Bomba de calor con refrigerante R290 ¿Por qué apostar por ellas?

Más allá de la potencia nominal, del rendimiento estacional y del precio, la elección del refrigerante también se erige como un factor importante, determinando, no solo la eficiencia del sistema, sino también su impacto ambiental y la seguridad para el usuario.

Desde hace tiempo, la sostenibilidad ambiental y los refrigerantes están estrechamente relacionados debido a la influencia significativa que los refrigerantes tienen en el cambio climático y en el medio ambiente. Tradicionalmente, muchos de estos refrigerantes han sido compuestos químicos que contribuyen tanto al agotamiento de la capa de ozono como al calentamiento global.

Por ejemplo, algunos de los refrigerantes más problemáticos han sido los clorofluorocarbonos (CFC), los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) y los hidrofluorocarbonos (HFC). Estos compuestos, especialmente los CFC y HCFC, han sido identificados como causantes del agotamiento de la capa de ozono y ya están prohibidos por la normativa europea y española. Por otro lado, los HFC son gases de efecto invernadero que contribuyen al calentamiento global.

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Para abordar estos problemas ambientales, los laboratorios están intentando constantemente desarrollar refrigerantes que sean más sostenibles y respetuosos con el medio ambiente. Dentro de estas alternativas se incluyen, por ejemplo, los hidrofluorolefinos (HFO), los refrigerantes naturales como el amoníaco (NH3), el dióxido de carbono (CO2) y algunos hidrocarburos (como el R290, propano).

Es importante destacar que la sostenibilidad ambiental también implica considerar la eficiencia energética de los sistemas de refrigeración, ya que el consumo de energía asociado con estos sistemas también tiene un impacto en el medio ambiente.

Los refrigerantes de las bombas de calor
GWP de los refrigerantes
El refrigerante R290: Propano
Comparación R32 y R290
Conclusión 

Los refrigerantes de las bombas de calor

Los refrigerantes son fundamentales en el proceso de intercambio de calor en las bombas de calor. Su funcionamiento básico implica absorber calor al evaporarse a baja presión y temperatura, liberándolo durante la condensación a mayor presión y temperatura.

A pesar de la búsqueda constante del refrigerante ideal, es decir, aquel que sea seguro en su manipulación (no inflamable), que no sea tóxico para las personas, que no sea dañino para el medio ambiente y con propiedades termodinámicas óptimas, hasta el momento ninguna sustancia ha logrado cumplir con todos estos requisitos.

Así, la diversidad de modelos de bombas de calor en el mercado también se refleja en la variedad de refrigerantes que utilizan.

Entre los más comunes se encuentran los hidrofluorocarburos (HFC) como el R410A (mezcla al 50% de refrigerante R32 y R125), R134a (tetrafluoroetano), R407C (mezcla no inflamable de 23% de R32, 25% de R125 y R134A).

Además de los anteriores, más clásicos, es muy frecuente encontrar refrigerantes como el R32 (difluorometano, muy popular en los aires acondicionados) o el R1234ze (de bajo potencial de calentamiento global).

De entre todos ellos, el R32 se ha convertido en la actualidad el más mayoritario en bombas de calor.

La elección del refrigerante, por tanto, debe ir más allá de las propiedades termodinámicas. La clasificación según su inflamabilidad y toxicidad se convierte en un criterio esencial. Estas consideraciones son vitales en el diseño de equipos que utilizan estos refrigerantes.

En España, el Real Decreto 552/2019, del 27 de septiembre, que aprueba el Reglamento de Seguridad para Instalaciones Frigoríficas y sus Instrucciones Técnicas Complementarias (RSIF), proporciona una clasificación de los refrigerantes con respecto a su seguridad, considerando específicamente sus efectos sobre la salud y la seguridad. Esta clasificación se realiza mediante los ya citados criterios de inflamabilidad y toxicidad:

La clasificación en función de la toxicidad de los refrigerantes se divide en dos categorías, A y B, de acuerdo con sus efectos en la salud de los trabajadores expuestos:

• Categoría A: Toxicidad baja. Refrigerantes cuya concentración media a lo largo del tiempo no produce efectos adversos para la mayoría de los trabajadores expuestos durante una jornada laboral de 8 horas diarias y 40 horas semanales. El valor de concentración es igual o superior a 400 ml/m3 [400 ppm].
• Categoría B: Toxicidad media. Refrigerantes cuya concentración media a lo largo del tiempo no causa efectos adversos para la mayoría de los trabajadores expuestos durante una jornada laboral de 8 horas diarias y 40 horas semanales. El valor de concentración es inferior a 400 ml/m3 [400 ppm].

