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ESTUDIO COMPARATIVO SOBRE EL ENVEJECIMIENTO DE ESPUMAS INYECTADAS CON HFO-1233ZD[E] Y OTROS AGENTES DE SOPLADO EN REFRIGERADORES DOMÉSTICOS

FEIPUR & FEIPLAR 2026

Omar Scott, M.Sc

Foams Technical Manager LATAM

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AGENDA

01

INTRODUCCIÓN

Luccha contra el cambio climatico

Consumo de Energía – Appliances

02

REGULACIONES ENERGÉTICAS LOCALES

Caso Brasil

Caso USA & México

03

ALTERNATIVAS PARA REDUCIR EL CONSUMO DE ENERGÍA

VIPs – Alt. Mecanicas – Espumas (PUR)

Costos de Implementacion

04

MEJORA EN EL PERFORMANCE VIA ESPUMAS PUR

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AGENDA

05

MECANISMO DE ENVEJECIMINETO DE ESPUMAS PUR

Estado del Arte – Modelo ActuaL

06

ESTUDIO DE ENVEJECIMIENTO – PRELIMINARES

Objetivos del Estudio

Modelos Utilizados

Muestreo y Métodos de Ensayo

07

ESTUDIO DE ENVEJECIMIENTO – RESULTADOS

08

CONCLUSIONES

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INTRODUCCIÓN

Lucha contra el cambio climático

Consumo de Energía – Appliances

01

FEIPUR & FEIPLAR 2026

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INTRODUCCIÓN��La lucha contra el cambio climático impacta muchos aspectos de la vida��

El cambio climático (y sus causas) cada vez generan más preocupación y ocupan más espacio en noticias. La lucha contra este fenómeno ha impulsado la existencia de mega tendencias globales, como:

5

Sustentabilidad

Análisis de Ciclo de Vida

Circularidad

Mejora en Eficiencia Energética

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INTRODUCCIÓN��Refrigeradores Domésticos: Consumo Energético las 24 horas del día�

• Uno de los principales consumidores de energía en los hogares, son los refrigeradores domésticos.

• Por lo anterior, son objeto frecuente de regulación y optimización en cuanto a su desempeño energético.

• Estas regulaciones energéticas también afectan a nuestra región (LATAM).

6

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REGULACIONES ENERGETÍCAS�LOCALES

Caso Brasil

Caso USA & México

02

FEIPUR & FEIPLAR 2026

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BRASIL

Source: https://www.gov.br/inmetro/pt-br/centrais-de-conteudo/publicacoes/nova-etiqueta-pbe.pdf/view?_ga=2.26711796.811400708.1619188094-901077379.1619188094

Brasil - Pionero en LATAM en implementar al estándar U4E de Naciones Unidas

PORTARIA Nº 332, firmada el 2 de Agosto de 2021.
Reclasificación de categorías de eficiencia energética en refrigeradores domésticos, conforme a U4E (UN).
Con el objetivo de:
Establecer metas en etiquetado para los próximos 10 años.
Adoptar gradualmente niveles de consumo más rigurosos.

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ESTADOS UNIDOS Y MÉXICO*

*Doble Impacto: Más del 70% de los refrigeradores fabricados en México se exportan a USA

Nuevo Estándar:

89 FR 3026 – US DoE

En vigor desde el 31/01/2029 (22/32), o el 31/01/2030 (10/32).
Depende de la clase del equipo (18 clases y 32 subclases)
Definidas por:
Descongelación automática.
Máquina de Hielo.
Tamaño, etc.

Refrigeradores –

Congeladores –

Equipos Mixtos (R+C)

Refrigeradores de hasta 39 pies cúbicos (1104L)
Congeladores de hasta 30 pies cúbicos (849.5L)

Busca una reducción de un 15-22% en consumo energético vs estándar actual (2014)

Meta de reducción dependiente de:

Clase de Producto
Ecuación Específica

NORMATIVA

ALCANCE

CAMBIOS

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ALTERNATIVAS PARA REDUCIR EL CONSUMO DE ENERGIA

VIPs – Alt. Mecánicas – Espumas (PUR)

Costos de Implementación

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FEIPUR & FEIPLAR 2026

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ALTERNATIVAS TECNOLOGICAS

Existen diferentes alternativas tecnológicas para alcanzar los nuevos y exigentes estándares.

