¿Cómo afecta el Reglamento de Gases Refrigerantes Fluorados a las cámaras climáticas para Ensayos Ambientales?
El principal objetivo de este Reglamento es la reducción gradual de los gases fluorados (HFC) responsables de efecto invernadero, y ha modificado la forma en que el sector se debe hacer cargo de esos gases refrigerantes fluorados. La reducción gradual es una política que se ha planificado por etapas. Cada gas refrigerante existente ha sido valorado con un valor de Potencial de Calentamiento Atmosférico, PCA ó GWP (Global Warming Potencial en inglés) en función de su composición química y expresadas en kg de CO2 equivalente. Así, los gases refrigerantes fluorados HFC comercializados en la UE se reducirán gradualmente mediante la asignación de “cuotas” por parte de la UE a los productores e importadores de HFC a granel (los HFC a granel son los que todavía no han sido integrados en ningún equipo y suelen estar contenidos en botellas o contenedores). Las empresas que han recibido una “cuota” de CO2 equivalente deben asegurarse de que no la superen. Como resultado de la reducción gradual de refrigerantes, se ha planificado una reducción del consumo de HFCs en un 79% en el horizonte de 2030. Esta reducción no tiene precedentes y significa que el sector y los usuarios necesitan cambiar a refrigerantes con un GWP menor. Así, la UE es flexible para utilizar diferentes tipos de HFC mientras dirige la innovación hacia la incorporación de HFCs con un menor GWP.
Fig.1 Esquema de reducción de "cuotas" en la UE
Para una empresa distribuidora, cuanto más alto sea el GWP de un gas refrigerante fluorado, más alta será la cantidad de CO2 equivalente por kilogramo y por tanto, más alta será su emisión de CO2, más alta será la “cuota” consumida. Por ejemplo, 10kg del refrigerante R134A (GWP 1430) corresponde a una cantidad de 10kg x GWP 1430 = 14.300kg de CO2 equivalente, mientras que 10kg de R404A (GWP 3920) corresponde a 39.200kg de CO2 equivalente y 10kg de R23 (GWP 14800) son 148.000 kg de CO2 equivalente.
De hecho, la aplicación del Reglamento sobre gases fluorados ha traído consigo la restricción del uso de algunos gases refrigerantes (especialmente a partir de 2018, cuando se ha producido la primera gran bajada en las “cuotas” asignadas al 63% de las asignadas en 2015, como se ve en el gráfico anterior). El efecto más directo para el sector de cámaras climáticas de laboratorio ha sido en el incremento del Precio y la escasez en el suministro de determinados gases de GWP alto, como el caso del R23, (GWP 14800), y del R404A (GWP 3920), lo que los hace muy poco interesantes para los fabricantes y distribuidores, ya que consume una gran cantidad de su “cuota” de CO2 equivalente.
A partir del 1 de Enero de 2017: Obligatoriedad de realización de ensayos de estanqueidad de gas en cámaras climáticas de laboratorio para ensayos de simulación ambiental.
Desde el 1 de enero de 2017, las pruebas de estanqueidad de circuitos frigoríficos son una obligación para el propietario de las cámaras climáticas de laboratorio. A partir de 5 toneladas de CO2 equivalente, correspondiente p.e. aprox. 1,7 kg de gas R404A, es obligatoria la realización de una prueba anual de estanqueidad de los circuitos de refrigeración. Esta prueba debe ser realizada por personal especializado y certificado. El ensayo de estanqueidad debe realizarse de acuerdo con la Norma EN 378-4. El tiempo entre verificaciones de estanqueidad varía en función de la cantidad de refrigerante (a partir de 500 toneladas de CO2 equivalente es de sólo 3 meses). El ciclo de prueba se puede ampliar con un sistema automático de control de fugas.
La tasa de fuga permitida depende de la cantidad de llenado de refrigerante y del tiempo de construcción del sistema. En un sistema construido en 2008 con una cantidad de llenado de <10 kg, se permite una tasa de fuga anual del 3%. El propietario del equipo y un técnico acreditado deben documentar la realización de la prueba de estanqueidad y las cantidades rellenadas en caso de fuga.
