Refrigerantes naturales: seguridad y eficiencia en la era del R-290

El siguiente artículo explora las características y ventajas de las bombas de calor compactas que utilizan R-290 como refrigerante, destacando su eficiencia energética y su menor impacto ambiental. Se abordan también las consideraciones clave para su instalación y funcionamiento, con énfasis en la importancia de manejar adecuadamente este tipo de tecnología para maximizar su rendimiento y seguridad.

Desde hace unos años, estamos observando una evolución y cambio continuo en los refrigerantes utilizados en los equipos de climatización. Esto, más allá de cuestiones técnicas y de desarrollo de producto de los fabricantes hacia sistemas más eficientes, está muy influenciado por el Reglamento (UE) 517/2014 (F-GAS), que además de otros aspectos, regula y prohíbe el uso de ciertos refrigerantes que son nocivos para el medioambiente.

La industria se está adaptando rápidamente a los refrigerantes naturales como el R-290, ofreciendo alternativas más ecológicas y eficientes

En la última actualización de esta F-GAS, se ha legislado de manera más estricta para eliminar en lo posible el uso de gases fluorados y conducirnos progresivamente al uso de refrigerantes naturales, con bajo poder de calentamiento atmosférico (PCA o GWP de sus siglas en inglés). Este parámetro se define como una medida relativa de cuánto calor puede captar un gas de efecto invernadero, en comparación con el gas de referencia que es el dióxido de carbono o CO2.

La limitación de este parámetro PCA a un valor de 150 a partir del 2027 para ciertos equipos de climatización, nos lleva a un escenario en que la mayoría de los refrigerantes actuales no se podrán utilizar en el diseño de estos sistemas. Actualmente, aunque hay que ver cómo evoluciona esto en el futuro, las opciones viables dentro del desarrollo de producto de tipo residencial o terciario que se anticipen a esta restricción nos llevan al uso del R-744 (conocido como CO2 y con un PCA de 1) y del R-290 (conocido como propano y con un PCA de 3). Observamos también como los fabricantes han optado preferentemente por el R-290 como refrigerante de referencia en el diseño de los nuevos equipos de climatización compactos.

Características del R-290 en equipos de climatización

El R-290 (comúnmente conocido como propano o C3H8), es un hidrocarburo saturado que históricamente hemos empleado como gas en la combustión de calderas (a bajas presiones en torno a 37 mbar), aunque se ha utilizado como refrigerante de tipo natural en sistemas de climatización y refrigeración desde principios del siglo XX hasta aproximadamente la década de los 30 (años en los que comenzaron a ser utilizados refrigerantes sintéticos con base HCFC y CFC, con un mayor impacto ambiental, pero más seguros). El Reglamento F-GAS, revierte lo anterior y nos orienta nuevamente hacia el uso de refrigerantes naturales. 

Además de su bajo impacto medioambiental mencionado anteriormente (con un PCA de 3), el uso del R-290 en equipos de climatización y refrigeración, resulta interesante por sus propiedades termodinámicas, con un punto de ebullición de -42 °C que le permite unas buenas prestaciones en sistemas de baja temperatura. Su punto de condensación también le proporciona unas buenas prestaciones en relación con la temperatura de impulsión posible en sistemas aire-agua, con valores de hasta 75 °C (valor no siempre alcanzable, dependiendo de las condiciones exteriores en cuanto a temperatura de aire). Esto resulta muy útil en aplicaciones residenciales y terciarias para instalaciones de agua caliente sanitaria afectadas por el RD 487/2022 y su modificación RD 614/2024 de prevención y control de la legionela, y en sistemas de calefacción en el ámbito de la rehabilitación.

La única característica negativa de este refrigerante es que, aun no siendo toxico, es altamente inflamable (clasificado como A3 según el Reglamento de Seguridad de Instalaciones Frigoríficas, RSIF), con unos límites de inflamabilidad inferior y superior de 2,1% y 9,5% respectivamente. Esto implica que, si la concentración de R-290 en el aire se encuentra entre los valores antes mencionados y entra en contacto con una fuente de ignición a más de 470 °C, existe riesgo de explosión. 

Lo anterior condiciona la forma en que debemos entender los sistemas de climatización y las instalaciones que empleen el R-290 como refrigerante, para que sean seguras y no presenten riesgos para las personas en caso de una posible fuga (teniendo en cuenta que los circuitos frigoríficos operan a presiones de trabajo del orden de los 40 bar). Más adelante, se mencionan algunas pautas y criterios a tener en cuenta, recordando que este artículo se enfoca en los equipos de climatización compactos (principalmente bombas de calor aerotérmicas aire-agua), en los que no hay manipulación en la instalación de refrigerante R-290 (ya que se instala un equipo ya cargado, probado y validado por el fabricante). Por lo general, estos equipos siempre se instalarán en el exterior de los edificios.

Normativa de aplicación

Dentro del marco que establece el uso e instalación de equipos con refrigerantes A3 (como el R-290), podemos diferenciar entre la normativa de ámbito europeo y la de alcance nacional.