Sin embargo, el costo de implementación es diferente para cada una de ellas.

Indicador =

De todas las alternativas, la Espuma de Poliuretano se erige como la más atractiva en cuanto a relación costo-beneficio

11

¿Cuánto cuesta reducir cada 1% del Consumo de Energía?

Opción EE/unidad	Mejora de la espuma�(Aislamiento)	Alteraciones�Mecánicas	VIPs
$/1% EE por unidad	++	+++	+++++
¿Por qué usar HFO-1233zd[E]?	Los hidrocarburos por sí solos no alcanzan el estándar de EE	Rediseñar el equipo para nuevos componentes requiere espacio	Altos costos de producción, mano de obra y dificultad para reciclar al finalizar su vida útil

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MEJORA EN EL PERFORMANCE VIA ESPUMAS PUR

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FEIPUR & FEIPLAR 2026

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*A densidades típicas de inyección

MEJORA EN EL DESEMPEÑO VÍA ESPUMA PUR

El polímero y el gas influyen fuertemente sobre el desempeño térmico de la espuma

La espuma de PU (en volumen) es 97% gas y 3% sólido*
Los tamaños de celda muy pequeños e inhiben los efectos de convección y radiación
λ _{convection(gas)}contribuye ~0% a la transferencia total de calor*

λ _radiationcontribuye ~10% a la transferencia total de calor*
λ _{conduction (solid polymer)}contribuye ~30% a la transferencia total de calor*
λ _{solid + radiation}=~ 0.0728 BTU/ft²x °F x h. Este valor es constante para la mayoría de espumas.
λ _{conduction (gas)}tiene la mayor influencia en el valor final del aislamiento (~60%)

~60%

~40%

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MECANISMOS DE ENVEJECIMIENTO ESPUMAS PUR

Estado del Arte – Modelo Actual

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FEIPUR & FEIPLAR 2026

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MODELOS DE ENVEJECIMIETO

El mayor impacto en el desempeño térmico a largo plazo se presenta durante la Región 1

En 1993, el Dr. Ian Shankland propone el primer modelo de difusión de agentes de soplado.

Sería valioso estudiar la conducta de diferentes agentes soplantes físicos frente a este modelo, así como evaluar la presencia de otros fenómenos de interés:

• Hiperdifusión (migración rápida al exterior)

• Posible descomposición del agente de soplado en el tiempo.

• Posible solubilización en la matriz polimérica.

Dichos fenómenos no solo afectarían el desempeño térmico, sino las propiedades mecánicas de la espuma.

Fuente: “Blowing Agent Emission Calculations for a Refrigerator”, R. Shankland, Polyurethane World Congress 1993

REGION 1

REGION 3

REGION 2

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ESTUDIO DE ENVEJECIMIENTO PRELIMINARES

Objetivos del Estudio

Modelos Utilizados

Muestreo y Métodos de Ensayo

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FEIPUR & FEIPLAR 2026

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OBJETIVOS DEL ESTUDIO ��Evaluar a largo plazo las propiedades de la espuma de PU en un refrigerador��

• En el presente estudio se evalúan tres refrigeradores de diferentes edades (12–20 años), fabricados por distintas empresas y con diferentes agentes de expansión: HFC-245fa, HFO-1233zd[E] y Ciclopentano (CP).

• Se buscan respuestas a tres preguntas de interés para la industria:

¿En qué porcentaje sigue presente el agente de expansión físico original en la espuma del refrigerador después de un uso o almacenamiento prolongado?
¿Conserva la espuma propiedades físicas representativas o se degrada con el tiempo?
¿Qué impacto tienen el diseño del gabinete, el procesamiento y la calidad de la espuma en la retención del agente de expansión y su performance térmico?