Por otro lado, con respecto a la inflamabilidad se clasifican en:

• Clase 1: No inflamable. El refrigerante no es inflamable bajo condiciones normales.
• Clase 2L: Baja inflamabilidad.
• Clase 2: Moderada inflamabilidad.
• Clase 3: Alta inflamabilidad.

Según esta doble clasificación algunos de los refrigerantes anteriormente citados se catalogan de la siguiente forma:

• R-407C: A1 (No tóxico y no inflamable)
• R32: A2L (No tóxico y baja inflamabilidad)
• R-134a: A1 (No tóxico y no inflamable)
• R744: A1 (No tóxico y no inflamable)
• R-410A: A1 (No tóxico y no inflamable)
• Amoniaco (NH3 o R-717): B2 (Moderadamente tóxico y Moderada inflamabilidad)
• Propano (R-290): A3 (No tóxico y alta inflamabilidad) 

GWP de los refrigerantes

En este desarrollo tecnológico constante, últimamente se está mostrando un interés creciente en los refrigerantes naturales, como el R290 (propano) y el R744 (dióxido de carbono), que ganan terreno gracias a sus características amigables con el medio ambiente.

El GWP, o Potencial de Calentamiento Global por sus siglas en inglés (Global Warming Potential), es una medida que evalúa el impacto climático de un gas durante un período de tiempo específico, en comparación con el que produce el dióxido de carbono (CO2). Se utiliza para cuantificar el potencial de un gas para contribuir al calentamiento global.

En el contexto de los refrigerantes, el GWP se aplica para evaluar el impacto ambiental de los gases utilizados en sistemas de refrigeración y aire acondicionado. Cuanto mayor sea el GWP de un refrigerante, mayor será su capacidad para atrapar el calor en la atmósfera y contribuir al cambio climático.

Se expresa como un número sin unidades, y el CO2 se utiliza como referencia con un GWP de 1. Por ejemplo, si un refrigerante tiene un GWP de 2000, significa que tiene el potencial de contribuir al calentamiento global 2000 veces más que el CO2 durante un período de tiempo específico (comúnmente se consideran períodos de 20, 100 o 500 años).

La reducción del GWP de los refrigerantes es un objetivo importante en la búsqueda de alternativas más sostenibles y amigables con el medio ambiente en la industria de la refrigeración y la climatización. Refrigerantes con GWP más bajo se consideran opciones más ecológicas y se buscan activamente para cumplir con regulaciones ambientales y reducir el impacto climático de estas tecnologías.

Así, de los citados anteriormente los valores de GWP asociados son:

• R-407C: 1774
• R32: 675
• R-134a: 1430
• R744: 1 (es el propio dióxido de carbono)
• R-410A: 2088
• Amoniaco (NH3 o R-717): 0
• Propano (R-290): 3 

El refrigerante R290: Propano

El refrigerante R290, más conocido como propano, ha emergido en los últimos años como un refrigerante natural con propiedades termodinámicas favorables.

Su utilización en lugar de gases sintéticos más comunes, como el R32 o el R410A, se debe a su bajo impacto ambiental, ya que prácticamente no emite gases de efecto invernadero (GWP=3). No obstante, su inflamabilidad exige precauciones y regulaciones específicas en su manejo y aplicación.

La principal ventaja radica, sin duda, en su bajo potencial de calentamiento global (GWP=3) por lo que se posiciona como una opción sostenible y muy respetuosa con el medio ambiente. Tampoco contiene cloro ni flúor, por lo que no es dañino para la capa de ozono.

