Se habló en un anterior post sobre el amoníaco, clasificándolo como uno de los refrigerantes naturales junto al CO2, entre otros.

Estos refrigerantes ya se utilizan desde el siglo XIX.  Mientras que el amoníaco (R717) era preferido para plantas industriales y continuó teniendo un gran peso en ese tipo de instalaciones a lo largo del tiempo, el CO2 perdió peso con el nacimiento de los freones y otros refrigerantes sintéticos, debido principalmente a la pérdida de capacidad y aumento de la presión en altas temperaturas.

 
Características del dióxido de carbono

El dióxido de carbono es un gas incoloro e inodoro, que está presente en la atmósfera en una concentración del 0,036%. En refrigeración también es conocido por la sigla R744. Se trata de una sustancia pura, por lo que no tiene deslizamiento de temperatura durante el cambio de fase.

 

Figura 1-1. Diagrama log P – h para el CO2

 
Para temperaturas por encima de -56.6 ºC a presión atmosférica (101,3 kPa.abs) está en estado vapor, mientras que por debajo de esa temperatura es una sustancia sólida blanca que se parece a la nieve, la cual puede ser comprimida para formar el denominado “hielo seco”.

El punto crítico es el estado de presión y temperatura a partir del que no se puede distinguir entre líquido y vapor (no hay cambio de fase). Justo en ese punto las propiedades de las dos fases son iguales. A presiones o temperaturas superiores el fluido se encontrará en estado supercrítico.

La línea triple es una línea donde coexisten las tres fases. Se puede apreciar la elevada presión a la que se encuentra esta línea para el CO2. Si por cualquier motivo tuviésemos una fuga en el sistema, el refrigerante experimentaría una expansión hasta la presión atmosférica, encontrándose en el camino con la línea triple.

El uso del refrigerante está condicionado por la existencia de esos dos conceptos anteriormente citados, es decir:

cota inferior — punto triple
cota superior —punto crítico

Operar por debajo del punto triple implicaría tener fracciones sólidas en el sistema, lo cual hay que evitar. Operar con un refrigerante por encima del punto crítico se puede hacer y de hecho existen sistemas que así lo hacen, son los denominados sistemas transcríticos, no demasiado extendidos entre otras razones por su baja eficiencia y alta presión de trabajo.

En la siguiente tabla se realiza una comparación entre características del dióxido de carbono y de otros refrigerantes de uso común como son el NH3, R134a y R404a. En ella se pueden apreciar diferencias notables, sobre todo en el punto triple y punto crítico.
 

 

Ventajas y desventajas del CO2 como refrigerante

 

Ventajas

• Potencial disminución del Ozono (ODP) = 0 (Inocuo para el medioambiente y seguro para el futuro).
• Potencial Calentamiento Global (GWP)= 1 en comparación con los refrigerantes artificiales donde el GWP puede tomar valores superiores a 1000.
• Disponible y barato
• Alto rendimiento volumétrico: 3-12 veces el rendimiento del NH3
• Compresores, cañerías y auxiliares: 3-12 veces más pequeños
• Alto COP a bajas temperaturas
• Alto coeficiente de transferencia de calor
• Baja pérdida de presión: Cañerías más pequeñas, menos aislamiento.
• En sistemas de circuito de cerrado no es químicamente activo y no es inflamable. Altamente estable. No inflamable, no tóxico
 

Inconvenientes

• Presión de diseño de los equipos muy elevada en comparación con otros refrigerantes lo cual exige: componentes especiales, mayores medidas de seguridad, mayor espesor de pared de tuberías, personal especializado y mayor inversión inicial.
• Plantas complejas si se hace necesario evitar que el refrigerante trabaje en un ciclo transcrítico.
• Más pesado que el aire. En caso de escape, el CO2 se junta a nivel del suelo y desplaza el aire
• Inodoro. En caso de escape no hay advertencia basada en el olor.

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