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Año Manuf.	Fecha Test	Agente de Soplado	Vol (ft³)	Ubicación�Congelador	Estilo�de Puerta	Liner
2008	8/4/22	HFC-245fa	18.6	Bottom Freezer	Una Puerta	HIPS
2012	5/1/23	Ciclo-pentano	25	Bottom Freezer	French Door	ABS
2016	3/24/23	HFO-1233zd[E]	26	Bottom Freezer	French Door	HIPS

2008 · HFC-245fa

2012 · Ciclo-pentano

2016 · HFO-1233zd[E]

MODELOS DE REFRIGERADORES UTILIZADOS�Muestras de distintos orígenes – estudio multivariable ��

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Año de�Manufactura	Agente de Soplado	GABINETE –�Tipo de Manufactura*	PUERTA –�Tipo de Manufactura*	PUERTA –�¿Interfase de Papel?
2008	HFC-245fa	Un solo punto	Molde Cerrado	Sí
2012	Ciclo-pentano	Inyección Multipunto	Molde Abierto	Sí
2016	HFO-1233zd[E]	Un solo punto	Molde Cerrado	Sí

DETALLES DE MANUFACTURA (1/2)�Se estudiará cómo los métodos de fabricación afectan las propiedades físicas de la espuma ��

Paper Interface

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Año de Manufactura	Agente de Soplado	Espesor del�Metal (mm)	Espesor del�Liner (mm)	Espesor de la�Espuma (mm)
2012	Ciclo-pentano	2.2	1.7 (ABS)	54.4
2016	HFO-1233zd[E]	1.2	2.1 (HIPS)	36.7

+83%

Espesor de metal�HFO-1233zd[E] → Ciclo-pentano

+48%

Espesor de espuma�HFO-1233zd[E] → Ciclo-pentano

DETALLES DE MANUFACTURA (2/2)�Refrigerador soplado con ciclo-pentano: más espuma y metal. Reduce el envejecimiento ��

Ciclo-pentano

HFO-1233zd[E]

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Muestreo: un refrigerador deconstruido a la vez.
Cortes (orden): puerta del refrigerador, puerta del congelador, gabinete.
Métodos de prueba (orden): factor K, gas en celda, otras propiedades.

Test	Unidades	Método
Adherencia	Observation	Visual
Identificación de gases en celda	Area %	Solstice
Contenido de celda cerrada	%	ASTM D6226
Resistencia a la compresión (perpendicular)	kPa	ASTM D1621
Densidad de núcleo	pcf	ASTM D1622
Estabilidad dimensional (-20°C, inicial, a 7 y a 14 días)	Vol %	ASTM D2126
Factor K – temperatura promedio: 35°F & 75°F	BTU/ft²×°F×h	ASTM C518
Contenido total de agente soplante en la espuma	Wt %	Solstice

MUESTREO Y MÉTODOS DE ENSAYO�Consistencia en el muestreo y las pruebas de espuma ��

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ESTUDIO DE ENJEVECIMIENTO RESULTADOS

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1. ¿EN QUÉ PORCENTAJE SIGUE PRESENTE EL AGENTE DE EXPANSIÓN FÍSICO ORIGINAL EN LA ESPUMA DEL REFRIGERADOR DESPUÉS DE UN USO O ALMACENAMIENTO PROLONGADO?