Por otra parte, el propano es un gran refrigerante en el ámbito de la eficiencia energética gracias a sus propiedades especiales. Esto es debido a que requiere menos energía para alcanzar y mantener la temperatura deseada, lo que mejora la eficiencia del sistema. Su rendimiento superior y el uso eficiente de compresores contribuyen, además, a reducir costos operativos en equipos industriales y comerciales. Esta característica lo convierte en una opción muy interesante para aquellos que buscan soluciones duraderas y económicamente viables.

Además, el R290 se adapta mejor a climas cálidos que otros refrigerantes. Esto lo convierte en una elección inteligente para regiones con temperaturas más altas.

Ya sea en sistemas comerciales o industriales, el R290 es un refrigerante muy versátil y se adapta a diversas necesidades. Su amplio rango de aplicación lo hace una solución integral en el mundo de la refrigeración. Suele ser compatible con otros equipos existentes (no siempre), simplificando la transición a esta alternativa.

El propano se lleva bien con otros componentes de sistemas de refrigeración, asegurando una operación suave y fiable. Además, sorprende al lograr un rendimiento superior con solo un 40% de carga de refrigerante, destacando su eficiencia.

En su contra tiene principalmente su inflamabilidad. Esto implica riesgos potenciales en caso de manejo incorrecto o situaciones de fuga o incendio por lo que su uso requiere medidas de seguridad adicionales como la implantación de sistemas de ventilación y/o de extinción de incendios.

Por otro lado, y aunque se encuentra en claro aumento de cuota de mercado, la disponibilidad del R290 en comparación con otros refrigerantes puede ser un factor limitante en la actualidad. Es muy probable que este problema sea de carácter temporal.

Por último, y aunque ya se ha comentado que es un refrigerante muy versátil, en algunos casos, se pueden requerir modificaciones en los equipos existentes para adaptarse al R290. 

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Comparación R32 y R290

El R32 ha sido en los últimos años el principal refrigerante utilizado en bombas de calor. Su comparación con las prestaciones del R290 revela diferencias significativas.

Aunque ambos son eficientes y respetuosos con el medio ambiente, el R290 destaca por su índice de Potencial de Calentamiento Atmosférico (GWP) mucho más bajo. El del R290 es de 3 por 675 del R32.

Sin embargo, la inflamabilidad del R290 (grupo A3), consecuencia de su naturaleza de gas propano, implica la necesidad de estrictas medidas de seguridad para garantizar la protección de los usuarios de dispositivos que emplean este refrigerante. En contraste, el R32 pertenece al grupo A2L con un grado menor de inflamabilidad y, por tanto, con características algo más seguras para los usuarios.

En cuanto a la eficiencia energética, siendo parecidos el R290 dispone de un rendimiento superior en sistemas de baja carga, destacando por su eficiencia en compresores y equipos industriales, lo que puede traducirse en beneficios económicos.

Conclusión

La elección del refrigerante a incluir en las bombas de calor no es una tarea trivial.

Equilibrar eficiencia, seguridad y sostenibilidad es esencial para el diseño de sistemas que no solo cumplan con las necesidades de los usuarios, sino que también minimicen su impacto ambiental.

A medida que la investigación avanza, la búsqueda del refrigerante ideal continúa, marcando una evolución constante en la tecnología de bombas de calor hacia un futuro más sostenible y eficiente formando parte de los esfuerzos para mitigar el cambio climático y preservar la salud del medio ambiente.

En conclusión, el uso del refrigerante R290 en bombas de calor representa una opción prometedora y sostenible en el ámbito de la climatización. Su naturaleza como hidrocarburo natural, junto con su bajo Potencial de Calentamiento Global (GWP) y eficiencia energética, hacen que el R290 sea una alternativa respetuosa con el medio ambiente.

La moderada inflamabilidad del R290 se puede gestionar mediante prácticas seguras, y su capacidad para ofrecer un rendimiento superior con cargas de refrigerante reducidas contribuye a la eficiencia operativa y a la reducción de costos.

Su aplicación en bombas de calor demuestra ser una elección responsable, alineada con las tendencias hacia sistemas más ecológicos y eficientes en el panorama de la climatización.

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