​Pros y contras de los refrigerantes A2L en bombas de calor y en aire acondicionado

La urgente necesidad de encontrar un refrigerante adecuado para bombas de calor y sistemas de aire acondicionado ha llevado al mercado a utilizar refrigerantes A2L. Si está involucrado en este sector, probablemente conozca la historia…

La eliminación gradual de los refrigerantes HFC para evitar sus efectos negativos sobre el calentamiento global conlleva que los refrigerantes más utilizados en estas aplicaciones, como el R-410A, deben ser sustituidos por refrigerantes con un potencial de calentamiento global (GWP) más bajo, sin embargo, no existe una solución de actualización para este tipo de sistemas. 

En este contexto, algunos fabricantes han optado por utilizar refrigerantes naturales, mientras que otros han elegido una solución intermedia. ¿Por qué utilizo el término "intermedio" para los refrigerantes A2L? Intentaré explicarlo en este artículo.

Refrigerantes A2L: inflamabilidad intermedia

La definición A2L proviene de la clasificación de refrigerantes según la Norma 34 de ASHRAE. Hay dos niveles de seguridad para indicar la toxicidad: Clase A para refrigerantes que presentan menor toxicidad y Clase B para aquellos que presentan mayor toxicidad. 

En cuanto a la inflamabilidad, existen cuatro niveles: Clase 1, para refrigerantes que no propagan una llama cuando se prueban según la norma; Clase 2, para refrigerantes ligeramente inflamables; Clase 2L, para refrigerantes de Clase 2 que se queman muy lentamente, es decir, con una capacidad máxima de combustión inferior a 100 mm/s; y Clase 3, para refrigerantes altamente inflamables.

La clase de inflamabilidad A2L se añadió hace pocos años. Esta actualización de la norma surgió como consecuencia del uso cada vez mayor de los HFOs, la nueva generación de refrigerantes sintéticos que se empezaron a producir como respuesta a la eliminación gradual de los HFCs, ya que la mayoría de ellos son ligeramente inflamables.

Sin embargo, no debemos olvidar el refrigerante HFC R-32, que también es A2L y se utiliza ampliamente en sistemas de aire acondicionado y bombas de calor. En resumen, los refrigerantes A2L no son tóxicos, pero son ligeramente inflamables. Y la mayoría de los HFOs, así como el R-32, pertenecen a esta categoría.

La definición por sí sola sugiere una ventaja y una desventaja de esta clase de refrigerantes: son menos inflamables que los refrigerantes A2 y A3, pero más inflamables que los A1. 

Por lo tanto, en comparación con los refrigerantes HFC que pertenecen a la clase A1, como el R-410A, es necesario gestionar un nuevo problema. Sin embargo, al compararlos con hidrocarburos (clase A3) como el propano, las normas de seguridad son generalmente más fáciles de aplicar.

Efectos medioambientales: ¿solución intermedia?

Entre los refrigerantes disponibles y más utilizados actualmente en aire acondicionado y bombas de calor, los refrigerantes A2L incluyen algunos HFOs como R-1234yf o R-1234ze con un GWP ultrabajo (0-10), algunas mezclas de HFCs y HFOs como R-452B o R-454B con valores de GWP medio (450-750) y un HFC, R-32, que también presenta un valor de GWP medio (675). Estos refrigerantes A2L no tienen ningún efecto sobre la capa de ozono.

Sin embargo, hay varios estudios de investigación en curso que analizan otros posibles efectos negativos en el medio ambiente. Por un lado, los HFOs son parte de un grupo de sustancias químicas conocidas como PFAS que pueden descomponerse en TFA (ácido trifluoroacético) y HF (ácido fluorhídrico) y pueden potencialmente causar lluvia ácida. 

Por otro lado, el R-1234ze no se descompone en TFA, pero estudios preliminares han encontrado que su fotodescomposición da lugar a la formación de la sustancia R-23 (¡GWP=14.800!).

Los resultados finales de estos estudios serán clave para determinar el futuro de los refrigerantes HFO, sin olvidar que el valor de GWP de algunos de ellos es bastante elevado.

Estándar de seguridad

El estándar internacional que dicta requisitos específicos para bombas de calor eléctricas, acondicionadores de aire y deshumidificadores hasta cierto límite de carga de refrigerante es IEC 60335-2-40. La última edición de esta norma (Edición 6) incluye algunas excepciones que se pueden aplicar a los refrigerantes A2L, facilitando así su uso con respecto a refrigerantes más inflamables.

