CO₂

  • Carbon Dioxide (CO2)
  • Propiedades generales

    Desde el punto de vista exclusivo de sus propiedades termodinámicas, el CO2 no resultaría muy adecuado como refrigerante. Sin embargo, el CO2 posee varias propiedades termofísicas exclusivas:
    • Coeficiente de transferencia de calor muy bueno
    • Relativa insensibilidad a las pérdidas de presión
    • Viscosidad muy baja

    En aplicaciones prácticas, los sistemas con CO2 ofrecen un rendimiento muy alto debido principalmente a la mejora del intercambio de calor, la gran reducción de la potencia de bombeo al usar CO2 como fluido secundario y, en climas fríos, la posibilidad de usar una presión de condensación muy baja durante el invierno.

    La eficiencia de los sistemas con CO2 depende más de la aplicación y el clima que la de las instalaciones con otros refrigerantes. Para todos los refrigerantes, la eficiencia de los sistemas disminuye a medida que aumenta la temperatura de condensación, y el CO2 es uno de los refrigerantes con una caída más pronunciada. Las buenas propiedades termofísicas del CO2 pueden compensar esto en cierta medida, pero dentro de unos límites.

    El CO2 tiene un elevado contenido energético a altas temperaturas; si este calor puede aprovecharse para la producción de agua caliente sanitaria u otras aplicaciones similares, la eficiencia total del sistema aumentará sensiblemente.

     

  • Impacto medioambiental

    Desde el punto de vista medioambiental, el CO2 es un refrigerante muy atractivo con un potencial de reducción de ozono (ODP) nulo y un potencial de calentamiento global (GWP) igual a 1. Además, es una sustancia natural y abundante en la atmósfera.

     

  • Presión y temperatura

    El CO2 es un refrigerante de alta presión que requiere unas presiones de funcionamiento elevadas para que los sistemas sean eficientes. En condiciones de parada, la temperatura ambiente puede alcanzar y superar la temperatura crítica, y la presión también puede superar la presión crítica. Por lo tanto, los sistemas habitualmente se diseñan de forma que soporten presiones de hasta 90 bar; en ocasiones, incluso incorporan una pequeña unidad condensadora para mantener un valor de presión bajo en condiciones de parada.

    Al mismo tiempo, el CO2 tiene una relación de presión de compresión baja (entre un 20 y un 50 % inferior a la de los refrigerantes HFC y el amoníaco), lo que mejora la eficiencia volumétrica. Con un rango de temperatura de evaporación entre -55 y 0 °C, el rendimiento volumétrico del CO2 es, por ejemplo, entre cuatro y doce veces mayor que el del amoníaco, lo que hace posible usar compresores con un volumen barrido menor.

    El punto triple y el punto crítico del CO2 están muy próximos al rango de trabajo. Esto hace que, durante el funcionamiento normal del sistema, pueda alcanzarse el punto crítico. Asimismo, a la hora de realizar el mantenimiento del sistema puede alcanzarse el punto triple, tal como demuestra la formación de hielo seco al exponer a la presión atmosférica aquellas partes de los sistemas que contienen líquido. Por lo tanto, es necesario disponer de procedimientos especiales para evitar la formación de hielo seco durante las purgas de mantenimiento.

     

  • Interacción con otros materiales

    El CO2 no reacciona con los metales comunes ni con componentes de Teflon®, PEEK o neopreno. Sin embargo, puede difundirse en los elastómeros y puede provocar que el caucho de butilo (IIR), el caucho de nitrilo-butadieno (NBR) y los materiales de etileno y propileno (EPDM) se inflen.

    La densidad del CO2 líquido es, aproximadamente, 1,5 veces superior a la del amoníaco, lo que genera una carga másica mayor en los evaporadores (por ejemplo, en los enfriadores de placas de los grandes sistemas industriales). Asimismo, una mayor densidad equivale también a una mayor circulación de aceite, lo que a su vez exige disponer de separadores de aceite eficaces en los sistemas industriales.

     

  • Rentabilidad

    El CO2 es un subproducto en muchas industrias, por lo que su precio es bajo. Sin embargo, los sistemas con CO2 tienden a ser más costosos que los sistemas convencionales, ya sea debido a las altas presiones (en sistemas transcríticos) o a su mayor complejidad (en sistemas tanto transcríticos como subcríticos). La aparición de los sistemas booster parece haber reducido la complejidad de los sistemas y, dado que el número de instalaciones con CO2 ha aumentado, con el tiempo se ha demostrado que su coste se aproxima al de los sistemas de referencia con refrigerantes HFC.

    Además, los grandes sistemas con CO2, sobre todo en aplicaciones de refrigeración industrial, pueden ser más económicos de construir que los sistemas homólogos con glicol, lo que hace que los costes iniciales y asociados al ciclo de vida sean más bajos.

     

  • Aplicaciones

    A diferencia de la mayoría del resto de refrigerantes, el CO2 se usa en la práctica en tres ciclos de refrigeración distintos:
    • Subcrítico (sistemas en cascada)
    • Transcrítico (sistemas únicamente con CO2)
    • Fluido secundario (el CO2 se usa en forma de salmuera volátil)

    La tecnología empleada depende de la aplicación y de la ubicación en la que se pretenda instalar el sistema. Existen diferentes aplicaciones en las que el uso del CO2 resulta atractivo y en las que, de hecho, ya se usa ampliamente en la actualidad:

    • Refrigeración industrial; el CO2 se usa generalmente en combinación con amoníaco, ya sea en sistemas en cascada o en forma de salmuera volátil
    • Refrigeración para los sectores de la alimentación y la distribución minorista
    • Bombas de calor
    • Refrigeración para transporte

    Danfoss cree que el CO2 será el principal refrigerante en los sistemas multipack de refrigeración comercial, ya que el nuevo reglamento sobre gases fluorados supone un claro impulso en esta dirección.

     

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