3269 Opciones Tecnologicas Espumas Miguel Quintero
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PROGRAMA DE DESARROLLO DE LASNACIONES UNIDAS
PLAN DE ELIMINACION DE HCFCs
OPCIONES TECNOLOGICASOPCIONES TECNOLOGICAS
PARA ESPUMAS
Miguel W. Quintero
Febrero 19, 2009
Medidas de Control de HCFCs, Países Art. 5
80%
100%
120%
140%
Nueva
Base
Vieja
Base
Tasa de Crecimiento Anual: 5 %
0%
20%
40%
60%
2008
2012
2016
2020
2024
2028
2032
2036
2040
Año
Base Tasa de Crecimiento Anual: 5 %
ELIMINACION DE HCFCs
Cuatro aplicaciones fundamentales:
• Espuma rígida para aislamiento (incluyendo “spray”)
• Piel Integral
• Elastómeros Microcelulares (suelas de zapatos & otros)
• Poliestireno expandido
ESPUMA RIGIDA
REQUERIMENTOS CRITICOS:
• Aislamiento Térmico
• Resistencia Mecánica
• Procesabilidad
Formulación de Poliuretano
Polioles Poliéter
Polioles Poliéster
Catalizadores
Tenso activos
Agua
Agentes Soplantes
+
Control Cinético
Formación de Red
PMDI/MDI/TDI
+
Estabilizadores
CO2
C H2
OCN NCO
4,4'-MD I
n
polymeric MDI
CH2CH2
NCO NCONCO
f=2.7
CRITERIOS DE SELECCION• Cero Potencial de Agotamiento de Ozono (PAO)
• Bajo Potencial de Calentamiento Global (PCG)
• Baja toxicidad
• Punto de Ebullición adecuado ( ~ 25° C)
• Baja conductividad térmica en la fase de vapor• Baja conductividad térmica en la fase de vapor
• Estabilidad físico-química
• Soluble en la formulación
• Baja tasa de difusión a través de la matriz de PU
• No inflamable
• Tecnología validada
• Disponible comercialmente
• Viable económicamente
Agentes Soplantes en Espumas RígidasTecnologías Probadas
CFC 11
CFC 11 reducción 50%
HCFC 141b
HFC 245fa
HFC 134a
c-pentano
Iso-/n-pentano c-pentano/LBHCHFC 365mfa/227fa
OPCIONES DE AGENTES SOPLANTESTecnologías Probadas
Los HFCs
HCFC-141b HFC-134a HFC-245fa HFC-365mfc
Fórmula Química CCl2FCH
3CH
2FCF
3CF
3CH
2CHF
2CF
3CH
2CF
2CH
3
Peso Molecular 117,0 102,0 134,0 148,1
Punto Ebullición, °C 31,9 -26,2 15,3 40,2
Conductv. Gas
(mW/mK a 10°C)8,8 12,4 12.0 (20°C) 10,6(25°C)
Límit. Inflam. en aire
(% vo l)5.6-17.7 None None 3.6-13.3
PCG (100 años) 713 1430 1020 794
Precio Relativo ,
4Q2008100 325 600 930
TECNOLOGIAS PROBADAS- HFCs con alto PCG-
• Favorables para eficiencia energética
• Opción no inflamable para “spray”• Opción no inflamable para “spray”
• Altos costos de operación (Alto costo del AS)
• Alto PCG (¿Análisis del ciclo de vida?)
OPCIONES DE AGENTES SOPLANTESTecnologías ProbadasLos Hidrocarburos
HCFC-141b Isopentano Ciclopentano n-pentano
Fórmula Química CCl2FCH
3C
5H
12(CH
2)5
C5H
12
Peso Molecular 117,0 72,1 70,1 72,1
Punto Ebullición,
°C31,9 28 49 36,1
Conductv. Gas
(mW/m°K a 10°C)8,8 13 11 14
Límit. Inflam. en
aire (vo l.%)5.6-17.7 1.4-7.8 1.5-8.7 1.4-8.0
PCG (100 Yr.) *** 713 11 11 11
Precio Relativo,
4Q2008100 90 115 90
TECNOLOGIAS PROBADAS- HIDROCARBUROS -
• Tecnología más popular/ mejoras con la experiencia
• No adecuada para “spray”
• Valor K ligeramente mayor que los HFCs
• Mezclas (c/ iso) para reducir la densidad de la espuma
• Bajos costos de operación (Bajo costo del AS)
• ¿Qué pasa con las pequeñas y medianas industrias?