Por un lado, cuando se utilizan refrigerantes A2L, los componentes eléctricos no se consideran una potencial fuente de ignición si se cumple uno de los tres requisitos siguientes:

Carcasa conforme con una prueba de verificación de detención de llama especificada en el anexo NN de la norma.

Diámetro efectivo (d_eff) de apertura de relés y componentes similares inferior a 22,3 ×Su^-1,09 o 7 mm, el que sea menor. Su es la velocidad de combustión en cm/s. El diámetro efectivo se calcula como 4×A/S, donde A es el área de la sección transversal de la abertura en mm² y S la longitud del perímetro de la abertura en mm. Por ejemplo, si la apertura máxima permitida del relé es inferior a 2,8 mm para el R-32, el componente no se considera una fuente de ignición.

Alternativamente, se puede realizar una prueba especificada en la norma para demostrar que no hay propagación de una llama desde cualquier contacto dentro del relé hacia el exterior.

Carga eléctrica conmutada de dispositivos de conmutación (en kVA) menor o igual a 5×(6,7/Su)⁴ al interrumpir todas las fases, o menor o igual a 2,5×(6,7/Su)⁴ al interrumpir dos fases de una carga trifásica o una o dos fases de una carga monofásica. Esto se aplica cuando el dispositivo tiene capacidad para 100.000 ciclos. El resultado para R-32 es 5 kVA al interrumpir todas las fases o 2,5 kVA en los otros dos casos.

Por otro lado, cuando se utilizan refrigerantes A2L se permite una mayor carga de refrigerante si se incluye uno de los siguientes sistemas: circulación de flujo de aire incorporado, sistema de conductos de aire o sistema de refrigeración de hermeticidad mejorada. Por ejemplo, para una habitación de 20 m², la carga máxima de refrigerante permitida para el R-32 es de 5,6 kg. 

Dicha carga se puede aumentar a 10,1 kg si se incluye un sistema de circulación de aire, o a 16,9 kg con un sistema de conductos de aire (considerando un espacio climatizado de 50 m²). Para el propano, el límite de carga para una habitación de estas dimensiones es de 410 gramos.

Además, la temperatura de la superficie se puede medir solo en condiciones de funcionamiento normal cuando se utilizan refrigerantes A2L, mientras que para los demás refrigerantes inflamables debe medirse tanto en condiciones de funcionamiento normales como anormales.

La Edición 6 del IEC 60335-2-40 ya ha sido adoptada en Australia y Nueva Zelanda, pero no en otros territorios como la Unión Europea o los Estados Unidos. No obstante, hay un grupo de trabajo internacional que ya está preparando una nueva edición de esta norma, la cual permitiría el uso de mayores cargas de cualquier refrigerante inflamable en nuevos equipos diseñados con medidas de seguridad adicionales.

Según la información que se ha divulgado, el límite de carga dependerá de las medidas de seguridad que se adopten. Por tanto, la Edición 7.0 de esta norma facilitaría el uso de refrigerantes A3 con respecto a la Edición 6.0.

Observaciones finales y conclusión

En la actualidad, el precio de la mayoría de los refrigerantes HFO en Europa es más bajo que el de los HFCs y más alto que el de los naturales. La excepción es el R-1234yf, que tiene un precio mucho más alto que todos los demás refrigerantes. 

En cuanto al R-32, su precio actual es inferior al de los demás refrigerantes A2L, pero superior al de los naturales. Si bien la variación en los precios depende de muchos factores, podemos decir que en general el precio actual de los refrigerantes A2L es intermedio.

Otro tema a considerar es el hecho de que muchos refrigerantes A2L son mezclas de otros refrigerantes y presentan un valor de deslizamiento significativo. Sin embargo, el deslizamiento de las mezclas de refrigerantes más comúnmente utilizadas en sistemas de aire acondicionado y bombas de calor, como R-454B y R-452B, es bajo y no compromete el diseño del sistema.

En conclusión, es evidente que los refrigerantes A2L tienen una inflamabilidad intermedia, un precio intermedio en la actualidad, requisitos “intermedios” según la norma IEC 60335-2-40 y valores de GWP intermedios (algunos de ellos).

La única incógnita en este momento es si los refrigerantes A2L son o no una solución intermedia. Los resultados de los estudios de investigación en curso sobre sus efectos ambientales darán una pista muy importante para poder responder a esta pregunta.

Texto de Miriam Solana | HVAC/R Technical Knowledge Specialist | Carel Industries