01 julio 2010

Dióxido de carbono como refrigerante alternativo

CO2 (R-744) se usó ampliamente como refrigerante a comienzos del siglo XX; sin embargo, durante la mitad del siglo XX fue sustituido por los fluorocarbonos. En las últimas décadas, las compañías químicas han introducido nuevos refrigerantes en respuesta a las disposiciones vigentes para proteger la capa de ozono.
En las últimas décadas, las compañías químicas introdujeron nuevos refrigerantes en respuesta a las exigencias de refrigrantes libres de agentes nocivos para la capa de ozono. Cuando se introdujeron los hidrofluorocarbonos (HFC) muchos pensaron que estábamos ante una solución permanente, pero debido al impacto del calentamiento global, el uso futuro de estos refrigerantes puede restringirse.
El uso de refrigerantes naturales, tales como el dióxido de carbono, que están libres de cloro y tienen bajo potencial de calentamietno global están ganando atención. El dióxido de carbono tiene un comportamiento favorable respecto al calentamiento global comparado con 1300 para HFC-134a). Como beneficio adicional, no hay necesidad de capturar el dióxido de carbono durante el mantenimiento, simplificando de esta forma el ahorro de costes.
El dióxido de carbono no es tóxico ni inflamable; por lo tanto, es abundante y barato. El CO2 tiene una presión de operación 3-10 veces superior a otros refrigerantes convencionales (7.38 MPa). El dióxido de carbono tiene una temperatura crítica baja (31.1 ºC), requiriendo un ciclo de refrigeración transcrítica. En un ciclo transcrítico, el condensador se reemplaza por un enfriador de gas. El refrigerante se evapora en la región subcrítica y rechaza calor a temperaturas por encima del punto crítico en el enfriador de gas. Las elevadas presiones a las que trabaja el dióxido de carbono representa tanto un desafío como una oportunidad, ya que el tamaño y peso del sistema pueden potencialmente reducirse.
Actualmente, el dióxido de carbono atrae más interés en sistemac con tasas elevadas de pérdidas de refrigerantes que son lo bastante significativas como para traer regularmente la atención (aire acondicionado de automoción y sistemas de estanterías de supermercados) y también aplicaciones de bombas de calor de alta temperatura y aplicaciones de refrigeración militar seleccionada atractiva por motivos logísticos.
Sin embargo, el uso de dióxido de carbono tiene sus desventajas. La eficiencia termodinática de los ciclos de dióxido de carbono es menor a la de los sistemas convencionales, especialmente con altas temperatura. Esta reducción de eficiencia puede contrarrestar los beneficios ambientales de los sistemas de dióxido de carbono, y puede no ser aceptable. Por lo tanto, la eficiencia debe ser mejorada antes de que los sistemas de dióxido de carbono se extiendan.
El uso de nuevos compresores scroll y de tornillo económicos pueden mejorar significativamente las eficiencias de los sistemas de dióxido de carbono que trabajan próximos, o por encima de la temperatura crítica. Los compresores actualmente disponibles son capaces de proporcionar hasta 100 bares, pero estos compresores no se han diseñado para uso en refrigeración. Sin embargo, la demanda del mercado de compresores de dióxido de carbono puede posiblemente resultar en el desarrollo de compresores de alta presión para aplicaciones de refrigeración.
El dióxido de carbono probablemente se use ampliamente en etapas de baja temperatura de sistemas en casacada y, cuando los compresores de dióxido de carbono económicos estén disponibles, se usarán también para sistemas de una ecapa en acondicionamiento de aire y refrigeración. El uso de dióxido de carbono puede presentar beneficios significativos para aplicaciones de acondicionamiento de aire y refrigeración. Los beneficios incluyen mejor transferencia de calor, tuberías mucho más pequeñas, energía para el bombeo reducida, y eliminación de agua fría.
Bibliografía: Energy Saving Potential and R&D Opportunities for Commercial Refrigeration. U.S. Department of Energy. Energy Efficiency and Renewable Energy. Building Technologies Program.
Palabras clave: Gas cooler
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