Mega tendencias en refrigeración: refrigerantes naturales, nuevos servicios y control digital

Transición hacia refrigerantes naturales

Las concentraciones de CO2 en la atmósfera y el constante aumento del efecto que este tiene en el calentamiento atmosférico, han producido grandes desequilibrios que afectan a las condiciones climáticas del planeta. El efecto de esto en los ecosistemas y el peligro que supone para las condiciones de la vida en la tierra llevan años preocupando a la comunidad científica, sanitaria, social y económica.

Las variaciones climáticas evidenciadas en los últimos años han producido movimientos en los diferentes gobiernos a nivel mundial dando lugar a acuerdos en el seno de Naciones Unidas como el protocolo de Montreal, para reducir el agujero en la capa de ozono, o posteriormente el protocolo de Kioto donde se acordó reducir los gases que producen calentamiento atmosférico global.

Europa se está mostrando especialmente sensible y proactiva atajando estos problemas con políticas medioambientales que están promoviendo cambios legislativos.

Dichas exigencias impuestas por los legisladores de la Unión Europea empujan hacia el avance hacia la transición en el uso de refrigerantes naturales. Con ello se espera reducir las emisiones que provocan efecto invernadero y reducir así la huella de carbono dejada por el ser humano.

Entre los gases refrigerantes naturales cabe destacar: 

• La gran familia de los hidrocarburos, entre ellos podemos mencionar el Isobutano (R600a), el Propano (R290) ambos con un GWP de 3
• El anhidrido carbónico CO2 (R744) en su modalidad subcrítica en climas fríos y transcrítica en climas cálidos
• El amoniaco NH3 (R717), con un GWP de 0, muy utilizado en circuitos de compresión mecánica en grandes instalaciones por su gran eficiencia energética. Con mucha historia en las primeras fábricas de hielo, en sistemas de absorción poco eficientes comparados con los de compresión mecánica, pero muy utilizados en plantas de trigeneración por su capacidad de aprovechar el calor residual, donde se combina con torres de refrigeración.
• El Agua, H2O, (R718), ha demostrado ser muy eficiente en combinación con el aire por sus propiedades adiabáticas, principalmente en zonas calurosas y muy secas. Entre sus utilizaciones podemos distinguir sistemas indirectos como torres de refrigeración, los cuales pueden mejorar en un 45% el rendimiento de una instalación o sistemas directos como la refrigeración evaporativa, qué sin sistemas de compresión mecánica pueden enfriar un aire a alta temperatura y baja humedad. 

Se ha experimentado en circuitos frigoríficos por compresión mecánica, pero de manera excepcional y este tipo de máquinas, no ha sido promovido ni utilizado habitualmente, por lo que se desconoce en general su efectividad
La transición hacia los refrigerantes naturales podría aplicarse al mundo de la climatización, si bien el Reglamento de Instalaciones de Gas en Locales destinados a usos domésticos, colectivos o comerciales (RIGLO), el RSIF y el RITE y otras legislaciones relacionadas son muy restrictivas respecto a los refrigerantes inflamables, al margen de que dicha inflamabilidad pudiera no suponer grandes riesgos. Actualmente existen cañerías de gas natural o botellas, por ejemplo, de 12 kg de Propano o Butano en los domicilios, pero, sin embargo, actualmente no se permiten más de 150 gramos de propano o Isobutano en una instalación doméstica (puede que en breve se amplíe a carga máxima 500 gramos).

De momento esta transición se va a ir produciendo solamente en el ámbito de la refrigeración si bien se han hecho avances con el R32 con un GWP de 675 catalogado como ligeramente inflamable (A2L) con el que se permiten instalaciones un límite de carga de 1.842 kg. Estas instalaciones podrán ser ejecutadas por empresas frigoristas nivel 1. Para cargas superiores la empresa debe ser nivel 2.