A partir de Enero de 2020, el rellenado de circuitos refrigerantes en cámaras climáticas con refrigerantes con GWP superior a 2.500 sigue estando permitido sólo por debajo de las 40 t de CO2 equivalente (equivalente a aprox. 10 kg de R404A). Cantidades mayores sólo pueden llenarse con refrigerante reciclado.
Importante: En el caso de las mezclas de refrigerantes con deslizamiento de temperatura (sustancias zeótropas), es difícil volver a llenarlas porque el refrigerante puede quedar sin mezclar. De hecho, está totalmente prohibido rellenar con un refrigerante alternativo, ya que se desconocen los parámetros de la mezcla de refrigerante producida.
A partir del 1 de Enero de 2020: Prohibición de venta de equipos con gases refrigerantes fluorados de GWP>2500
A partir del 1 de enero de 2020, los refrigerantes con un GWP>2.500 ya no estarán permitidos en las cámaras climáticas nuevas para ensayos de simulación ambiental. Por lo tanto, el antiguo refrigerante estándar R404A seguirá estando permitido sólo para rellenar los circuitos de cámaras climáticas ya existentes (y sólo hasta el 31-Dic de 2029). Existe una exención para los circuitos refrigerantes para alcanzar temperaturas por debajo de -50°C y también en aplicaciones militares, p.e. R23.
Como ya se ha indicado anteriormente, los refrigerantes con un alto GWP son muy poco atractivos para los fabricantes y distribuidores debido a su consumo desproporcionado por encima de la cuota, en cuanto a la reducción de emisiones de CO2 se refiere. Así, el precio del R23 ya se ha multiplicado casi por diez, y junto con el R404A se ha vuelto prácticamente imposible de conseguir en algunas partes de Europa. Los principales fabricantes de refrigerantes han anunciado el cese de la producción del R404A.
WEISS Technik, como líder en tecnología en Cámaras Climáticas de laboratorio para Ensayos Ambientales, participa en los diferentes Comités Técnicos, ha sido consciente del problema y ha colaborado desde el año 2013 con los principales fabricantes de compresores (BITZER y EMERSON-COPELAND) y resto de elementos de los circuitos de refrigeración (DANFOSS) para proporcionar una solución. Como resultado de las más de 30.000 horas de pruebas realizadas, WEISS Technik validó en 2016 un nuevo diseño y convirtió todos los circuitos de refrigeración estándar a R449A (GWP 1397); y a partir de 2018 la conversión de toda la gama ha sido completa, muy por delante del resto de fabricantes de cámaras climáticas.
Fueron necesarias modificaciones técnicas en el circuito de refrigerante para mantener el mismo rendimiento. Con el gas R449A, en las cámaras climáticas de WEISS Technik se garantizan los -40°C. Toma varios minutos más en comparación con el gas R404A, ya que la compensación de calor se reduce en el rango inferior, aunque es importante destacar que la velocidad de enfriamiento en el rango del estándar y medida según la Norma habitual IEC 60068-3-5, se mantiene con toda garantía.
Las cámaras climáticas existentes que utilizan gas refrigerante R404A se pueden convertir en R452A (GWP 2141) a bajo costo para ampliar su vida en servicio. WEISS Technik está bien situada para ofrecer asesoramiento y llevar a cabo conversiones gracias a la mayor red de servicio de Europa; NEURTEK, somos el distribuidor oficial para España.
Para alcanzar temperaturas más bajas, el sistema en cascada de refrigerante con el gas R23 sigue siendo la primera opción para obtener el mejor rendimiento en ese rango. Esto permite reducir la temperatura linealmente por debajo de -65°C alcanzando hasta los -72ºC. Conceptos alternativos, como por ejemplo compresores de dos etapas, requieren mucha más energía con menos aumento de rendimiento y, por lo tanto, a menudo no son rentables.
Y a partir de 1 de Enero de 2030:
De acuerdo con el Reglamento, a partir de 1 de Enero de 2030, no se podrá Mantener las cámaras climáticas ni recargar gas que tenga GWP>2.500. Será necesario realizar una reconstrucción del grupo frigorífico de la cámara climática de laboratorio para trabajar con un gas refrigerante alternativo, p.e. R452A o R449A.
