Refrigeración con amoniaco (NH3 - R717)

Refrigeración con amoniaco (NH3 – R717)

Blog, NH3

En la actualidad la refrigeración con amoniaco, conocido también como NH3 o R717 es una de las alternativas principales, pero ¿Por qué?

El amoníaco o NH3 es un refrigerante natural del tipo L2, utilizado principalmente en grandes plantas industriales, conocidas como chillers o plantas enfriadoras. La tecnología de refrigeración con NH3 destaca por sus excelentes propiedades termodinámicas.

Sus prestaciones permiten su aplicación en media y baja temperatura, llegando a alcanzar temperaturas de hasta -70 ºC.

Propiedades del amoniaco (NH3 - R717)

Principales características del amoniaco
Fórmula química	NH₃
Densidad líquido a +20ºC	610 kg/m³
Densidad gas a +20ºC	0,78kg/m³
Densidad relativa del gas (respecto aire)	0,6
Punto triple	-77,7 ºC
Temperatura evaporación a 1,013 bar	-33,4 ºC
Temperatura ignición (DIN 51794)	+ 651 ºC
Concentración explosiva en volumen	15-28%
Concentración explosiva en peso	114-212,8 g/m³
Concentración explosiva en p.p.m	150000 – 280000 ppm
Aumento volumen con cambio de estado	800 veces
Muy soluble en el agua (litros NH₃/litro agua)	1140 a 0ºC
Causa quemaduras en la piel

Calidad requerida del amoniaco para su uso como refrigerante
Pureza	99,98%
Contenido máximo de agua	150 ppm
Residuos de aceite	3 ppm
Incondensables	0,2 ml/g

¿Por qué se utiliza amoniaco en la refrigeración?

La refrigeración con amoniaco surge principalmente debido a las consecuencias relacionadas con el uso de refrigerantes halocarbonados (HFC, HCFC y CFC) que provocan:

La destrucción de la capa de ozono generó su prohibición a través del Protocolo de Montreal.
El calentamiento atmosférico como consecuencia de la emisión de gases que favorecen el efecto invernadero. Provocando la necesidad de limitar e incluso prohibir, la utilización de los HFC que se habían introducido como sustitutos de los CFC y HCFC. Con el fin de regularizar dicha situación se formaliza el Protocolo de Kioto.

De esta manera se reforzaba el objetivo del Acuerdo de París cuya meta es mantener el calentamiento global por debajo de 1,5 °C a 2 °C para el año 2100. Además debemos tener en cuenta que la restricción de estos mismos cada vez será mayor en todo el mundo hasta su prohibición final.

Para solucionar la futura carencia de refrigerantes se han planteado y desarrollado dos posibilidades:

Sintetizar nuevos refrigerantes, aunque tras su fracaso y la prohibición de los conocidos HFC como “sustitutos”, esta alternativa solo desembocaría en lo desconocido.
Usar refrigerantes naturales conocidos y compatibles con la protección del medioambiente.

Los refrigerantes naturales no contribuyen al agotamiento del ozono, al calentamiento global ni atentan contra la seguridad ecológica. Además, permite que su contribución indirecta al calentamiento global sea también menor.

Los refrigerantes naturales utilizados en la actualidad son:

Aire (R-729)
Agua (R-718)
Anhídrido carbónico o CO2 (R-744)
Amoniaco o NH3 (R-717)

Además también encontramos los Hidrocarburos HC: Propano (R-290), propileno (R-1270), butano (R-600), isobutano (R-600a), etano (R-170).

El uso de alguno de estos fluidos puede incluir determinados riesgos, pero estos quedarán controlados mediante una ejecución y mantenimiento apropiados, basados en la extensa experiencia disponible y el cumplimiento de los reglamentos, ordenanzas locales y normas aplicables.

Beneficios y ventajas de la refrigeración con amoniaco

El amoniaco (NH3 o R717) ha sido utilizado como refrigerante desde finales del siglo XIX, y sigue siendo una opción popular en la actualidad, especialmente en aplicaciones industriales y comerciales. Su uso se debe a una serie de beneficios y ventajas que lo convierten en una alternativa atractiva a los refrigerantes sintéticos.

Beneficios

La tecnología de refrigeración con amoniaco o NH3 cuentan con los siguientes beneficios:

Eficiencia y mayor rendimiento que otros gases HFC, tales como el R134a, R290 o incluso el CO2.
Fiabilidad y seguridad debido a la normativa vigente que regula la aplicación segura en sus instalaciones y a su olor característico, fácil de identificar en caso de fugas.
Sostenibilidad medioambiental. El R717 es un refrigerante natural que tiene un índice cero de GWP y ODP.
Inversión inteligente, debido a su rápido retorno de la inversión al máximo rendimiento.

