La refrigeración con CO2
Los sistemas de refrigeración con CO2 ofrecen la máxima eficiencia gracias a una mayor recuperación de calor, lo que se traduce en un mayor rendimiento. Esto es posible gracias a las excepcionales propiedades termodinámicas inherentes al CO2, que lo convierten en el gas refrigerante ideal.
Lectura: 5 min
Refrigeración mediante CO2
Con un interés creciente en el uso de refrigerantes naturales, típicamente aquellos con un potencial de calentamiento global (GWP) de no más de 150, y con el objetivo de proteger los impactos ambientale, una de las mejores opciones es utilizar dióxido de carbono como «refrigerante natural» para el comercio minorista, la producción de alimentos, las plantas de procesamiento de alimentos y la cadena de frío. Con un potencial de reducción de la capa de ozono (ODD) nulo y un GWP de muy bajo a nulo, los refrigerantes naturales son una excelente alternativa en comparación a los refrigerantes sintéticos (como los CFC que son gases hidrocarburos, los HFC o los HCFC), ya que son menos contaminantes para el medio ambiente.
En el pasado, el dióxido de carbono se utilizaba en particular como refrigerante en sistemas frigoríficos hasta la década de 1940, dadas sus características no tóxicas ni inflamables. Sin embargo, las altas presiones de trabajo hicieron que este se abandonara en favor de los refrigerantes sintéticos.
A lo largo de los años, las restricciones progresivas al uso de refrigerantes sintéticos tuvieron como objetivo limitar el adelgazamiento de la capa de ozono (Montreal, 1987) y limitar la liberación de gases de efecto invernadero a la atmósfera (Kyoto, 1999). Esto, junto con el desarrollo de componentes fiables adecuados para el trabajo a altas presiones, han vuelto a proponer el dióxido de carbono como uno de los refrigerantes naturales más interesantes, aspirante a ser la solución más utilizada en el futuro en el sector de la refrigeración.
¿Necesita más información sobre la refrigeración con CO2?
Propiedades y características generales del CO2
El CO2 tiene varias propiedades termodinámicas únicas que lo convierten en el refrigerante óptimo.
- Excelente coeficiente de transferencia de calor.
- Alto contenido energético.
- Poca sensibilidad a las pérdidas de presión.
- Viscosidad extremadamente baja.
En aplicaciones prácticas, la ventaja de los sistemas de CO2 es que tienen capacidad para proporcionar un rendimiento muy alto. Las principales razones son:
- Intercambio de calor superior.
- Tamaño de tuberías reducido.
- Menor potencia de bombeo cuando se utiliza CO2 como fluido secundario.
- Mayor recuperación de calor.
Para todos los refrigerantes, la eficiencia del sistema disminuye a medida que aumenta la temperatura de condensación. Las temperaturas de condensación superiores suelen considerarse un factor limitante para el uso de CO2. Sin embargo, las propiedades termofísicas intrínsecas del CO2 y el uso de energía de expansión con eyectores pueden ayudar a compensar este factor.
Sistemas de refrigeración de CO2
Los sistemas de refrigeración de CO2 ofrecen alternativas de recuperación de calor que pueden ayudar a que su negocio esté mejor preparado para el futuro. Con estos sistemas, se puede recuperar el CO2 y su alto contenido energético, que continúa aumentando a temperaturas más altas, lo que aumenta la eficiencia energética general del sistema.
Cuando se tiene un fluido refrigerante (aire o agua) a una temperatura inferior a 20 ºC, el dióxido de carbono se puede utilizar como cualquier otro fluido refrigerante, operando en un ciclo subcrítico. Evidentemente, los diferentes niveles de presión requieren componentes de ingeniería y medidas de instalación adecuadas. Cuando el fluido refrigerante disponible se halla a temperaturas superiores a 20 ºC, es necesario operar según el llamado ciclo transcrítico.