23

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Año de Manufactura	Agente de Soplado	Localización de�la Muestra	HFC-245fa	HFO-1233zd[E]	Ciclo-pentano
2008	HFC-245fa	Puerta del Refrigerador	98.7	--	--
		Puerta del Congelador	99.0	--	--
		Gabinete (Respaldo)	96.3	--	--
2012	Ciclo-pentano	Puerta del Refrigerador	--	--	97.4
		Puerta del Congelador	--	--	97.4
		Gabinete (Respaldo)	--	--	97.4
2016	HFO-1233zd[E]	Puerta del Refrigerador	--	96.3	--
		Puerta del Congelador	--	97.0	--
		Gabinete (Respaldo)	--	93.6	--

CONFIRMACIÓN DEL AGENTE DE SOPLADO �Agente de soplado original sigue presente – no se detectan productos de descomposición ��

Area % GCMS FID

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2. ¿CONSERVA LA ESPUMA SUS PROPIEDADES FÍSICAS REPRESENTATIVAS O SE HA DEGRADADO CON EL TIEMPO?

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Ubicación de la Muestra	2008�(HFC-245fa)	2016�(HFO-1233zd[E])	2012�(Ciclo-pentano)
Puerta – Refrigerador	Excelente*	Excelente**	Excelente
Puerta – Congelador	Excelente	Excelente**	Excelente
Gabinete – Espaldar	Excelente	Excelente	Excelente

*Solo una puerta. **Liner de papel en puerta.

9/9

ubicaciones evaluadas calificaron como�Excelente en adherencia, sin importar el agente de soplado ni el tiempo transcurrido

ENSAYOS DE ADHERENCIA �Excelente adhesión de la espuma a lo largo del tiempo ��

HFC-245fa

HFO-1233zd[E]

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Ubicación de la muestra	2008 (HFC-245fa)	2012 (Ciclo-pentano)	2016 (HFO-1233zd[E])
Puerta – Refrigerador	92.9	95.3	92.4
Puerta – Congelador	90.8	94.5	92.6
Gabinete – Espaldar	91.9	93.0	92.5

% Celda cerrada · el contenido es mayor en el gabinete de 2012 (CP), indicando mayor sobre-empaque, lo que impacta en el envejecimiento.

Ubicación de la muestra	2008 (HFC-245fa)	2012 (Ciclo-pentano)	2016 (HFO-1233zd[E])
Puerta – Refrigerador	1.90	2.02	1.89
Puerta – Congelador	1.87	2.07	1.95
Gabinete – Espaldar	1.86	1.94	1.89

Densidad (pcf) · espuma de ciclopentano con un 5% más de densidad: impacta en el envejecimiento.

DENSIDAD Y CONTENIDO DE CELDA CERRADA �Espuma de ciclopentano con un 5% más densidad: impacta en el envejecimiento ��

% Celda Cerrada

Densidad (pcf)

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Año de manufactura	Agente de soplado	Localización�de la Muestra	24 horas	7 días	14 días
2008	HFC-245fa	Puerta del Refrigerador	-0.17	-0.35	0.23
		Puerta del Congelador	0.24	-0.45	-0.30
		Gabinete (Espaldar)	-0.23	-0.06	0.00
2012	Ciclo-pentano	Puerta del Refrigerador	0.16	-0.12	0.02
		Puerta del Congelador	-0.03	0.04	0.13
		Gabinete (Espaldar)	0.04	0.25	0.18
2016	HFO-1233zd[E]	Puerta del Refrigerador	-0.26	-0.14	-0.45
		Puerta del Congelador	0.04	-0.04	-0.12
		Gabinete (Espaldar)	0.24	-0.06	0.02

ESTABILIDAD DIMENSIONAL @ -20°F�Cambio mínimo en la estabilidad dimensional �

Volumen (%) @ -20°F

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3. ¿QUÉ IMPACTO TIENEN EL DISEÑO DEL GABINETE, EL PROCESAMIENTO Y LA CALIDAD DE LA ESPUMA EN LA RETENCIÓN DEL AGENTE DE EXPANSIÓN Y SU PERFORMANCE TÉRMICO?

29

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Año de�Manufactura	Agente de�Soplado	% Estimado en�Formulación	Agente de Soplado�Total (en la Espuma)	% Calculado en�Formulación	% Pérdida
2008	HFC-245fa	28.7	11.3	28.1	2.09
2012	Ciclo-pentano	13.3	5.1	13.0	2.26
2016	HFO-1233zd[E]	31.9	11.6	31.3	1.88

~2%

pérdida estimada de la�industria durante fabricación

Pérdidas medidas ~ pérdidas de fabricación estimadas por la industria.