A nivel europeo, por un lado, impacta la Directiva 2009/125/CE que establece el marco de los requisitos de diseño ecológico aplicables a los productos relacionados con la energía. Esta Directiva y los reglamentos asociados, indica los criterios de diseño que deben cumplir los fabricantes, principalmente en términos de eficiencia y rendimiento de los equipos que se introducen en el mercado.

Por otro lado, tenemos el Reglamento (UE) 517/2014, sobre el uso de gases fluorados de efecto invernadero (conocido como F-GAS). En la introducción ya se ha mencionado el considerable impacto que este reglamento tiene sobre los fabricantes, condicionando que refrigerantes se pueden utilizar en el futuro en el diseño de los equipos de climatización. Este reglamento ha tenido una evolución significativa en los últimos años, para mantenerse alineado con los ambiciosos objetivos de descarbonización que existen en Europa de cara al 2050.

El R-290, aunque eficiente, plantea retos de seguridad y manejo en instalaciones industriales, lo que exige cambios en las normativas

Si miramos a España, por un lado, tenemos el RITE (según el RD 178/2021 que modifica el RD 1027/2007), que se aplica a cualquier instalación térmica destinada al uso de personas.

En el contexto de las instalaciones frigoríficas, tenemos el RD 115/2017 que regula la comercialización y manipulación de gases fluorados y equipos basados en estos, así como la certificación de los profesionales que los utilizan. También en este ámbito, está el RSIF según el RD 552/2019, que regula la seguridad en las instalaciones frigoríficas y las instrucciones técnicas complementarias correspondientes. 

Es el RSIF el marco legal con mayor impacto cuando consideramos la instalación de equipos con refrigerantes inflamables como el R-290. Este Reglamento, actualmente en proceso de revisión, necesita adaptarse y adecuarse a los requisitos de la vigente F-GAS. Es probable que, en la próxima actualización, se deban aligerar ciertos aspectos que aplican a los refrigerantes A3, para facilitar la instalación de los sistemas de climatización que utilizan R-290 (modificando las cantidades de refrigerante permitidas, creando nuevas clases de inflamabilidad con límites de carga específicos, considerando criterios técnicos que aparecen en la norma UNE-EN IEC 60335-2-40:2024, etc.…). Lo que resulta evidente, es que esta adaptación nunca debe obviar la variable principal, que es la seguridad en este tipo de instalaciones.

Criterios de instalación y seguridad

Independientemente de cómo progrese el RSIF, especialmente en el contexto de los equipos partidos que requieren de manipulación de gas refrigerante para su instalación, la realidad actual es que prácticamente todos los equipos de climatización para uso residencial o terciario, son equipos compactos que generalmente siempre se van a instalar en el exterior del edificio, y que además incorporan los elementos necesarios de seguridad y de diseño necesarios para que el gas, en caso de fuga, no quede retenido en el interior de la máquina. Las bombas de calor con R-290, además, generalmente son diseñadas por el fabricante para que requieran la menor cantidad de refrigerante posible para una potencia dada (trabajando con evaporadores sobredimensionados, por ejemplo). Además, estas bombas de calor suelen incorporar rejillas sobredimensionadas para facilitar la extracción del teórico gas fugado, así como otros elementos de seguridad como sondas de detección de gas o desaireadores para evitar que el gas, en caso de una comunicación en el condensador, pueda llegar al interior del edificio diluido en el circuito hidráulico.

A la hora de instalar una bomba de calor aerotérmica con R-290, simplemente se deberá tener en cuenta el cumplimiento de unas distancias de seguridad mínimas para evitar que, en caso de una posible fuga del circuito frigorífico, esta descarga de refrigerante a alta presión pueda encontrarse con una fuente de ignición antes de la dilución del gas en el aire. Para ello, los fabricantes suelen indicar unas distancias mínimas respecto a elementos como luminarias, enchufes, ventanas, desagües (recordemos que el propano tiene mayor densidad que el aire), etc. Estas distancias suelen definirse a partir de los criterios técnicos que aparecen en la norma UNE-EN IEC 60079-10-1:2022 (para clasificación de emplazamientos para atmósferas explosivas), siendo de aplicación por lo indicado en la IF-20 del RSIF.

Por otro lado, no hay que olvidar la habilitación profesional necesaria dependiendo de si solo queremos instalar equipos compactos como los descritos anteriormente, o si también queremos realizar acciones de mantenimiento o reparación sobre el circuito frigorífico. El RSIF nos indica lo siguiente en función de la cantidad de carga de refrigerante en el circuito.

Si la instalación con R-290 tiene una carga inferior no igual a 0,5 kg, en un equipo compacto, se encuentra fuera del ámbito de aplicación del RSIF y por lo tanto el instalador/mantenedor deberá tener posesión del correspondiente carné RITE (artículo 41 del RD 178/2021) junto con el certificado apto en manipulación de gases fluorados (artículo 3 del RD 115/2017). 