Por lo tanto, es la baja temperatura crítica del CO2 lo que imposibilita operar en el mercado de forma tradicional.
Transcrítico y subcrítico
El sistema que aplica el CO2 se denomina sistema transcrítico porque una parte del refrigerante funciona por encima del punto crítico y la otra lo hace por debajo. Subcrítico, supercrítico y transcrítico describen las presiones y temperaturas de funcionamiento de un sistema de refrigeración de CO2 al punto crítico. Un sistema de refrigeración típico «normal» es un sistema subcrítico porque todo sucede por debajo del punto crítico. En un sistema supercrítico, todos los componentes operan a presiones y temperaturas superiores al punto crítico.
Un sistema supercrítico opera mediante la compresión y expansión del gas sin ningún cambio de estado. Toda la transferencia de calor se produce mediante el cambio de temperatura del gas (efecto sensible).
Un circuito transcrítico opera tanto por encima como por debajo del punto crítico. El calor se absorbe en un evaporador donde el líquido se evapora y se convierte en gas, pero la liberación de calor se produce por encima del punto crítico, por lo que no hay condensación en lo que normalmente se consideraría el condensador. El refrigerante no se condensa nuevamente en líquido hasta que se reduce la presión.
La temperatura crítica de un refrigerante es aquella por encima de la cual dicho refrigerante no puede licuarse, independientemente de la presión sobre el vapor del refrigerante.
Supongamos que la temperatura crítica de un refrigerante determinado es baja. En ese caso, el ciclo será el siguiente:
El compresor comprimirá el vapor de refrigerante a la presión del condensador.
A medida que se incremente la presión, aumentará la temperatura del refrigerante.
No obstante, si la temperatura crítica del refrigerante es baja, la temperatura del fluido refrigerante (aire o agua) puede exceder la temperatura crítica.
- Si esto sucede, el refrigerante no se licuará en el condensador.
- En su lugar, permanecerá en estado gaseoso y se expandirá como vapor.
- Así, quedará vapor tras su expansión y luego pasará al evaporador.
- Como el refrigerante ya está en fase de vapor, no absorberá calor del evaporador y el efecto de enfriamiento será muy bajo.
- Como resultado, aumenta en última instancia el consumo de energía.
- Esto no sucederá si la temperatura crítica del refrigerante es alta, ya que la temperatura después de la compresión seguirá siendo inferior a la temperatura crítica y el vapor se licuará en el condensador.
El CO2 es el refrigerante utilizado para la etapa de baja temperatura (aspiración del compresor a -30 °C/-35 °C) en sistemas subcríticos en cascada. El calor liberado en la condensación del CO2 es absorbido por el refrigerante de la etapa de media temperatura.
El dióxido de carbono (CO2 R744) es una buena opción para los industriales porque es natural, barato, incoloro e inodoro, y no reduce la capa de ozono. Puede usarse directamente como refrigerante, ya sea a alta temperatura de condensación (transcrítica), a alta presión de descarga, superior a 1100 psi, o a una temperatura de condensación más baja (subcrítica). La transcrítica se utiliza principalmente con compresores semiherméticos.
¿Necesita más información sobre la refrigeración con CO2?
¿Tiene alguna pregunta sobre la refrigeración con CO₂? Rellene nuestro formulario de contacto.
Nuestros expertos le responderán lo antes posible.Más información
- Gas Refrigerante Natural CO2 R744
- ALbee™ Cool, la solución específica para los sistemas de climatización
- Dióxido de carbono - CO2
- Nitrógeno N2 y mezclas: botellas de nitrógeno y nitrógeno líquido
- FORMINGAS™ | Gas Formier para la detección de fugas en sistemas de aire acondicionado
- Los gases refrigerantes
- Refrigerantes naturales
- Los sistemas de aire acondicionado
- Los sistemas de refrigeración con CO2 transcrítico
- Los sistemas de refrigeración comercial