Dióxido de carbono (CO₂)

Avanzar con naturalidad

A medida que avanzamos hacia un futuro más respetuoso con el medio ambiente, la elección del refrigerante se convierte en un factor importante para tu empresa y para el planeta. El CO2 es un agente refrigerante natural que proporciona una refrigeración sostenible y energéticamente eficiente en todo tipo de aplicaciones, desde almacenes hasta máquinas de hielo. Permite a las empresas avanzar de forma natural.

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Propiedades generales

El CO2 tiene varias propiedades termo-físicas únicas que lo convierten en un refrigerante ideal:

Excelente coeficiente de transferencia de calor
Alto contenido energético
Relativamente insensible a las pérdidas de presión
Viscosidad muy baja de la fase líquida

En aplicaciones prácticas, los sistemas de CO2 ofrecen un rendimiento muy elevado. Las principales razones son:

Intercambio de calor superior
Menor tamaño de las tuberías
Baja potencia de bombeo como fluido secundario
Recuperación de calor superior

Para todos los refrigerantes, se produce una disminución de la eficiencia del sistema con el aumento de las temperaturas de condensación. Las altas temperaturas de condensación suelen considerarse un factor limitante para el uso de CO2. Sin embargo, las propiedades termofísicas inherentes del CO2 y el uso de la energía de expansión con eyectores pueden ayudar a compensar y contrarrestar este factor.

Además, los sistemas de refrigeración de CO2 disponen de opciones de recuperación de calor que pueden ayudar a garantizar el futuro de tu negocio. El CO2 y su alto contenido de energía, que sigue escalando a temperaturas más altas, pueden recuperarse, lo que aumenta la eficiencia general del sistema.

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Impacto medioambiental

Desde el punto de vista medioambiental, el CO2 es un refrigerante muy atractivo, con cero ODP y un GWP de 1. Es una sustancia natural y abundante en la atmósfera.

Presión y temperatura

El CO2 es un refrigerante de alta presión que requiere presiones de funcionamiento elevadas para un funcionamiento eficiente. En condiciones de parada, la temperatura ambiente puede alcanzar y superar la temperatura crítica y la presión puede superar la presión crítica. De ahí que los sistemas suelan estar diseñados para soportar presiones de hasta 90 bares, o incluso a veces equipados con una pequeña unidad condensadora de parada para mantener bajas las presiones.

Al mismo tiempo, el CO₂ presenta una baja relación de presión de compresión (entre un 20 y un 50 % inferior a la de los HFC y el amoníaco), lo que mejora la eficiencia volumétrica. Con temperaturas de evaporación situadas en el rango de –55 °C a 0 °C, el rendimiento volumétrico del CO₂ es, por ejemplo, de cuatro a doce veces mejor que el del amoníaco, lo que permite utilizar compresores con volúmenes de barrido más pequeños.

El punto triple y el punto crítico del CO₂ están muy próximos a su 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, será 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 mayor que la del amoníaco, lo que da lugar a una mayor carga másica en los evaporadores, como los grandes chillers de placas en 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 de una serie de industrias, por lo que su precio es bajo. Sin embargo, los sistemas con CO₂ tienden a ser más caros que los sistemas tradicionales debido a las mayores presiones (en los sistemas transcríticos) o a la mayor complejidad (tanto en los sistemas transcríticos como en los subcríticos). La complejidad de los sistemas parece estar disminuyendo con la introducción de los sistemas Booster y, a medida que aumenta el número de instalaciones de CO₂, la evolución demuestra que el coste se aproxima al coste de los sistemas de referencia que utilizan HFC.

Los grandes sistemas secundarios con CO₂, especialmente en refrigeración industrial, pueden resultar menos costosos de construir que los sistemas equivalentes de glicol y, por lo tanto, ofrecen unos costes iniciales y de ciclo de vida más bajos.

Aplicaciones

A diferencia de la mayoría de los otros refrigerantes, el CO₂ se utiliza en la práctica en tres ciclos de refrigeración diferentes:

Subcrítico (sistemas en cascada)
Transcrítico (sistemas que solo utilizan CO₂)
Líquido secundario (el CO₂ se utiliza como salmuera volátil)

La tecnología empleada depende de la aplicación y de la ubicación en la que se pretenda instalar el sistema. Existen varias aplicaciones en las que el CO₂ resulta atractivo y ya se utiliza ampliamente en la actualidad:

Refrigeración industrial: el CO₂ se suele utilizar combinado con amoníaco, bien en sistemas en cascada o bien como salmuera volátil.
Refrigeración para la industria de distribución alimentaria
Bombas de calor
Refrigeración para transporte

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

Los sistemas con CO₂ también pueden ampliarse para asumir la recuperación de calor. En muchos casos, la inversión adicional para obtener el calor residual es insignificante, algo que ya se ha demostrado en varias ocasiones.

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