El agua es el fluido de transferencia térmica más eficiente, sin embargo su uso en sistemas secundarios de refrigeración para la industria de alimentos y bebidas se encuentra limitado principalmente por su punto de congelamiento. La opción más común es aplicar al agua glicoles no inhibidos o sales, los cuales disminuyen su temperatura de congelamiento.

a) Soluciones de glicoles no inhibidos: permiten alcanzar temperaturas alrededor de los – 50°C (1) de manera segura y manteniendo la eficiencia de la transferencia de calor.

Se recomienda el uso de Propilenglicol (P.G) en aplicaciones donde se procesan o almacenan alimentos y bebidas; y Etilenglicol (E.G) para refrigeración industrial, debido a que es un glicol tóxico por ingestión con una dosis de 1.4 mL de E.G/kg de peso.(2) En el proceso normal de degradación de los glicoles se producen ácidos orgánicos que disminuyen el pH de la solución de refrigeración. Al no contener inhibidores de corrosión que permitan neutralizar estos ácidos, la tasa de corrosión del sistema es mayor en comparación con el agua pura.

b) Soluciones salinas: Usualmente son soluciones de cloruro de sodio o cloruro de litio. Estos productos no son tóxicos, tienen un precio favorable y permiten alcanzar temperaturas alrededor de los -55°C. (3) Sin embargo, son soluciones altamente corrosivas.

GLICOLES INHIBIDOS

Los glicoles no inhibidos y las soluciones salinas pueden parecer una alternativa atractiva debido a su capacidad de proveer protección contra el congelamiento a un bajo precio. Sin embargo, ambas opciones promueven la corrosión y esto no puede ser ignorado. La corrosión eventualmente le disminuirá la eficiencia de transferencia de calor debido a la acumulación de depósitos que pueden impedir el flujo y/o perforar las tuberías, lo que conlleva a altos costos de mantenimiento, paradas no programadas de su proceso y una potencial reducción de la vida útil del sistema.

 Con el objetivo de asegurar la protección contra el congelamiento y la corrosión se diseñaron los glicoles inhibidos, estos productos no son inflamables, no tienen olor y algunos productos específicos cuentan con aprobación para contacto incidental con alimentos. Los paquetes de inhibidores de corrosión empleados en los glicoles inhibidos son especialmente formulados para ayudar a prevenir la corrosión de dos formas: primero, pasivando la superficie del metal y con ello, haciéndola menos propensa a la corrosión, y segundo neutralizando los ácidos orgánicos formados al degradarse el glicol evitando una disminución en el pH del fluido que pueda promover la corrosión.

A continuación se presenta la tasa de corrosión del acero al carbón empleando como fluido una solución de P.G inhibido, P.G no inhibido y soluciones salinas de cloruro de litio y cloruro de sodio.

a) Glicol inhibido vs. soluciones salinas: 

Figura 1. Comparación visual del grado de corrosión para una barra de acero al carbón en una solución de cloruro de litio (10% p/v), cloruro de sodio (10% p/v) y P.G inhibido (30% v/v). Tiempo: 33 días

Como se puede ver en la Figura 1 las soluciones de cloruro de litio y de sodio generan corrosión en la barra de acero al carbón en comparación con el P.G inhibido (30% v/v) en un tiempo de 33 días. Es importante mencionar que para una concentración constante de sales 10% p/v, la tasa de corrosión incrementa a medida que aumenta la temperatura.

b) Glicol inhibido vs. glicol no inhibido:

Figura 2. Comparación visual del grado de corrosión para una barra de acero al carbón en una solución de P.G no inhibido (30% v/v) y P.G inhibido (30% v/v). Tiempo: 6 meses.

Como se puede ver en la Figura 2 la tasa de corrosión de la mayoría de metales es mayor cuando están expuestos a una solución de P.G no inhibido en comparación con el P.G inhibido.

CONSECUENCIAS ECONÓMICAS DE LA CORROSIÓN

La inversión económica que se realiza en un fluido de transferencia de calor puede resultarle pequeña en comparación con la inversión requerida para el sistema de refrigeración: intercambiadores, bombas y tuberías, pero lo cierto es que el desempeño global de su proceso, la longevidad, y en general el costo a largo plazo del sistema depende en gran medida de la elección del fluido de transferencia de calor. Es por esto que es fundamental reconocer el impacto negativo que genera el uso de soluciones de glicoles no inhibidos y soluciones salinas en el desempeño de su sistema de refrigeración y en los costos asociados al mantenimiento preventivo y correctivo.

En un sistema secundario de refrigeración, el chiller es el responsable por asegurar la transferencia de calor entre el fluido y el gas de refrigeración, comúnmente amoníaco. El consumo de energía eléctrica de un chiller puede ser expresado en kW/ton, siendo los chillers más eficientes los que presentan menor kW/ton para determinada masa de fluido de refrigeración, considerando constante los otros parámetros del proceso.

El consumo energético de un chiller centrifugo con una capacidad entre 150 a 299 ton puede variar entre 0.20 kW/ton con un 40% de carga o a 0.52 kW/ton en su máxima carga. La presencia de solidos suspendidos en el chiller debido a la corrosión puede disminuir su eficiencia energética e incrementar su consumo en un 30%, cambiando de 0.52 kW/ton a 0.68 kW/ton. (4) (5)

La Tabla 1 presenta el gasto energético al utilizar un chiller que contiene sólidos suspendidos debido a la corrosión, en un sistema con un volumen de 150 m3 y una temperatura de congelamiento de -5°C.

Tabla 1. Comparación económica del consumo energético anual del chiller sin y con sólidos suspendidos debido a la corrosión (T = -5oC).

Como se indica en la Figura 1 y 2 el uso de soluciones salinas y P.G no inhibido causan corrosión para el acero al carbón, generando sólidos suspendidos que impiden el flujo y depósitos que se acumulan en las tuberías disminuyendo la transferencia de calor; y como se muestra en la Tabla 1 la presencia de corrosión y solidos puede incrementar en un 30% el consumo energético del chiller.

El uso de glicol inhibido es la mejor solución para proteger su sistema de refrigeración de una forma económica y efectiva; con los siguientes beneficios: 1) protección contra el congelamiento; 2) protección contra la corrosión; 3) no inflamable; 4) sin olor y 5) con aprobación FDA en el caso del contacto accidental con alimentos.

Por: Diana Marcela Vásquez y Felipe Do Amaral Especialistas técnicos en Fluidos de Intercambio Térmico Dow Chemical Company