32/125 (50.0/50.0) [R-410A] para aumentar el desempeño y evitar al mismo tiempo la inflamabilidad. Esta mezcla azeotrópica próxima opera a presiones de condensación significativamente mayores -aproximadamente 60% mayores que el R-22 para sistemas de aire refrigerado-, pero ofrece un tamaño reducido del equipo. Una mezcla ternaria, R R-32/125/134a, sobresalió como opción de servicio al utilizar diferentes índices de componentes formulados para aproximar las propiedades de temperatura-presión del R-22 y el R-502. El R-32/125/134a (30.0/10.0/60.0) acumuló gran interés como una opción a corto plazo y para uso futuro como un fluido de servicio. Los fabricantes revisaron luego la formulación para el R-32/125/134a (23.0/25.0/52.0) [R-407C] para reducir el potencial de inflamabilidad con fraccionamiento.

El esfuerzo de AREP se relacionaba solamente con la evaluación pre competitiva. Los fabricantes individuales desarrollaron métodos competitivos para diseñar y optimizar el equipo real. Minor (2004) resume una amplia revisión de la literatura sobre las pruebas y cambios necesarios para el equipo real.
Incluían cambios a compresores, intercambiadores de calor y dispositivos de control, así como lubricantes. La mayoría de los informes citados mostraron una eficiencia de energía equivalente o mejorada para el R-410A comparado con el R-22, específicamente aumentos entre 1% y 7% para refrigeración y disminuciones de 3% y aumentos del 7% para calefacción.

Mezclas que remplazan el R-22

 

 

Equipo Existente                    (puede requerir conversion)

Equipo Nuevo

R-22

R-407C

R-411A

R-417A

R-419A

R-407C

R-407E

R-421A

R-421B

 

 

R-410A

R-410B

 

 

 

 

HCs

 

R-502

R-402A

R-402B

R-403A

R-403B

R-404A

R-407A

R-404A

R-407A

R-407B

R-408A

R-507A

R-509A

R-409A

R-411B

R-422A

R-507A

HCs

 

Puesto que la infraestructura de servicio y el uso común de algunos compresores y dispositivos de control para equipo residencial y de comercio liviano, demandaban prácticamente selecciones uniformes, existe menos coherencia en equipos mayores. El R-134a es el reemplazo de mayor uso en enfriadores con compresores de tornillo (175-1500kW, 50-450 toneladas), refrigerados tanto con agua como con aire. Otras opciones incluyeron R-41OA y hasta cierto límite inicialmente en Europa, el R-717 (amoníaco) y el R-1270(propileno). El interés inicial en el R-407C y el R-404A (menos común) para acelerar la entrada en el mercado se ha ¡do desvaneciendo. Un nuevo producto, que también utiliza el R-134a, ofrece un compresor centrífugo muy compacto y accionado por inversor para reemplazar los compresores de tornillo y de pistón oscilante y lograr así una eficiencia altamente mejorada en capacidades similares.

El interés continúa en el R-407C para enfriadores con fuente de agua, particularmente en Europa. Aunque la eficiencia generalmente llega a ser un 7% menor que la del R-22 para diseños convencionales, se están considerando dos desarrollos. El uso de un intercambiador de calor con líquido de succión puede lograr ganancias del 2% en la eficiencia. Pueden lograrse mejoras más significativas aprovechando el alto grado de deslizamiento del R-407C (rango de temperatura de evaporación y condensación) entre 4°C y 5°C (entre 7°F y 9°F).,También puede alcanzarse una mejora de hasta el 5% utilizando intercambiadores de calor de contraflujo para aproximar un ciclo termodinámico de Lorenz (el que aprovecha el deslizamiento para reducir el aumento neto de
temperatura utilizando evaporadores y condensadores de contraflujo).

En el próximo artículo trataremos los temas de las propiedades ambientales, las propiedades termodinámicas y propiedades de transporte. §

James M. Calm, RE., es un consultor de ingeniería en Great Falls, Va. Piotr A. Domanski, Ph.D., dirige el HVAC&R Equipment Performance Group del Instituto Nacional de Normas y Tecnología en Gaithersburg, Md.

 
 
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