El desconocido pero sorprendente R152a

DFE, R152a o difluoroetano es un refrigerante ecológico de media temperatura sustitutivo del refrigerante R134a. El difluoroetano es respetuoso con la capa de ozono, tiene una excelente eficiencia termodinámica, y posee un muy bajo potencial de calentamiento atmosférico o PCA, de tan sólo 124.

El R152a se viene utilizando comúnmente como propulsor en aerosoles, como agente espumante, o como componente de mezclas de refrigerantes, sin embargo, su clasificación como refrigerante ligeramente inflamable, ha limitado su uso en la automoción y la refrigeración comercial. No obstante, la reciente fiscalidad española sobre los refrigerantes fluorados de efecto invernadero (con PCA mayor de 150), así como las limitaciones impuestas por el reglamento F-Gas ante el calentamiento global, ha hecho recobrar el interés por los refrigerantes inflamables, e incluso refrigerantes de alta toxicidad como el amoniaco.

Características del R152a

El Difluoroetano o R152a es un hidrocarburo fluorado puro con una formulación muy similar al R134a. Posee una curva de presión de vapor equivalente al R134a, con desviaciones de apenas 2K, y tiene características químicas equivalentes, siendo por tanto compatible con todos los materiales, componentes frigoríficos, válvulas termostáticas, compresores y aceites lubricantes. El R152a presenta además características termodinámicas superiores al R134a y a los HFOs. El coeficiente de transferencia de calor del refrigerante en los evaporadores aumenta en torno a un 20% gracias a las mejores propiedades físicas del R152a respecto del R134a. Por su parte, gracias a una menor viscosidad del gas, la pérdida de carga en las líneas de aspiración se verá reducida en un 30%. El menor peso molecular del R152a le otorga un alto calor latente de vaporización, una mayor eficiencia volumétrica del compresor, y un mejor rendimiento COP del ciclo frigorífico, con una mayor temperatura de descarga en unos 10K respecto del R134a.

Propiedades del R152a vs R134a y R1234yf (REFPROP9)

	R134a	R1234yf	R152a
Peso molecular (gr/mol)	102	114	66
Temperatura de ebullición a presión atm.	-26,1ºC	– 29,5ºC	– 24,0ºC
Calor latente de evaporación a-10ºC,  kJ/kg	199	163	307
Capacidad frigorífica volumétrica, kJ/m3	1293	1186	1283
GWP (IPCC AR4)	1430	4	124
Límite inferior de inflamabilidad %vol	–	6%	4%
Calor de combustión kJ/mol	428	1220	1090
Temperatura de autoignición	–	405ºC	454ºC
Clase de seguridad según ASHRAE	A1	A2L	A2

Prestaciones termodinámicas

La presión de trabajo del R152s es ligeramente inferior (-10%) a la del R134a para la misma temperatura de evaporación. Y sin embargo, su capacidad frigorífica es equivalente (-1% respecto al R134a), por lo que, como resultado, el R152a podría ser utilizado en el mismo sistema de refrigeración como sustituto del R134a. En la práctica, la todos los factores en un mismo sistema frigorífico, permite obtener una eficiencia energética del R152a de un 20% superior a la del R134a, y aún más respecto del R1234yf. Además, en el mismo sistema la reducción de la carga de refrigerante R152a es de un 40% en peso debido al menor peso molecular. En el cálculo del impacto medioambiental o factor TEWI de una instalación, el R152a obtendría menor valor que el R1234yf, pues el mayor efecto directo sobre el calentamiento atmosférico debido a un mayor índice PCA, se ve ampliamente compensado por la reducción del efecto indirecto asociado al menor consumo de energía eléctrica. Diagrama presión (bar) – Entalpía (kJ/kg) de distintos gases refrigerantes

Compatibilidad química

El informe del Instituto de Tecnología de Aire Acondicionado y Refrigeración, como parte del programa de investigación en compatibilidad de materiales y lubricantes preparado por el Departamento de Energía de EU en 1993, examinó distintos gases HFC en varias concentraciones con varios lubricantes. El R152a resultó ser miscible en tosas las concentraciones y en todo el rango de temperaturas de ensayo de -50ºC a 90ºC. El programa analizó la compatibilidad de 24 materiales habitualmente utilizados en compresores con los distintos refrigerantes, incluido el R152a, y en combinación con 17 lubricantes, obteniendo buenos resultados. Se analizó también la compatibilidad con distintos elastómeros mediante inmersión de muestras en el refrigerante. En general el R152a junto con el R134a y otros HFCs presentaron las menores deformaciones en los elastómeros. Al igual que la práctica totalidad de refrigerantes, se dedujo su incompatibilidad con los elastómeros fluorados y las siliconas. Diversos plásticos fueron también ensayados con buenos resultados de compatibilidad con los HFCs en general. El ABS, sin embargo, mostró ser incompatible con el R22, R32, R123,  R124, R134a y R152a.

