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Introducción:
Los sistemas de refrigeración que se utilizan en múltiples aplicaciones industriales operan mayormente por el ciclo de compresión de gases refrigerantes.
Desde los inicios de la actividad industrial los gases utilizados fueron básicamente el CO2 dióxido de carbono, NH3 amoníaco, SO2 dióxido sulfuro, propano y otros.
Con el tiempo la industria en general se definió por el uso de amoníaco, y en menor medida por el CO2.
Hace casi 100 años aparecieron los gases refrigerantes sintéticos que rápidamente, y en paralelo con el desarrollo de la refrigeración doméstica y las aplicaciones en tratamiento de aire de confort, absorbieron una parte significativa del mercado de la refrigeración.
Su categorización como refrigerantes “seguros” fue un factor sumamente importante para esta popularización.
Sin embargo, investigaciones científicas desarrolladas en los años 80 demostraron que los refrigerantes sintéticos eran extremadamente perjudiciales para el medio ambiente.
A partir de esas investigaciones se han establecido legislaciones, acuerdos, convenios internacionales para restringir o minimizar el uso de estos refrigerantes, que en simultáneo a la toma de conciencia han conducido a:
- el resurgimiento de los refrigerantes naturales
- los esfuerzos de compañías químicas para obtener refrigerantes sintéticos menos agresivos con el medio ambiente.
En referencia a los refrigerantes “naturales” se deben señalar las características propias a tener en cuenta para su aplicación.
Las propiedades de estos gases los hacen energéticamente inobjetables, compatibles en todos los rangos de temperaturas deseadas para los procesos y ecológicamente sustentables.
Sus principales características individuales a considerar son:
Dióxido de carbono, CO2, R744:
ODP = 0, GWP = 1.
Clasificación de seguridad = A1 (baja toxicidad y no inflamable).
Sus condiciones de operación resultan en presiones más elevadas que los demás refrigerantes.
Su costo es bajo, disponible normalmente y en caso de producirse fugas razonables no afectará los productos.
Fugas importantes deben ser controladas por peligro de sofocación y afecciones menores.
Hidrocarburos, Propano R290, Isobutano R600a, Propileno, R1270:
ODP = 0, GWP < 4.
Clasificación de seguridad = A3 (baja toxicidad, pero altamente inflamable).
Normalmente los códigos y normas en general limitan su uso a aplicaciones de muy baja carga de gas refrigerante.
Amoníaco, NH3, R717:
ODP = 0, GWP = 0. Clasificación de seguridad = B2L (baja inflamabilidad y alta toxicidad).
Diversos códigos y reglamentaciones internacionales regulan su aplicación.
Amoníaco
Considerando que es el refrigerante de más vasta aplicación universal en la mayoría de los procesos industriales, el análisis de su elección para proyectos frigoríficos requiere de la evaluación de los aspectos de seguridad, ya que sus otras propiedades lo ubican por encima de los refrigerantes sintéticos.
Los aspectos de seguridad se relacionan primariamente con su toxicidad, y en menor relevancia con su inflamabilidad por ser ésta baja y menos probable.
Primordialmente su efecto tóxico sobre la salud de las personas es el punto a considerar.
Aspectos relativos a la seguridad.
Es importante consignar que si bien todas las consideraciones, ideas, rutinas, etcétera, que surgen de la experiencia práctica, conocimientos a través de artículos, lecturas, cursos, presentaciones y cualquier otro aporte, son valiosos e importantes, al encarar disciplinas de diseño, construcción y operación de sistemas frigoríficos de cualquier tipo, es imprescindible y mandatorio subordinarse a lo establecido
en las normas, estándares y regulaciones, ya sean estas oficiales de autoridades nacionales, estatales, municipales, etcétera.
El proceso de análisis requiere además recurrir a la consulta de las normas y estándares internacionales que, dada la larga experiencia de utilización del amoníaco, permiten obtener la más abundante, idónea y probada información para desarrollar proyectos y operaciones de acuerdo a las buenas prácticas.
