Refrigeración

Glicoles y glicoles inhibidos en sistemas secundarios

Los glicoles etilénicos son alcoholes con dos o más grupos -OH, muy utilizados como anticongelante en la industria. En su forma pura son líquidos limpios, incoloros, inodoros e higroscópicos, completamente miscibles en agua y con la mayoría de los disolventes orgánicos. En la actualidad, se emplean como una opción para la refrigeración

Pedro Figueiredo y Felipe do Amaral / Esquemas e imágenes: cortesía de Dow

A lo largo de los últimos años, en los sistemas de refrigeración secundarios, la combinación de glicoles, glicoles inhibidos y agua de buena calidad como fluido secundario de transferencia de calor ha sido una opción técnicamente viable y eficiente para sistemas de aire acondicionado, refrigeración industrial, alimentaria y otros. El mercado internacional conoce esta solución desde hace mucho tiempo; por ejemplo, en Brasil, la tecnología se ha popularizado y ganado fuerza gracias a su baja demanda operacional, alta confiabilidad, reducción de los costos de energía, seguridad en la operación y excelencia técnica de las empresas prestadoras de estos servicios o proveedoras de producto.

Las soluciones “caseras” de refrigeración secundaria (como el uso de glicol puro, monoetilenglicol [MEG] o propilenglicol [PG] puro) ya probaron su ineficiencia en comparación con los glicoles aditivados, sobre todo en casos en los que la corrosión dañó el sistema a tal grado que la instalación industrial tuvo que ser restablecida.

Adicionalmente, en virtud de las restricciones impuestas por el Protocolo de Montreal y la necesidad de obtener una transferencia de temperatura más segura que preserve el equipamiento y que sea inofensiva con el medioambiente, la utilización de sistemas con enfriamiento a través de fluido secundario se ha expandido en los mercados mundiales.

Con el aumento de su utilización y la consecuente “popularización” de este tipo de tecnología, las ventajas del proceso de refrigeración por fluido secundario se han vuelto evidentes, llevando a un incremento de su demanda. En este artículo se explican las aplicaciones de los glicoles como agentes refrigerantes y la diferencia entre glicol puro (monoetilenglicol y propilenglicol) y glicol inhibido (glicol más aditivos), su importancia y las ventajas del proceso de refrigeración con fluidos secundarios (indirectos).

Figura 1. Sistema de refrigeración secundaria

Sistemas de enfriamiento
Un sistema de refrigeración secundaria consiste en la división del proceso de enfriamiento en dos partes: la generación de frío y su transferencia. Un ejemplo son los mercados de bebidas, cámaras frigoríficas y supermercados, en donde las exigencias en cuanto al mantenimiento de bajas temperaturas para evitar contaminación, degradación y prolongar la vida de los alimentos son bastante rigurosas. En este caso, el sistema está formado por un grupo enfriador de líquido (enfriador con fluido refrigerante) que enfría una solución acuosa de fluido intermedio anticongelante, capaz de mantenerse en estado líquido a temperaturas de hasta -50 °C. La solución circula a través de la red de distribución hasta los expositores y cámaras. La temperatura necesaria para la conservación de productos está garantizada a través de un adecuado balance entre los niveles de temperatura del fluido intermedio y la superficie de intercambio térmico de los serpentines (Figura 1).

Las aplicaciones
El uso de sistemas indirectos de enfriamiento tiene amplia aceptación y se pueden encontrar en los siguientes mercados/aplicaciones:

Enfriamiento en sistema secundario

  • Procesos de enfriamiento industrial
  • Aire acondicionado
  • Pistas de patinaje sobre hielo
  • Sistemas de almacenamiento de energía térmica (Thermal Energy Storage -TES)
  • Industria alimentaria
    • Leche
    • Bebidas: cerveza, vino, otros
    • Congelación de jugos concentrados
    • Formación de hielo

Calefacción en sistema secundario

  • Bobinas de calefacción (resistencias) y sistemas integrados
  • Procesos de calefacción industrial
  • Calentamiento solar
  • Sistemas para derretir la nieve
  • Sistemas de ventilación y aire acondicionado (bucles de enfriamiento)

Soluciones en el mercado
Para la elección del fluido de transferencia existen varias opciones en el mercado; sin embargo, no se cuenta con una investigación exhaustiva de cada una, ya que las características están restringidas a una categoría más importante que es el glicol inhibido (Tabla 1).