Ventajas

La tecnología de refrigeración con amoniaco o NH3 destaca por las siguientes ventajas:

Eficiencia energética. Gracias a sus excelentes propiedades termodinámicas se reduce el consumo eléctrico y se consigue un rápido retorno de la inversión.
Bajo mantenimiento. Es un sistema optimizado y compacto gracias a la funcionalidad de su sistema frigorífico.
Rentabilidad, debido a la abundancia de este refrigerante natural, su coste es reducido.
Baja carga de refrigerante. Gracias al diseño en carga crítica sin recipiente además incorpora componentes de bajo consumo.
Sin necesidad de sala de máquinas. Sistema con condensador de aire incorporado, diseñado para instalación en el exterior.
Sin consumo de agua. Gracias a la condensación por aire para temperaturas de hasta 47ºC, por lo que el sistema está exento de riesgo de legionelosis.
Compatibilidad de un sistema indirecto de refrigeración con glicol a caudal variable (opcional).
Menor coste de fabricación. Su sistema frigorífico utiliza tuberías de menor diámetro de acero, lo que supone un ahorro.

¿Cuáles son las aplicaciones de la refrigeración con amoniaco?

El amoniaco desempeña un papel fundamental en una amplia gama de aplicaciones dentro de la refrigeración, garantizando la calidad y seguridad de los productos y procesos. Entre sus principales funciones se encuentran:

Mataderos industriales: Utilizado en actividades como conservación, cámaras de congelados y salas de despiece, donde garantiza un enfriamiento eficiente del producto, manteniendo condiciones óptimas de temperatura y humedad.
Almacenes de frutas y verduras: Esencial para mantener condiciones óptimas de temperatura y humedad, preservando la calidad de los productos durante el almacenamiento. También se emplea en cámaras de atmósfera controlada para retardar la maduración de ciertos frutos.
Industria pesquera: Empleado en la conservación de productos frescos y congelados, asegurando temperaturas adecuadas para la preservación del pescado en fábricas de hielo y cámaras de conservación.
Industrias lácteas y centrales lecheras: Utilizado para el enfriamiento y conservación de la leche y sus derivados, coordinando la carga térmica con la producción de frío para garantizar la eficiencia energética.
Fábricas de bebidas: Gestiona la temperatura durante los procesos de fermentación, evitando la cristalización del agua y asegurando el desarrollo adecuado de las cepas de levadura.
Industria del plástico: Controla la temperatura en la transformación de plásticos, garantizando la forma deseada de las piezas moldeadas.
Otros procesos industriales: Empleado en enfriamiento de equipos de soldadura, automoción, aeronáutica y otros procesos que requieren control preciso de la temperatura.

Precio

En general, el amoníaco tiende a ser más económico que muchos otros refrigerantes sintéticos, debido a su disponibilidad y a que es un producto químico relativamente simple de producir. Sin embargo, es importante tener en cuenta que el precio del amoníaco puede fluctuar debido a factores como la oferta y la demanda en el mercado global de productos químicos, los costos de producción y transporte, así como las regulaciones gubernamentales que puedan afectar su producción y uso.

Por último, al evaluar el precio del amoníaco en refrigeración, es importante considerar no solo el costo inicial de adquisición, sino también los beneficios a largo plazo en términos de eficiencia energética, mantenimiento y cumplimiento de regulaciones ambientales.

Cálculo del ciclo de vida. Instalación frigorífica de R717 – Datos de proyecto.

Instalación refrigeración NH3
Horas año de “manipulación” (personal trabajando para carga/descarga y otras actividades):	3.840h
Resto de horas año en régimen “mantenimiento”	4.920h
Potencia frigorífica	1.200 kW
Potencia horaria nominal absorbida por compresores	325 kW
Potencia media anual absorbida por compresores en régimen de manipulación	230 kW
Potencia horaria nominal absorbida por equipos auxiliares (ventiladores, bombas, resistencia eléctricas, etc.)
Potencia horaria media absorbida por equipos auxiliares en régimen de manipulación	38 kW
Potencia horaria media absorbida por compresores en régimen de mantenimiento (4.920h)	120 kW
Potencia horaria media absorbida por equipos auxiliares en régimen mantenimiento (4.920h)	22 kW
Ciclo de vida considerado	15 años
Coste actual energía eléctrica	0,11€/kWh
Incremento del precio de la energía anual	3%
Coste medio energía eléctrica en 15 años	0,14€/kWh
Intereses medios del dinero	5% anual
Costes de mantenimiento anual de la plana de frío	4% precio adquisición

Cálculo del ciclo de vida. Instalación frigorífica de R717 – Análisis Económico.

