Ver 1ª PARTE
Tamaño de componente, carga de refrigerante
Debido a las
propiedades termodinámicas del CO2, en particular el nivel de presión
relativamente alto, la capacidad del compresor es significativamente más alta
para el CO2 que para NH3. Las dimensiones para las líneas de vapor son más
pequeñas, pero son más grandes para las líneas de líquido.
La norma
europea EN 378 clasifica al CO2 como un refrigerante no tóxico L1, mientras que
el amoniaco se clasifica como un refrigerante tóxico L2. Incluso aunque NH3 se
ha usado durante muchos años, los requerimientos han sido cada vez más
restrictivos en los últimos años, particularmente en Europa. Hay, por lo tanto,
un gran interés en minimizar la carga de NH3.
El sistema
en cascada CO2-NH3 se considera una solución perfecta, con el NH3 usado
limitado a una pequeña carga que tiene que estar contenida en una habitación de maquinaria
especial que cumple los requerimientos de seguridad necesarios. El CO2 es luego distribuido a todos los
enfriadores.
Compatibilidad de materiales
Al contrario
que el NH3, el CO2 es compatible con casi todos los materiales metálicos
comunes. Cuando se usa cobre o latón, no hay restricciones desde el punto de
vista de la compatibilidad. La compatibilidad del CO2 con polímeros es mucho
más compleja.
Debido a que
el CO2 es una sustancia inerte y estable, las reacciones químicas con polímeros
no son una preocupación. Los principales problemas proceden de problemas
fisicoquímicos tales como penetración, hinchazón, y la generación de cavidades
y fracturas internas son los asuntos principales. Estos efectos están
relacionados con la solubilidad y difusividad del CO2 en el material actual.
La
solubilidad del CO2 en algunos polímeros también debe tomarse en consideración.
Algunos polímeros comúnmente usados no son compatibles con CO2; otros (tales
como los materiales de sellado) requieren diferentes métodos de fijación.
Cuando la
presión está próxima a la presión crítica y la temperatura es alta, el impacto
del CO2 en los polímeros es mucho más pronunciado. Aquellas condiciones, sin
embargo, no son importantes en refrigeración industrial, donde las presiones
temperaturas son más bajas.
El agua en
los sistemas NH3, es bien conocido que hay problemas de reacción con aceite,
oxígeno, agua y contaminantes sólidos. Estos problemas se manejan por cambios
de aceite frecuentes y purgas de aire. Estos problemas se manejan por cambios
de aceite frecuentes y purgas de aire. Comparado con NH3, CO2 es menos
sensible, pero pueden ocurrir problemas si el agua está presente.
La presión
del sistema de CO2 siempre es mayor que la presión atmosférica; por lo tanto no
hay los mismos riesgos de penetración de aire y agua en grietas que hay, por
ejemplo, en los sistemas NH3. Sin embargo la permeabilidad del agua en el
sistema aún es posible.
El agua
puede también entrar en los sistemas de CO2 que se encuentran a alta presión.
Veamos por qué:
- El agua puede entrar durante la carga debido a que hay diferentes grados de CO2, algunos de los cuales permiten un contenido de agua relativamente alto.
- Debido a que CO2 se considera como un refrigerante muy seguro, a veces se maneja sin seguir precauciones de seguridad normales. Si el sistema se abre, el aire puede penetrar en él, y la humedad puede condensarse en el interior de los tubos. Asimismo, algo de agua puede retenerse si el sistema no se evacua apropiadamente.
- El agua puede entrar cuando cargamos el lubricante (aceite) al compresor.
La cantidad
de agua que puede tolerarse es mucho más baja para los sistemas de CO2 que para
los sistemas con refrigerantes más comunes. Si el contenido del agua excede el
punto de rocío (según la curva de un refrigerante dado), y la temperatura es
inferior a 0 ºC, el agua se congelará, creando un riesgo de bloqueo de las
válvulas de control y otros problemas. El agua puede eliminarse fácilmente
montando un secador en el sistema. Los secadores son muy eficientes en los
sistemas de CO2, y normalmente se montan la línea de líquido para evitar la creación
de cualquier caída de presión innecesaria.
Válvulas de seguridad y pérdidas
La
localización de pérdidas más crítica en los sistemas en cascada de CO2-NH3 es
un intercambiador de calor entre CO2 y NH3. La presión del CO2 será más alta
que la del NH3, así que ocurrirán pérdidas en el sistema NH3, que pueden llegar
a contaminarse.
El carbonato
amónico, una sustancia sólida, se forma inmediatamente cuando CO2 entra en
contacto con NH3. El carbonato amónico es corrosivo.
Debido a que
el punto triple del CO2 se produce a una
presión mucho más alta que en ningún otro refrigerante común. Si se monta una
válvula de seguridad en un sistema de CO2 a (por ejemplo) 50 bares, la presión
en la línea aguas abajo (salida) desde la válvula de seguridad pasará el punto
triple a 5,2 bares. Por debajo del punto triple, CO2 cambiará de una mezcla de
líquido y vapor en una mezcla de sólido y vapor.
La formación
de CO2 sólido en la línea aguas abajo puede, en el peor de los casos, bloquear
la línea. La solución más eficiente a este problema es montar una válvula de
seguridad sin una línea de salida, fluyendo así directamente a la atmósfera. El
cambio de fase del CO2 no tiene lugar directamente en la válvula, sino justo
después de la válvula, y en este caso en la atmósfera.
Bilbiografía:
- CO2 en refrigeration applications. October 2003. The News Air conditioning, heating, refrigeration.
- CO2 In Industrial Refrigeration. October 2003. The News Air conditioning, heating, refrigeration.
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