Ventajas y beneficios del glicol inhibido
Entre las diversas soluciones para fluidos intermediarios, la que más beneficios ofrece es la utilización del conjunto glicol más paquete de aditivos. De acuerdo con la Tabla 1, esta combinación garantiza todas las exigencias de un fluido secundario de transferencia de calor que son:

¨ Actuar en temperatura subcero pudiendo llegar hasta 50 °C
La adición de soluciones aditivadas con etilenglicol o propilenglicol en sistemas acuosos permite el flujo de la solución hasta temperaturas de -50 °C. Esta característica es de extrema importancia en sistemas de refrigeración y de almacenamiento de temperatura. Por otro lado, las soluciones de glicoles, agua y aditivos poseen una presión de vapor menor que el agua pura y pueden trabajar hasta con temperaturas de 150 °C (tanto en bajas como en altas temperaturas, el uso de aditivos es una condición “innegociable” para el uso del glicol).

¨ Mantener el sistema intacto y exento de corrosión
La presencia tanto de la reserva alcalina para neutralizar la acidez y balancear el pH como de los aditivos antioxidantes, los apasionantes de metal y los anticorrosivos garantizan una operación exenta de corrosión y la prolongación de vida útil de los sistemas. En algunos casos, ésta ya ha demostrado ser mayor a 20 años. La tentación de utilizar un glicol sin aditivos o de aditivarlo por cuenta propia en un sistema de refrigeración es una solución extremadamente arriesgada. Los glicoles puros se degradan en ácidos orgánicos reduciendo el pH del sistema y aumentando la tasa de corrosión, mientras que la adición por cuenta propia aumenta el costo operacional, demanda conocimientos técnicos específicos y puede no reducir la tasa de corrosión si el balance entre aditivos y glicoles no es el correcto. En los dos casos, el costo final puede ser superior a la “tercerización” de un fluido listo con tecnología agregada.

¨ Impedir la contaminación bacteriológica a una concentración mínima del 25 por ciento en agua
A una concentración superior del 25 por ciento los glicoles inhiben, por acción osmótica, la proliferación de colonias de bacterias y hongos (Tabla 2). Por lo tanto, los proveedores de soluciones de glicol inhibido recomiendan la utilización mínima de este porcentaje, aunque la temperatura mínima requerida sea mayor a un 25 por ciento (-9.6 °C).

¨ Seguridad
Las soluciones de glucosa son seguras y no inflamables. La adición de agua logra que la solución, al circular en el sistema de refrigeración, sea capaz de extinguir el fuego.

La calidad del agua de dilución
El cuidado en la calidad del agua que se utilizará en el sistema de refrigeración es uno de los factores más subestimados, pero es tan importante como el uso de aditivos en las soluciones glicólicas. Es crucial cuidar la calidad del agua si se quiere preservar el equipo.

Los principales problemas generados por el agua no tratada son la corrosión, el depósito de sedimentos (borra), incrustación, sedimentos suspendidos, contaminación microbiológica y reducción de la transferencia de calor.

Se ha demostrado en la práctica que la combinación de glicoles inhibidos y agua de buena calidad como fluido secundario de transferencia de calor es una opción viable y eficiente para diversos sectores industriales. Como se mencionó previamente, las soluciones “caseras” de refrigeración secundaria (como el uso de glicol puro) son ineficientes y pueden causar severos daños al sistema de enfriamiento. En estos casos (en promedio cinco años después del primer llenado), el costo de aquellos que optaron por la solución sugerida en este artículo es ya significativamente menor que los eligen las soluciones caseras.
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Pedro Figueiredo
Licenciado en Ingeniería Química, con un posgrado en Tecnologías Químicas, Higiene y Seguridad Industrial por la Escola Técnica de Paulinia (Brasil). Forma parte del equipo de Dow desde 2015 y tiene experiencia en tecnologías de petróleo, gas e I+D. Ha impartido capacitaciones técnicas y ha participado en el desarrollo de diversos productos.

Felipe do Amaral
Ingeniero químico por la Escola Politécnica de la Universidad de São Paulo. Forma parte del equipo de Dow desde 2014; tiene experiencia como investigador y cuenta con amplios conocimientos en fluidos de transferencia de calor. Actualmente, es responsable de los mercados de Combustibles Dyes & Markers, Pulp & Paper y ECOFAST™ en América Latina.

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