• Inflamables/ alto costo de capital
– Tanque de almacenamiento
– Unidad de pre-mezcla/ tanque de almacenamiento intermedio
TECNOLOGIAS PROBADAS- HIDROCARBUROS -
– Unidad de pre-mezcla/ tanque de almacenamiento intermedio
– Sistema de Ventilación
– Sistema de detección y alarma
– Entrenamiento
Aprox. COSTO TOTAL DE CONVERSIÓN ~ US $ 500k
TECNOLOGIAS PROBADAS- DIOXIDO DE CARBONO-
• Utilizado en todas las formulaciones como auxiliar
• Adhesión crítica debido a la fragilidad de la espuma• Adhesión crítica debido a la fragilidad de la espuma
• Baja eficiencia energética/ Alto factor K
• Altos costos de operación/ Alta densidad moldeada
Decisión XIX/6…
• ‘…… alentar a las Partes a que fomenten la selección de alternativasde los HCFC que limiten a un mínimo las repercusiones en el medioambiente, en particular las repercusiones en el clima, y que cumplanotros requisitos sanitarios, de seguridad y económicos”
• ‘Convenir en que, cuando elabore y aplique los criterios definanciación de proyectos y programas, el Comité Ejecutivo …déprioridad a los proyectos y programas eficaces en función de losprioridad a los proyectos y programas eficaces en función de loscostos que se centren, entre otras cosas, en:
– Eliminar en primer lugar los HCFC con un mayor potencial de agotamiento del ozono…
– Los sustitutos y alternativas que limiten a un mínimo otrasrepercusiones en el medio ambiente, incluido el clima, teniendoen cuenta el potencial de calentamiento de la atmósfera, el usoenergético y otros factores de importancia;
– Las pequeñas y medianas empresas
Impacto sobre el Cambio Climático - Espuma de Aislamiento Térmico
Eficiencia energética durante
el uso de la espuma
+Emisiones de Agente Soplante:
• Inyección de la Espuma
• Escape durante el tiempo de uso
• Manejo al final del tiempo de vida
1 kg HCFC-141b = 713 kg CO2
1 kg HFC-134a = 1.430 kg CO2
1 kg HFC-245fa = 1.020 kg CO2
1 kg Ciclo pentano = ~11 kg CO2
+
Alrededor del 10% de las emisiones de
CO2 son debidas a los equipos de
refrigeración y aire acondicionado
IMPACTO SOBRE CAMBIO CLIMATICOBasado en PCG/mol. No considera eficiencia energética
SUSTANCIA PCG PM ���� PCG
HCFC-141b 713 117 Línea Base
HFC-245fa 1,020 134 455HFC-245fa 1,020 134 455
HFC-365mfc 794 148 279
Ciclo pentano 11 70 -718
Formato de Metilo ‘0’ 60 -725
Dióxido de Carbono 1 44 -725
FEA-1100 5 164 ~-718
HFO-1234ze 6 114 ~-719
OPCIONES EMERGENTESEcomate (Formatode Metilo)
Metilal HFO-1234ze FEA-1100 HBA-2 AFA-L1
PM 60 76 114 164 <HFC-245fa <134
°°°°P. Ebullición,°°°°C 31.3 42 -19 >25 15.3<T<32.1 10<T<30
ConductividadTérmica del vapor(Mw/Mk, 25ºC)
10.7 No
reportada
13 10.7 No reportada 10
Límites Inflamab. en aire (% vol)
5-23 2.2 -19.9 No No No No
PCG (100 años) “0” “0” 6 5 <15 <15
ECOMATE (Formato de Metilo)Punto de vista del COTE
• Patentada la tecnología de aplicación
• Más altos costos de operación
• Menores cambios en equipo (¿inflamabilidad?)• Menores cambios en equipo (¿inflamabilidad?)
• Hoy usado en pocas aplicaciones
• No utilizados en los países desarrollados
……..REQUIERE UNA VALIDACIÓN COMPLETA!
Piel Integral & Elastómeros Microcelulares
REQUERIMIENTOS CLAVES
• Formación de piel/ Resistencia a la abrasiónResistencia a la abrasión
• Condensación de AS durante la inyección a alta presión
TECNOLOGIAS PROBADAS
• Agua (CO2),
– Escasa formación de piel/ Polioles poliéster
– Usada como AS auxiliar
• HFC-134a• HFC-134a
– Altos costos de operación
• Pentano (ciclo and iso)
– Inflamabilidad
OPCIONES EMERGENTES
• Formato de Metilo
– Tecnología patentada
– Experiencia limitada
– Se requiere re-formulación
Necesita evaluación completa– Se requiere re-formulación
– ¿Inflamabilidad?
• HFCs líquidos de bajo PCG
– En desarrollo
– Pendientes las pruebas toxicológicas
– Disponibilidad comercial
OPCIONES PARA POLIESTIRENOOPCIONES PARA POLIESTIRENOOPCIONES PARA POLIESTIRENOOPCIONES PARA POLIESTIRENO
SUSTANCIA PGBPESO
MOLECULARDELTA
PGBCOMENTARIOS
HCFC-142b/22
(75/25 % en peso)2.185 97 Línea Base Reemplazo típico de CFC-12
HCFC-22 1.810 87 -562 Usado en China (Bajo costo)HCFC-22 1.810 87 -562 Usado en China (Bajo costo)
HFC-134a 1.430 102 -681
HFC-152a 124 66 -2.101 Inflamable moderado
(Iso)butano 4 58 -2.183 Inflamable
CO2(LCD) 1 44 -2.185
HFO-1234ze 6 114 -2.178 En desarrollo
CONCLUSIONES
• Todas las tecnologías probadas tienen restricciones en seguridad, costo o desempeño para pequeñas y medianas industrias
• Urgente validación de nuevas tecnologías • Urgente validación de nuevas tecnologías (Formato de Metilo, Metilal, etc.) – Proyectos Piloto
• Aún no hay reglas claras para evaluar impacto sobre el clima
• El tiempo es crítico para cumplir el cronograma