Refrigerante Natural Bióxido de Carbono CO2 R-744

Tanques de CO2 BFS Kälte Klima Technik Frankfurt, Alemania

El bióxido de carbono (CO2 R-744) es otra de las alternativas para sustituir a los HFC (hidrofluorocarbonos) porque no daña la capa de ozono, su bajo potencial de calentamiento globla y es un refrigerante natural. Es un fluido inodoro, incoloro y más pesado que el aire. Su Potencial de Calentamiento Global (PCG) es de uno. Lo que significa que este gas es la referencia para determinar el PCG de otros gases y su valor de Potencial de Agotamiento de la Capa de Ozono (PAO) es de cero, favoreciéndolo en el aspecto ambiental. Aunque el CO2 es necesario para la vida en la Tierra, es también un Gas de Efecto Invernadero (GEI). Es clasificado por los Estándares 34 de ASHRAE y el DIN EN 378 como tipo A1 (no inflamable y de baja toxicidad). Como se mencionó anteriormente, el hecho de ser más pesado que el aire puede resultar peligroso (especialmente en espacios reducidos), al no tener aroma autoalarmante (no tiene un olor detectable), puede desplazar al oxígeno hasta límites nocivos para la salud. Estas características llevan a la necesidad de tener una especial atención en la detección de fugas y la ventilación de emergencia. Tiene baja compatibilidad química con los materiales comunes y una buena solubilidad con el lubricante polietileno glicol de alquileno (PGA) y el polioléster (POE). Posee un muy bajo costo y está disponible en cualquier cantidad en todo el mundo.

Referencia: Buenas Prácticas en el Uso de Sustancias Alternativas a los Hidroclorofluorocarbonos. SEMARNAT.

El refrigerante R-744 (bióxido de Carbono) presenta altas presiones de servicio, una temperatura crítica baja (31 C°) y un punto triple alto. Su capacidad volumétrica de refrigeración es entre 5 y 8 veces mayor que la de los HFC. Se reducen así el desplazamiento del compresor y el tamaño de la tubería. Sus propiedades afectan sobre cómo está diseñado el sistema o sobre cómo funciona, particularmente con temperaturas ambiente altas. Cuenta con una temperatura de descarga elevada, por lo que necesita compresión de dos etapas en sistemas de baja temperatura. Cuando se utiliza como refrigerante, el dióxido de carbono normalmente opera a una presión mayor que los hidrofluorocarbonos y otros refrigerantes. Si bien esto presenta algunos problemas de diseño, por lo general pueden ser superados en los sistemas específicamente creados para usar dióxido de carbono. Este gas puede usarse con lubricante polietileno glicol de alquileno (PGA), con lubricantes polioléster (POE) o polivinil éter (PVE).
El bióxido de carbono se utiliza principalmente en:
1. Refrigeración industrial y comercial: sistemas en cascada NH3/CO2.
2. Sistemas compactos.
3. Bombas de calor (calentamiento de agua).
4. Refrigeración comercial: supermercados, sistemas directos, cascada, indirectos.
Un poco de historia
El bióxido de carbono tiene una larga historia como refrigerante. Desde la década de 1860, las propiedades de este refrigerante natural se han estudiado y probado en los sistemas de refrigeración. En los primeros días de la refrigeración mecánica, había pocos compuestos químicos adecuados que estaban disponibles para utilizarse como refrigerantes. La amplia disponibilidad del CO2 lo hizo un refrigerante viable. El uso de los sistemas de refrigeración de CO2 inició en la década de 1890 convirtiendose en el refrigerante de elección para la congelación y transporte de productos alimenticios perecederos en todo el mundo. La carne y otros productos alimenticios procedentes de Argentina, Nueva Zelanda y Australia fueron enviados a través de buques frigoríficos a Europa para la distribución y consumo. Para 1900, más de 300 barcos refrigerados estaban entregando productos cárnicos procedentes de muchos países. En el mismo año, Gran Bretaña importó 360.000 toneladas de carne de vacuno refrigerada y cordero desde Argentina, Nueva Zelanda y Australia.