Complementariamente a las regulaciones oficiales locales de cumplimiento obligatorio, los proyectos y operaciones pueden optimizarse siguiendo los diversos códigos y normas existentes, considerando que todos los países y regiones tienen acceso a fuentes de consulta de organizaciones irreprochables.
Como ejemplos, se puede consultar:
Europa:
PED (Pressure Equipment Directive)
EN 378
EN- Product Standard
EN-Material Standard
América:
ANSI IIAR 2,
ASTM ASME Section VIII
ASTM ASME B.31.5
PSM (Process Safety Management)
Internacional:
IIAR Guidelines
ISO 5149.
Además, prestigiosas organizaciones privadas nacionales de varios países han emitido Normas que generalmente están en línea con las mencionadas más arriba y eventualmente las compatibilizan con reglamentaciones oficiales locales.
Se debe reiterar que todas estas Regulaciones deben tener prelación sobre los conceptos o consideraciones particulares o circunstanciales que se pudieran presentar.
Identificación normalizada de cañerías.
Diseño. Seguridad. Consideraciones.
Los objetivos, previsiones, especificaciones para las condiciones de seguridad de un proyecto de refrigeración se definen desde la primera etapa del Diseño Conceptual del proyecto total.
En esta primera etapa es muy recomendable la coordinación con especialistas en Seguridad de otras disciplinas. (Arquitectura, incendio, accesos, comunicaciones, etc.)
No es materia para postergar su estudio o definiciones en etapas posteriores del desarrollo del proyecto.
El primer objetivo de seguridad es que los sistemas tengan “cero” posibilidad de fugas.
El segundo es, en caso de producirse fugas, limitar las mismas y minimizar las posibilidades de daños a las personas, bienes y productos.
Tipos de emisión, fugas de refrigerante:
- Difusión por juntas y sellos.
- Pérdidas apreciables por desgastes de sellos y juntas.
- Fugas mayores por averías o deficiencias operativas.
Sistemas de detección de fugas, pérdidas y presencia ambiental de gas refrigerante.
Se pueden considerar dos aspectos relativos a la detección de fugas de refrigerante:
- La detección o búsqueda de fugas que es una tarea puntual a efectuar individualmente por medios específicos portátiles en zonas dónde se observa o presume una pérdida.
- En cambio, la detección de gas refrigerante en ambientes (Salas de Máquinas, locales de equipos, espacios refrigerados, etcétera) se realiza por medio de sensores fijos, en cantidad y ubicación determinados por normas y experiencia práctica que reportan a sistemas centrales de control y alarma.
Los sistemas de detección del punto 2, una vez detectada la presencia de gas en los distintos niveles de concentraciones y alarmas consecuentes, generarán las acciones correctivas necesarias para satisfacer las recomendaciones normativas de ASHRAE 15, EN 378, ANSI IIAR 2 y reglamentaciones locales donde las hubiere.
Los sistemas incluyen: detectores a ubicar en puntos críticos, ya sean de Salas de Máquinas o espacios y locales en los que haya equipos o componentes con amoníaco.
Los detectores reportan a una central que originará avisos de alarmas, que según el grado de la situación, serán generadas en forma visual y acústica a distintos niveles de destino.
Es importante destacar que la alimentación de energía al sistema de detección y sus controles y equipos comandados se debe efectuar por medio de fuentes de alimentación independientes y no interrumpibles.
Recomendaciones adicionales:
- Es muy conveniente que en sistemas con refrigerantes secundarios se instalen detectores de gas en tanques o tuberías del fluido secundario.
- No es tema de esta nota, sin embargo, se debe puntualizar que, a pesar de no ser usual; las instalaciones con refrigerantes sintéticos o con dióxido de carbono, requieren la instalación de sistemas de detección al igual que las de amoníaco.
- Cuando se produzca o detecte una fuga (aún pequeña) debe ser reparada de inmediato.