Costes distribuidos en 15 años
Estudios previos: 30.000€	2.000€
Instalación frigorífica completa 940.000€ con intereses	90.562€
Instalaciones auxiliares para la instalación frigorífica 180.000€ (Inst. eléctrica, agua, aire comprimido,etc.)	17.342€
Costes energía media anual durante los 15 años: 1.631.280 kW-h x 0,14€/kW	228.379€
Costes de operación planta frío (1 operario 20% tiempo)	6.600€
Costes de mantenimiento (Inst.frig y auxiliares)	3.000€
Costes mediombientales	2.000€
Costes de desmantelamiento (60.000 €/15)	4.000€
Costo total anual	353.883€
Porcentaje del consumo eléctrico sobre el total: 65%

Precauciones de la refrigeración con amoniaco

Las medidas de prevención imprescindibles para garantizar un funcionamiento fiable de los equipos a lo largo de toda su vida útil, logrando a la vez que operen con su máxima eficacia consisten:

Contratar obligatoriamente el mantenimiento preventivo con una empresa habilitada, que de acuerdo con el RD 552/2019 es obligatorio para las instalaciones de nivel.
El mantenimiento debe realizarse según el manual de instrucciones entregado por el fabricante. No debe olvidarse que el no cumplimiento de la frecuencia y/o alcance de las revisiones puede conllevar una pérdida de garantías y, además, desatiende el principio de la acción preventiva (Ley 31/1995 y RD 486/1997).
A lo largo de los últimos años se ha detectado un notable incremento de falsificaciones en la industria de la refrigeración y es el usuario el que debe exigir que presente un certificado emitido por el fabricante original o un certificado equivalente con el fin de asegurar el cumplimiento de la legislación nacional e internacional que pueda aplicársele.

Además en términos de seguridad en el espacio de trabajo hay que prestar vital importancia a las medidas de seguridad necesarias para que en caso de improviso durante el proceso de producción, la instalación sea segura y se pueda evitar la sobreexposición del amoníaco al ambiente, lo que podría provocar problemas de mayor repercusión a nivel de integridad en el área de trabajo al igual que la merma del producto. Por el contrario, es un gas con un olor característico y de fácil identificación.

Normativa aplicable

Siendo el amoniaco un refrigerante que se está usando con equipos de compresión desde 1876, se han desarrollado una serie de normativas y reglamentos tendentes a garantizar la mejor seguridad para personas, medioambiente y productos almacenados.En la Unión Europea la norma reconocida por todos los estados miembros es la EN 378 “Sistemas de refrigeración y bombas de calor. Seguridad y requisitos medio ambientales”, la cual está alineada con la norma de seguridad internacional ISO 5149. La norma EN 378, ha incorporado novedades como:

Parte 1. Introducción de la categoría de inflamabilidad 2L. Un método de cálculo de carga basado en la clasificación del refrigerante y la adición de dos nuevos métodos alternativos.
Parte 2. Cambios en los diagramas de flujo utilizados para la determinación de los requisitos del dispositivo de protección.
Parte 3. Cambios en los requisitos para las salas de máquinas.
Parte 4. Disposiciones para manipular el vapor de amoníaco.

Como todas las normas, la EN 378 no es de obligado cumplimiento, sin embargo, las especificaciones técnicas que establece que hayan sido incorporadas parcial o totalmente a la reglamentación nacional de seguridad. En España, las instalaciones frigoríficas están reglamentadas de acuerdo con el RD 552/2019 de 27 de septiembre (coherente con la EN378:2016) en el que se establecen las prescripciones de seguridad que deben satisfacer las instalaciones que utilicen fluidos refrigerantes, entre ellos el amoniaco. Además, debe cumplir con las directivas de nuevo enfoque que puedan afectar a la instalación, entre las que se destaca:

Clasificación del local por accesibilidad y uso.

Acceso general, Habitaciones, recintos o construcciones en los que:

Las personas tienen limitada su capacidad de movimiento.
No se controla el número de personas presentes.
Puede acceder cualquier persona sin que, necesariamente, tenga que conocer las precauciones de seguridad requeridas.

Acceso supervisado: Habitaciones, recintos o construcciones con un aforo limitado de personas, algunas de las cuáles deben necesariamente conocer con las precauciones generales de seguridad requeridas del establecimiento, principalmente ubicación de salidas de emergencia y zonas de paso.
Acceso autorizado: Habitaciones, recintos o construcciones a los que solo tienen acceso personas autorizadas, que conozca las precauciones de seguridad generales y específicas del establecimiento, principalmente ubicación de salidas de emergencia y zonas de paso, y en los que se desarrollan actividades de fabricación, procesamiento o almacenamiento de materiales o productos.

Tipo de ubicación de los sistemas

Tipo 1: Sistema de refrigeración con todas las partes que contengan refrigerante estén situadas en un espacio ocupado por personas.
Tipo 2: Sistema de refrigeración con los compresores, recipientes y condensadores situados en una sala de máquinas no ocupada por personas o al aire libre. Los enfriadores, las tuberías y las válvulas pueden estar situados en espacios ocupados por personas.
Tipo 3: Sistema de refrigeración con todas las partes que contengan refrigerante estén situadas en una sala de máquinas no ocupada por personas o al aire libre.
Tipo 4: Sistema de refrigeración en el que todas las partes que contienen refrigerante están situadas en el interior de una envolvente ventilada.

Refrigeración con amoniaco (NH3 – R717)