Aire, agua y gases no condensables entran en casi todos los sistemas de refrigeración con amoníaco —desde el montaje hasta la operación diaria— y trabajan en silencio hasta que aparecen las pérdidas de capacidad, el mayor consumo de energía o, en el peor caso, una parada no programada. Acá va de dónde salen estos contaminantes, qué le hacen al sistema y cómo sacarlos.
Todo sistema de amoníaco debería ser hermético. En la práctica, ninguno lo es del todo: el mantenimiento, por más cuidadoso que sea, lo expone a contaminarse. La buena noticia es que las vías de entrada son conocidas, los efectos son predecibles y la eliminación tiene procedimientos establecidos. La mala es que casi nunca se detecta a tiempo, porque el sistema sigue «funcionando» mientras pierde eficiencia.
En Thermomac somos miembros del IIAR y trabajamos con estos criterios técnicos. Este post está basado en el trabajo técnico «Agentes contaminantes en un sistema de refrigeración con amoníaco: causas, efectos y su eliminación» (Mauricio Quiroga y Oscar Gómez, GEA — IIAR International Technical Paper #3, 2016).
De dónde salen los contaminantes
El amoníaco anhidro puro tiene una enorme afinidad por el agua, así que apenas hay una vía de entrada, la aprovecha. Las más comunes:
- Ingreso de aire por operación en vacío. En la etapa de baja temperatura, cuando el sistema opera por debajo de la presión atmosférica (a 14,7 psia la saturación está en torno a −28 °F / −33,3 °C), cualquier fuga chupa aire hacia adentro, y con el aire entra humedad.
- Fugas en puntos mecánicos: prensaestopas y vástagos de válvulas, sellos mecánicos del compresor, empaques y bridas.
- Aire atrapado en cañerías, equipos y accesorios que no tuvieron un buen proceso de vacío y barrido antes de conectarse, tanto en la construcción como en servicios posteriores.
- Durante la carga de aceite al sistema.
- Carga de amoníaco de mala calidad (no grado refrigeración), reutilizado, o desde recipientes o cilindros con aire.
- Mala evacuación (vacío) y preparación del sistema antes de cargar el amoníaco.
La calidad del amoníaco no es un detalle
Cuando se produce, el amoníaco es puro y seco, con apenas 6 a 20 ppm de agua. El agua se agrega después, para el transporte. Por eso el grado importa, y conviene tenerlo claro al cargar:
- Grado premium (metalúrgico): hasta 33 ppm de agua (típico menos de 10 ppm), aceite máximo 2 ppm.
- Grado refrigeración: hasta 0,02% (200 ppm) de agua, típicamente 50 ppm.
- Grado comercial o agricultura: hasta 0,5% (5.000 ppm) de agua.
La diferencia entre grados es de dos órdenes de magnitud en contenido de agua. Cargar grado comercial en un sistema de refrigeración es meter el problema por la puerta grande.
Qué daño hacen
Cada contaminante golpea de una forma distinta, pero todos terminan en lo mismo: pérdida de desempeño y de dinero.
El agua se concentra en el lado de baja. Por la diferencia de presión de vapor entre agua y amoníaco (a 35 °F el amoníaco está a 66,3 psia absolutas contra apenas 0,10 psia del agua), el agua casi no se evapora y queda atrás. En sistemas recirculados por bomba se acumula en los recipientes de baja y el acumulador de succión; en inundados, en evaporadores e intercambiadores; en expansión directa, en los acumuladores de succión. Ahí eleva la temperatura de saturación, obliga a trabajar con presiones de succión más bajas y arrastra consigo congelación interna, cristales de hielo, caída en las propiedades lubricantes del aceite, migración de aceite a los evaporadores, deficiencias de transferencia térmica y pérdida de capacidad.
El aire trae química indeseada. El aire atmosférico siempre contiene algo de CO₂, y con el amoníaco reacciona:
amoníaco + dióxido de carbono ↔ carbonato de amonio ↔ urea + agua
El carbonato de amonio es corrosivo para el acero y la urea aparece como lodo. Además, como gas no condensable, el aire eleva directamente la presión de condensación, empujando hacia arriba el consumo energético.
Cómo detectarlo antes de que sea tarde
El problema con estos contaminantes es que no dan síntomas evidentes hasta que los porcentajes ya son altos —y para entonces ya venís pagando presiones de succión más bajas y eficiencias comprometidas. Por eso conviene no esperar al síntoma:
- Incluir en el plan de mantenimiento el análisis de calidad del amoníaco, para determinar el porcentaje de pureza, sobre todo en sistemas con cargas importantes.
- Monitorear la presión de condensación frente a la de saturación: si sube sin explicación, probablemente haya no condensables. Se considera significativo cuando el aire supera el 0,5% del espacio del recibidor.
Cómo eliminarlos
Agua. Primero, determinar la magnitud y el origen, y resolver la causa de raíz. En sistemas con carga chica de amoníaco (por ejemplo un chiller de 50 a 350 kg), muchas veces lo más rápido es cambiar la carga por amoníaco grado refrigeración. En sistemas grandes se usa un secador de amoníaco (still), que calienta la solución por etapas para evaporar el amoníaco y retener el agua; un criterio práctico del equipo: si la temperatura de la mezcla remanente está por debajo de 62 °F (16,7 °C), todavía contiene amoníaco.
Gases no condensables. Se eliminan por purga —manual, semiautomática o automática. La clave es purgar donde se aloja el mayor volumen de aire: los puntos más fríos y de menor velocidad, como la parte superior del recibidor de líquido y el cabezal de descarga de los condensadores. Hay tres conceptos de purga: venteo directo de la mezcla aire-refrigerante; comprimir la mezcla, condensar la mayor parte del refrigerante y ventear el vapor rico en no condensables; o condensar el refrigerante en un pequeño evaporador y luego ventear.
Regla práctica: los contaminantes entran por donde el mantenimiento toca el sistema. Un buen vacío antes de cargar, amoníaco grado refrigeración, purga en los puntos correctos y análisis periódico de calidad cubren el 90% del problema.
En resumen
Todo sistema de amoníaco está expuesto a contaminarse, desde la instalación y durante toda su vida. Cada contaminante tiene un efecto distinto, pero todos convergen en deficiencias operativas: menos capacidad, más consumo de energía, más costos de operación y mantenimiento. En los casos críticos, el desenlace son paradas no programadas, tiempos muertos, reparaciones mayores y pérdida de producto —siempre mucho más caros que un mantenimiento regular y efectivo. La recomendación de fondo es simple: conocer el estado de tu sistema respecto de estos agentes, invertir en el equipamiento para reducirlos y sostener un programa de mantenimiento que los mantenga bajo control.
Desde Thermomac
Como miembros del IIAR, en Thermomac evaluamos y tratamos la contaminación en sistemas de amoníaco: análisis de calidad de amoníaco, diagnóstico de no condensables, dimensionamiento de purga y esquemas de remoción de agua, además de la puesta a punto del vacío y la carga en montajes nuevos. Si notás presiones de condensación altas sin causa aparente o presiones de succión que no cierran, esos suelen ser los primeros síntomas por donde empezamos.
¿Querés saber qué tan contaminado está tu sistema y qué te está costando? Escribinos y lo evaluamos.
Fuente técnica: Mauricio Quiroga y Oscar Gómez (GEA Refrigeration), «Agentes contaminantes en un sistema de refrigeración con amoníaco: causas, efectos y su eliminación», IIAR International Technical Paper #3, 2016 IIAR Industrial Refrigeration Conference & Exhibition, Orlando, Florida.