Aunque parezca una obviedad se debe asumir, como regla básica, que de no repararse rápidamente una
fuga, ésta nunca disminuirá, con el tiempo siempre se agravará.
Simulacro de activación de protocolo ante fuga de amoníaco.
Sistemas de ventilación y extracción.
Todos los espacios o locales con equipos o componentes conteniendo amoníaco deben poseer sistemas de
ventilación para prevenir que se produzcan concentraciones de gas potencialmente peligrosas.
Requerimientos generales para ventilación en Salas de Máquinas de refrigeración.
Las distintas normas internacionales especifican exhaustiva y claramente los requerimientos de ventilación (inyección y extracción) que se deben satisfacer.
Básicamente se deben considerar rangos que permitan:
- mantener la temperatura de los locales en valores aceptables, disipando el calor generado por los equipos;
- brindar caudales y condiciones que permitan considerar la Sala de Máquinas como área no clasificada, (en esta condición la mayoría de los códigos no requieren sistemas explosión proof);
- mantener un caudal suficiente que evite la formación de mezclas inflamables;
- tener capacidades para actuar en emergencia eliminando todo el gas de los ambientes controlados en casos de fugas.
Generalmente los sistemas de ventilación se diseñan para operar en distintas condiciones/etapas: un sistema básico para ventilación y extracción permanente continua, y sistemas complementarios de ventilación y extracción de emergencia que se activan en caso de pérdidas o fugas de refrigerante.
Estos sistemas, equipos, deben tener características normalizadas:
- ventiladores en ejecución anti chispa;
- dispositivos de accionamiento desde distintos puntos en el exterior de las Salas de Máquinas fácilmente visibles y accesibles,
- accionamiento automático en emergencia desde controladores remotos que detecten las situaciones de emergencia.
La ubicación de los ventiladores y extractores deben generar un barrido lógico de los espacios. Sus descargas en el exterior y el flujo que generan no deben afectar espacios o edificaciones vecinas.
Instalación eléctrica.
Las Salas de Máquinas que cuenten con ventilación de acuerdo a normas no requieren equipamiento eléctrico anti explosivo, no obstante, los ventiladores de extracción de aire (eventualmente conteniendo amoníaco) deberán ser accionados por motores ex proof en caso de estar éstos en el flujo de aire.
Asimismo, se asegurará el suministro de energía ininterrumpida por fuentes independientes para los sistemas de extracción, ventilación, detección de fugas, iluminación de emergencia.
Instalación de iluminación.
Se debe asegurar la correcta iluminación de los espacios con equipamiento de amoníaco.
La iluminación mínima aconsejable; y a altura operativa; será de 30 lux.
Es recomendable adicionalmente incluir iluminación spot en puntos críticos de control.
La iluminación será controlada en forma manual desde el exterior de los espacios.
Se debería considerar un sistema de iluminación de emergencia de fuente independiente.
Condiciones edilicias generales requeridas para Salas de Máquinas con equipos de amoníaco.
El local de Sala de máquinas debe ser una construcción independiente, separada de otros edificios. Paredes y materiales resistentes y/o retardantes al fuego.
La altura libre mínima por sobre el equipo de mayor altura debe ser mayor a 2.25 mts.
Debe poseer puertas herméticas, por lo menos una de apertura directa al exterior.
No deben existir penetraciones de tuberías, conductos, etcétera que no sean estrictamente las pertenecientes al sistema de refrigeración.
Preferentemente recibidores y condensadores no deberían ser ubicados en la Sala de Máquinas. Deben colocarse indicaciones preventivas de la existencia de amoníaco en todas sus puertas. Deben instalarse extinguidores de incendio accesibles en las cercanías.
Instalación de equipos de protección personal.
Instalar y ubicar adecuadamente en el exterior y cercanías de fácil accesibilidad equipos de protección personal.
Estos deberían incluir como mínimo para dos personas: máscaras con filtro, anteojos y guantes de protección contra bajas temperaturas. Dos sistemas lavadores de ojos, uno en Sala de Máquinas y uno en las cercanías de la Sala.