Pérdida mínima adicional durante el uso a largo plazo.

* Estudio publicado por School of Energy and Environmental Engineering, University of Science and Technology Beijing (2023); International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials (Vol. 30, No. 4, abril 2023).

Porcentaje en Peso (%)

CONTENIDO TOTAL DE AGENTE DE ESPUMA�Pérdida de agente de soplado con el tiempo igual a la pérdida de fabricación estimada

�

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Datos relativos: sin embargo, muestran una correlación lógica

Año de�Manufactura	Agente de�Soplado	Puerta�Refrigerador	Puerta�Congelador	Gabinete�(Espaldar)
2008	HFC-245fa	0.1327	0.1236	0.1287
2012	Ciclo-pentano	0.1502	0.1394	0.1384
2016	HFO-1233zd[E]	0.1382	0.1271	0.1355

*Estos datos son relativos: los refrigeradores probados fueron todos diferentes,

por lo que el performance absoluto no es comparable.

FACTOR K DE LA ESPUMA @ 35°F�

Factor K (BTU/ ft2×°F×h)*

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Valores de Factor K (envejecidos) menores a los datos predichos de 2 años

Año de�Manufactura	Agente de�Soplado	Puerta�Refrigerador	Puerta�Congelador	Gabinete�(Espaldar)
2008	HFC-245fa	16.5	10.3	14.3
2012	Ciclo-pentano	19.4	3.8	9.9
2016	HFO-1233zd[E]	19.8	11.2	18.9

Estos datos son relativos. Cálculos basados en valores de la literatura — no hay valores iniciales disponibles. La industria de appliances domésticos estima una pérdida del -15% en el factor K en el primer año.

* Estudio publicado por Department of Thermodynamics and Thermal Process Engineering, Technische

Universität Berlin; Applied Thermal Engineering Journal (Vol. 173, No. 5, junio 2020).

FACTOR K (INCREMENTO) @ 75°F�

% Incremento Factor K (@ 75°F)*

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CONCLUSIONES

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FEIPUR & FEIPLAR 2026

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CONCLUSIONES��SE CONSERVAN LOS AGENTES DE SOPLADO FÍSICOS Y LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE LA ESPUMA��

¿En qué porcentaje sigue presente el agente de expansión físico original en la espuma del refrigerador después de un uso o almacenamiento prolongado?

• Sí, el agente de soplado físico continúa presente, confirmado por GCMS, y no se detectaron productos de descomposición.

¿Conserva la espuma propiedades físicas representativas o se ha degradado con el tiempo?

• Sí, las propiedades (adherencia, densidad, % de celda cerrada, estabilidad dimensional) cumplen con los estándares de la industria.

• No hay degradación de las propiedades físicas de la espuma con el tiempo.

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CONCLUSIONES�EL AGENTE SOPLANTE FÍSICO Y LA PÉRDIDA DEL FACTOR K SON SIMILARES A LO QUE PREDICE LA INDUSTRIA�

¿Qué impacto tienen el diseño del gabinete, el procesamiento y la calidad de la espuma en la retención del agente de expansión y su rendimiento térmico?

• Las espumas muestran valores buenos de Factor K a baja T a largo plazo. No todas las espumas envejecen igual.

• % de pérdida del agente de soplado entre 7–15 años: similar al 2% de pérdida durante la fabricación.

• % de pérdida del Factor K entre 7–15 años: menor que las estimaciones de la industria para 2 años (20%).

• El % de pérdida del Factor K en la espuma se puede reducir mediante:

Materiales: metal 83% más grueso, espuma 48% más gruesa, selección del liner.
Calidad de la espuma: mayor densidad, sobre empaque más grueso, tamaño de celda más fina.
Fabricación: inyección de espuma multipunto

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