Por el contrario, si la instalación de R-290 tiene una carga de refrigerante igual o superior a 0,5 kg, en un equipo compacto, se deberán cumplir las exigencias del artículo 21 del RSIF a efectos de instalación, mantenimiento y documentación que debe ponerse a disposición del titular. En este caso los instaladores/mantenedores deberán contar con la habilitación como empresa frigorista de nivel 2. En caso de que solo se instale la bomba de calor del tipo aire-agua, sin que haya alguna manipulación del circuito frigorífico, será suficiente con una habilitación RITE (según indicado en la IF-20 del RSIF, de aplicación independientemente del tipo de refrigerante considerado).

En cualquier caso, vayamos a manipular o no el circuito frigorífico, siempre será necesario utilizar un detector de fugas o explosímetro (calibrado al 20% del límite de inflamabilidad inferior) antes de manipular e instalar un equipo cargado con R-290 para identificar posibles fugas. Si detectamos una, el profesional que se encargue del vaciado y recuperación del refrigerante (que tendrá que ser nivel 2 según RSIF), deberá utilizar siempre herramientas ATEX para atmósferas explosivas, así como vestuario y EPIS antiestáticos. Si no se detectan fugas, instalaremos el equipo al circuito hidráulico del edificio, siguiendo siempre los criterios de los fabricantes en relación con las distancias de seguridad y otros requisitos técnicos que puedan ser necesarios.

Conclusiones

No se debe ser alarmista respecto al uso de refrigerantes A3 (como el R-290) en equipos de climatización, simplemente hay que tener mucho cuidado en respetar los criterios de seguridad que indican los fabricantes de equipos compactos, fundamentalmente con la idea de evitar una posible ignición en caso de fuga del circuito refrigerante del equipo. Pensemos que las cantidades de gas que utilizan este tipo de tecnologías son pequeñas (a modo de ejemplo, 750 g. para una bomba de calor de 9 kW o 3,5 kg. para una bomba de calor de 50 kW). El problema no radica tanto en la cantidad de gas, que se diluiría en el ambiente en caso de fuga, sino en la presión de descarga del circuito. Por esta razón, es necesario establecer perímetros seguros alrededor de las máquinas. Y esto es realmente importante e indispensable de cumplir.

Por otra parte, las diversas Directivas y Reglamentos Europeos como es la F-GAS, nos están dirigiendo al objetivo de la descarbonización total de nuestras actividades para el 2050. En el marco de los equipos de climatización, la transición hacia los refrigerantes naturales es clara y el R-290 tiene y tendrá un papel destacado junto con otros refrigerantes que cumplan con la exigencia de tener un bajo impacto ambiental. El R-290 es un refrigerante excelente, en términos termodinámicos y prestacionales, con lo que hay que aprovechar su potencial, eso sí, de manera segura y sin riesgo para las personas.

En los equipos compactos, el camino es claro y ya ha comenzado. Falta por definir en términos reglamentarios (pensando en el RSIF), como establecer un marco seguro para las instalaciones de equipos partidos o de expansión directa, para poder cumplir con las exigencias del Reglamento F-GAS, sin comprometer la seguridad de las instalaciones. Siendo realistas, reconocemos que aún hay mucho trabajo por realizar en este campo. 

El Rol del R-290

1. Evolución de los refrigerantes en climatización. Los refrigerantes utilizados en climatización están experimentando un cambio significativo, influenciado por regulaciones como el Reglamento (UE) 517/2014 (F-GAS), que fomenta el uso de opciones más sostenibles.

2. Impacto Ambiental del PCA (Potencial de Calentamiento Atmosférico). El uso de refrigerantes con bajo PCA, como el R-290 (propano), es clave para reducir el impacto ambiental de los sistemas de climatización.

3. Ventajas termodinámicas del R-290. 
Con un punto de ebullición de -42°C y un punto de condensación favorable, el R-290 ofrece un excelente rendimiento en aplicaciones de baja temperatura y calefacción.

4. Riesgos de Inflamabilidad del R-290. 
Aunque no tóxico, el R-290 es inflamable y requiere precauciones en su manipulación e instalación, debido a sus límites de inflamabilidad entre 2,1% y 9,5%.

5. Normativa de seguridad en instalaciones con R-290. 
El Reglamento de Seguridad de Instalaciones Frigoríficas (RSIF) regula estrictamente la instalación de equipos con refrigerantes inflamables, y se encuentra en proceso de revisión para adaptarse a nuevas exigencias.

6. Criterios de instalación para BdC con R-290. 
Las bombas de calor con R-290 deben instalarse en el exterior y cumplir con distancias mínimas de seguridad para evitar riesgos de ignición en caso de fuga.

7. Requisitos de formación para instaladores. 
Dependiendo de la cantidad de refrigerante en el sistema, los instaladores deben contar con certificaciones como RITE o habilitación de nivel 2 en manipulación de refrigerantes.

8. Seguridad y precauciones en la instalación. 
Antes de instalar equipos con R-290, se debe verificar la posible fuga de gas usando detectores adecuados y aplicar las distancias de seguridad especificadas por el fabricante.