Referencia: ASHRAE Refrigeration Handbook 2014, Capítulo 3

La baja toxicidad y la nula inflamabilidad del CO2 fueron las razones fundamentales para que este refrigerante natural se desarrollara. El transporte marino refrigerado con CO2 fué el que creció rápidamente. Ganó popularidad por la confiabilidad que tiene en su uso, fué utilizado para refrigerar y/o congelar una amplia variedad de alimentos y productos perecederos de muchos países alrededor del mundo. La industria del transporte marino refrigerado tuvo un crecimiento importante, y antes de 1910, 1800 sistemas estaban en funcionamiento en los barcos de transporte de alimentos refrigerados. En 1935, los productores de alimentos transportaban millones de toneladas de productos perecederos como carnes, productos lácteos y frutas anualmente hacia Gran Bretaña. América del Norte también utilizó el CO2 en la refrigeración de transporte marino de CO2 en la exportación y en la recepción de los productos alimenticios. La popularidad de los sistemas de refrigeración de CO2 se fue reduciendo cuando los refrigerantes sintéticos aparecieron. El desarrollo del HCFC-22 (clorodifluorometano) en la década de 1940 comenzó a desplazar al CO2 y para la década de 1960 ya había sido casi en su totalidad sustituido en todos los sistemas de transporte marino y terrestre. En 1950, los clorofluorocarbonos (CFC) estaban presentes en la mayoría de los sistemas de refrigeración. Esto incluyó una amplia variedad de refrigeradores domesticos y comerciales que utilizaban CFC. El desarrollo de los compresores herméticos y semiherméticos aceleró el desarrollo de sistemas que utilizaban el CFC. Los siguientes 35 años, un sin número de refrigerantes CFC ganaron popularidad, reemplazando prácticamente a todos los otros refrigerantes naturales exceptuando al amoníaco, que mantuvo su posición dominante en los sistemas de refrigeración industrial.

Referencia: ASHRAE Refrigeration Handbook 2014, Capítulo 3

En la década de los setentas, se descubrieron los efectos atmosféricos de las emisiones de CFC, concretamente el debilitamiento de la capa de ozono en la estratósfera. Esto condujo a un esfuerzo concertado de los gobiernos, científicos y los industriales para limitar estos efectos. Estos esfuerzos se convirtieron en el Protocolo de Montreal. Inicialmente, éste tomó la forma de las cuotas de producción, pero pronto se trasladó a una total eliminación, primero de los CFC y ahora de hidroclorofluorocarbonos (HCFC). El elevado potencial de agotamiento de la capa de ozono del CFC y del HCFC impulsó el desarrollo de los refrigerantes hidrofluorocarbonos (HFC). Posteriores investigaciones ambientales desplazan el foco de agotamiento del ozono al cambio climático, produciendo un segundo clasificación conocida como el potencial de calentamiento global (PCG). En los últimos años, CO2 se ha convertido nuevamente en un refrigerante de gran interés. Sin embargo, de alta presión del CO2 en los sistemas (por ejemplo, 490.8 psia a una temperatura de saturación de 30 ° F o 969.6 psia a 80 ° F) presenta desafíos para la contención y la seguridad. Los avances que han tenido los componentes que se utilizan en los sistemas de refrigeración desde la década de 1950 permiten el diseño rentable y eficiente de la alta presión de dióxido de carbono en los sistemas. El nuevo interés que tiene el uso del CO2 en los sistemas modernos de refrigeración se basa en sus propiedades termo físicas: baja viscosidad, alta conductividad térmica y densidad de vapor alta. Éstos resultan en una buena transferencia de calor en evaporadores, condensadores y enfriadores de gas, permite una selección de equipos más pequeños en comparación con los CFCs, HCFCs y los HFCs. El bióxido de carbono es único como refrigerante, está siendo considerado para aplicaciones que abarcan refrigeración, aire acondicionado y calefacción, que se extienden desde congeladores hasta para las bombas de calor y de las equipos domésticos hasta las plantas industriales de refrigeración.

 

Autor: Gildardo Yañez

Especialista en Refrigeración
Miembro ASHRAE

Perfil Profesional

Gildardo Yañez es Ingeniero Industrial Electricista, Especialista en Refrigeración con el grado de Maestro en Administración. Actualmente se desempeña como el Gerente de Capacitación Técnica en BOHN de México. Registrado como Agente Capacitador Externo STPS.

Es Especialista en Refrigerantes y Refrigeración.

Autor de los Manuales Buenas Prácticas. Colaborador en la Revista CERO Grados Celcius, Revista Mundo HVAC&R y ACR Latinoámerica.

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18-08-2017

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