Por tanto, comprar hoy una cámara climática que no podrá ser Mantenido con su gas dentro de 11 años (por ejemplo, con R404A o R508A) es una decisión económicamente adversa para el propietario.
El futuro de los gases refrigerantes: ¿Refrigerantes naturales?
WEISS Technik no ha detenido su I+D una vez se ha llegado a una solución para el Reglamento Europeo de reducción de emisiones de CO2; continúa investigando sobre refrigerantes alternativos que puedan utilizarse de forma inocua para el medio ambiente. Los sucesivos Reglamentos para la reducción de la utilización de gases de efecto invernadero conducen a una solución basada en refrigerantes naturales, como el Propano (R290), el agua, H2O (R718), el dióxido de carbono CO2 (R744),…. En el caso de las cámaras climáticas para laboratorio, sólo se consideran válidos los refrigerantes ininflamables (incluso en caso de fuga), no tóxicos y no corrosivos, y que no tienen potencial de agotamiento de la capa de ozono. Por lo tanto, se excluyen refrigerantes como el propano, el óxido nitroso (N2O) o el amoníaco (NH3).
De hecho, algunas aplicaciones están cambiando al dióxido de carbono como refrigerante, por ejemplo, en la venta al por menor de alimentos. Es una solución muy conocida (desde el siglo 19), muy atractiva en apariencia, ya que la equivalencia evidente en GWP es de sólo de 1kg / 1kg frente a las toneladas/kg de los refrigerantes convencionales.
Sin embargo, en el caso de las cámaras climáticas, el CO2 es una alternativa adecuada sólo en sistemas de gran tamaño. Los costes añadidos de los componentes necesarios y la complejidad técnica no son rentables para las cámaras de clima y temperatura de tamaño mediano o pequeño. Se deben adoptar algunas precauciones al tratar con algunas propiedades del CO2, ya que la presión del sistema es muy alta (más de 70 bar a una temperatura exterior de 30°C), que se puede evitar utilizando un gran acumulador o un sistema de enfriamiento de parada con una fuente de alimentación separada. Incluso las labores de mantenimiento de los equipos se complican por las posibles quemaduras por frío. Y en cuanto a los costes de operación, el consumo eléctrico es mayor, ya que el refrigerante debe estar fluyendo en todo momento. Tampoco se puede desdeñar en instalaciones grandes los posibles problemas por inhalación excesiva de CO2.
Las pruebas realizadas en los últimos años por WEISS Technik muestran que pueden alcanzarse temperaturas de hasta -48°C con CO2. El concepto es atractivo, especialmente en lo que respecta a los sistemas grandes que a menudo funcionan dentro de un rango de temperatura media y estable, por ejemplo, a -20°C. Un sistema de una etapa puede trabajar muy eficientemente en este rango. Sin embargo, para una cámara climática, con continuos ciclos de calentamiento y enfriamiento, con gradientes térmicos importantes y con necesidades de disipación térmica del rango de las muestras activas en su interior en CO2 no es una alternativa viable.
Y más allá con WEISS Technik:
El objetivo de los esfuerzos de investigación de WEISS Technik es obtener un refrigerante de reemplazo que no requiera un compromiso en términos de confiabilidad, seguridad y rendimiento. Y se deben alcanzar con garantías temperaturas de hasta -70°C. También es importante que la solución permita evitar las evaluaciones de seguridad, las evaluaciones de riesgo de explosión o los sistemas de alerta de gas en los laboratorios. Además, WEISS Technik también garantizará la seguridad reglamentaria en términos de potencial de reducción de la capa de ozono y el suministro de piezas de recambio asequibles y disponibles.
Referencias:
1.- Reglamento (UE) No 517/2014 del Parlamento Europeo y del Consejo
2.- Weiss Technik Gas Regulation
4.- EPEE – European Partnership for Energy and the Environment
5.- EMERSON-COPELAND:
6.- BITZER
- https://www.bitzer-refrigerantreport.com/
- https://www.bitzer.de/es/es/prensa/new-refrigerants-approved-for-2-stage-reciprocating-compressors.jsp
7.- DANFOSS