Además del bajo impacto de los refrigerantes naturales en el recalentamiento global es importante que a su vez son gases son de alta eficiencia energética, con lo que el binomio resulta altamente interesante.

La refrigeración como un servicio

En la Unión Europea principalmente en los países del norte de Europa, existe una gran tradición en la utilización de centrales de cogeneración (district heating), es decir, calefacción como un servicio, muy útiles y con muy alta eficiencia energética por su capacidad de aprovechar el calor residual de la generación eléctrica con turbinas, para la producción de agua caliente utilizable en calefacción y en ACS.

En España es factible, dada la radiación solar disponible y la cantidad de zonas despobladas y antiguos campos de cultivo, realizar centrales de concentradores solares, para generar corriente eléctrica y con el calor residual producir calefacción y refrigeración distribuyéndolo en redes urbanas de calefacción y refrigeración como un servicio, es decir, una central de trigeneración (District Heating & Cooling o redes urbanas de calor y frío) utilizando para generar refrigeración máquinas de absorción con EER bajos, pero que al utilizar energías residuales que de otra forma se perderían, hacen que estos sistemas sean muy rentables.

En caso de excedentes eléctricos mediante electrolisis se puede producir hidrogeno para alimentar calderas, automoción etc, cuya combustión no produce CO₂. 

En España la primera red de este tipo se realizó en Barcelona en el 22@ y zona del Besòs, suministrando a través de su red urbana de calor y frío, energía térmica útil a más de 90 edificios, con energía residual de la quema de basuras y productos de la depuradora del Rio Besos aportando un ahorro de más de 17.500 Tn anuales de CO² y ello reduciendo cerca del 60% el consumo de energías de origen fósil.

Digitalización automatización de equipos e instalaciones

La digitalización de los equipos de climatización nos lleva a la monitorización en tiempo real, así como la correcta ejecución y automatización de los mantenimientos preventivos, que a su vez permite la optimización del rendimiento de los equipos, así como la drástica reducción de averías. Mediante este sistema se pueden modificar parámetros de regulación e identificar patrones de funcionamiento poco eficientes, así como seguimiento de averías intermitentes.

También nos permite la vigilancia constante de temperatura y la reducción de los tiempos de mantenimiento, mediciones del EER y COP obligatorias trimestralmente en potencias de más de 70kW y mensuales a partir de 1.000 kW que hoy en día rara vez se realizan.

Resumen de ventajas de la digitalización y monitorización de los equipos:

• Automatización de recogida de los datos de funcionamiento para informes
• Reducción de los tiempos de mantenimiento preventivo de control
• Reducción que los tiempos te mantenimiento preventivo presencial
• Reducción de los costes de consumos energéticos
• Reducción de Recambios de piezas por desgastes prematuros por vibraciones.
• Mayor longevidad de los equipos

Las tendencias en refrigeración están vinculadas con el uso cada día más extendido de refrigerantes naturales por su bajo Potencial de Calentamiento Atmosférico (PAO o GWP). Siendo capaces de adaptarnos a las posibilidades climáticas que nos ofrece nuestra privilegiada zona climática, combinando energía solar utilizando concentradores solares, con cogeneración y trigeneración.

Debido a la actividad turística, de servicios y como grandes productores de alimentación, tenemos mucha demanda en refrigeración, tanto para conservación de alimentos, como para mantener unas condiciones térmicas adecuadas reguladas por el RITE.

Debido a la gran demanda energética en refrigeración, de sectores punteros de nuestro país, como el turístico, comercial, alimentario, farmacéutico, industrial, etc, necesitamos generar energía de manera más eficiente y evolucionar hacia sistemas más sostenibles limitando la utilización de refrigerantes contaminantes.

Para ello debemos reducir al máximo el consumo de energía mediante modernas técnicas en fabricación de equipos, optimizando digitalmente su funcionamiento y monitorizando parámetros que nos permitan parcializar al máximo la potencia entregada, para poder ajustarla con la mayor exactitud posible a la demanda energética.