Prescripciones de seguridad

El R152a está clasificado como refrigerante de media seguridad, clase A2, no tóxico pero  ligeramente inflamable. Si bien el reglamento de seguridad de instalaciones frigoríficas limita el uso de refrigerantes de media seguridad en aplicaciones de expansión directa refrigeración comercial, sí que permite su uso sin límite de carga en sistemas indirectos y en aplicaciones industriales de expansión directa. Debido la ligera inflamabilidad de los refrigerantes del grupo 2, se precisa mayores niveles de seguridad que implican soluciones específicas en el diseño de los sistemas junto con el correspondiente análisis de riesgo. Además, el reglamento de seguridad en atmósferas explosivas (RD 681/2003) clasificaría tales instalaciones frigoríficas como Zona 2 de riesgo. es decir, como áreas de trabajo en la que no es probable, en condiciones normales de explotación, la formación de una atmósfera explosiva. La clasificación no conllevaría, en principio, la aplicación de las medidas ATEX, sino que su utilidad sería únicamente a efectos de establecer las zonas susceptibles de ser desclasificadas o modificada su clasificación mediante la implantación de medidas preventivas (como la implantación de extracción localizada, garantizar una ventilación natural suficiente, etc…). [4] Para la mitigación del riesgo en las cámaras frigoríficas se recomienda instalar un detector de fugas que aísla el evaporador del resto de la instalación, evitando así la formación de atmósfera explosiva. Y en efecto, la carga de refrigerante que queda en el interior de un evaporador suele ser inferior a 20gr por cada m3 de cámara, muy inferior al límite de inflamabilidad de 0.137 kg/m3. En las salas de máquinas se recomienda instalar un sistema de extracción automático en caso de fuga que procure un suficiente caudal de ventilación. Por su parte, no constituyen áreas de riesgo las canalizaciones en tuberías que se mantienen técnicamente estancas, por ejemplo, alrededor de conducciones soldadas.

Diagrama Presión-entalpía del R152a

Bibliografía

[1] Reglamento de seguridad para instalaciones frigoríficas y sus instrucciones técnicas complementarias. Real Decreto 138/2011, de 4 de febrero. BOE núm. 57, de 8 de marzo de 2011. [2] Reglamento F-Gas (UE) No 517/2014 del Parlamento Europeo y del Consejo de 16 de abril de 2014 sobre los gases fluorados de efecto invernadero. [3] Reglamento de seguridad de los trabajadores expuestos a los riesgos derivados de atmósferas explosivas en el lugar de trabajo, Real Decreto 681/2003, de 12 de junio BOE nº 145, de 18 de junio. [4] Guía técnica para la prevención y evaluación de los riesgos derivados de atmósferas explosivas en los lugares de trabajo, RD 681/2003. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. [5] Mendoza, J.M. (2013). Evaluación energética de los refrigerantes R1234yf y R152a como alternativa al R134a en sistemas de refrigeración. Revista Iberoamericana de Ingeniería Mecánica. Vol 17, Nº2. [6] Cabello, R (2015). Experimental comparison between R152a and R134a working in a refrigeration facility equipped with a hermetic compressor. International Journal of Refrigeration, 60, 92-105. [7] Cabello, R (2016). Energy evaluation of R152a as drop in replacement for R134a in cascade refrigeration plants. Applied Thermal Engineering. 110. [8] Palm (2016-1). The opportunities and challenges of R152a, Part 1. (Möjligheter och utmaningar för R152a.) Department of Energy Technology. KTH Royal Institute of Technology. (Accedido el 30/07/2017) [9] Palm (2016-2). The opportunities and challenges of R152a, Part 2. (Möjligheter och utmaningar för R152a.) Department of Energy Technology. KTH Royal Institute of Technology. (Accedido el 30/07/2017) [10] UNE-EN 60079-10. Material eléctrico para atmósferas de gas explosivas. Parte 10: Clasificación de emplazamientos peligrosos. [11] Godwin, D. (1993) Materials compatibility and lubricants research on CFC-Refrigerants substitutes. Air-conditioning and Refrigeration Technology Institute, Inc. The U.S. DEPARTMENT OF ENERGY.(Accedido el 30/07/2017). [12] Bitzer Refrigerant Report (2014). Edition A-501-14.(Accedido el 30/07/2017) [13] BRA 2012. Guide to flammable refrigerants. British Refrigeration Association. (Accedido el 4/08/2017) [14] Energy performance evaluation of R1234yf, R1234ze(E), R600a, R290 and R152a as low-GWP R134a alternatives. D. Sánchez, R. Cabello, R. Llopis, I. Arauzo, J. Catalán-Gil, E. Torrella. Int. J. of Refrigeration, vol. 74, 267-280.