Factores operativos varios a observar atentatorios a la seguridad.
– Los pisos de Salas de Máquinas deben estar limpios, libres de agua, aceites o materias grasas.
– Válvulas, componentes, equipos elevados, etcétera deben ser accesibles por medios seguros.
– Todos los gabinetes eléctricos, de control, etcétera deben estar cerrados herméticamente.
– Todos los canales, vías de escape deben estar completamente libres de obstáculos de cualquier tipo.
– Las operaciones de purgas de aceite y similares deben ser cuidadosamente planificadas y ejecutadas por un equipo de dos operadores calificados.
– Mantener equipos, válvulas, tuberías, etcétera, libres de hielo que incrementa el peso de los mismos.
– Las aperturas y cierres de válvulas deben efectuarse gradualmente para evitar eventuales golpes de ariete.
– En tareas de mantenimiento o limpieza nunca eliminar el hielo por medios mecánicos (golpes etcétera), solamente por medios térmicos y fusión de la capa de hielo.
– No estibar ni depositar en Salas de Máquinas combustibles, materiales inflamables, contenedores de gas, aceites, materias grasas excediendo las limitaciones de normas o de buena práctica. Esto no incluye repuestos y herramientas.
– Tener identificadas y señalizadas las válvulas y controles críticos para operar en casos de emergencia.
– Buscar pequeñas o iniciales pérdidas de amoníaco periódicamente varias veces al año junto con una inspección visual de estado de tuberías, aislaciones, sellos, etcétera.
– Llevar registro de consumos de lubricantes y, básicamente, de amoníaco.
– No permitir el acceso a Sala de Máquinas de ninguna persona ajena al equipo de Refrigeración.
– Prohibición de fumar en la Sala de Máquinas.
– Evitar trabajos en “solitario” en espacios confinados que contengan equipamiento con refrigerante.
Consideraciones:
Los incidentes en la operación de sistemas con amoníaco, a pesar de que en la actualidad no son demasiado frecuentes, pueden y deben ser minimizados adoptando las medidas adecuadas.
Por otro lado, también se debe destacar que, según algunas fuentes especializadas, no son mayores a los producidos con otros refrigerantes.
En referencia a los incidentes, las estadísticas disponibles indican que se producen mayoritariamente en las Salas de Máquinas (aprox. 60%) y en tareas de mantenimiento o reparación (aprox. 30%).
Los sectores más frecuentes según estadísticas internacionales son las plantas frigoríficas cárnicas y avícolas, los almacenes frigoríficos, las plantas de congelación y los establecimientos lácteos. Otra división según las mismas estadísticas discriminan entre un 50% por errores humanos y un 50% por fallas de equipamiento.
Otros factores causantes de los eventos por errores humanos son: operación excediendo los límites de diseño, déficit de competencia del personal, procedimientos incorrectos, falta de mantenimiento, defectos en el diseño original, operación incorrecta de purga de aceite, errores en maniobras de válvulas, y ocasiones de apertura de circuitos, tuberías, componentes.
Factores en equipamiento: pérdidas y fugas de refrigerante, corrosión en tuberías, válvulas y equipos, aperturas erráticas de válvulas de seguridad, golpes de ariete en tuberías (shock térmico o hidráulico), fallas en dispositivos de corte por seguridad.
Un punto destacable es que estadísticamente se ha verificado que la mayor parte de los incidentes se produce en instalaciones operadas manualmente con escaso o deficiente sistema de control.
La automatización actualizada de las plantas de refrigeración constituye un elemento importante en la seguridad de las mismas.
Exposición de mantenimiento en instalaciones frigoríficas a cargo de personal técnico de VMC.
Conclusiones básicas:
Un sistema seguro y confiable debe responder a:
– un buen diseño respetando las normas,
– equipamiento y componentes óptimos,
– operación bien supervisada y controlada,
– mantenimiento eficiente,
– documentación técnica actualizada y accesible,
– y (muy importante) personal competente y entrenado.