CO como refrigerante: Propiedades y Uso - … · CO 2 como refrigerante 1 Según Reglamento UE nº...

CO2 como refrigerante: Propiedades y Uso

Aplicación de Refrigerantes Naturales

Ramón Cabello López

Enrique Torrella Alcaraz

Rodrigo Llopis Doménech

Daniel Sánchez García-Vacas

ÍNDICE

CO2 como refrigerante1

El ciclo Supercrítico2

Configuraciones Adicionales3

Otros Componentes4

Instalaciones reales5

CO

2co

mo

refr

iger

ant

e1

• Sustancia natural compatible medioambientalmente.

• Nulo efecto sobre el ozono estratosférico (PAO = 1) (Potencial de Agotamiento del Ozono)

Cumple con lo establecido en el Protocolo de Montreal (1987) relativo a las sustancias que agotan la capa de ozono, así

como lo indicado en el Reglamento 1005/2009 del Parlamento Europeo y del Consejo

• Bajo efecto invernadero (PCA = 1/0) (Potencial de Calentamiento Atmosférico)

A pesar de ser uno de los gases incluidos en el Protocolo de Kyoto (1997), tiene un potencial de efecto invernadero muy bajo,

siendo incluso nulo, si se recupera del ambiente para poder ser empleado en una instalación.

Desde el punto de vista Medioambiental

Ventajas uso CO2 como refrigerante

Refrigerantes Naturales

Hidrocarburos

Inorgánicos

R290 (Propano)R600 (Butano)R600a (Isobutano)

R717 (Amoniaco)R718 (Agua)R729 (Aire)R744 (CO2)R764 (SO2)

Grupo A2Grupo A3

CO

2co

mo

refr

iger

ant

e1 PCA (GWP) - Poder de Calentamiento Atmosférico, es el potencial de calentamiento de 1 kg de gas de

efecto invernadero con respecto 1 kg de CO2 en un margen de 100 años

1 3 3 4124

675

1430

1774

2088 21382346

3143

3922 3985

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

R744 R290 R600a R1234yf R152a R32 R134a R407C R410A R427A R417A R422D R404A R507A

PCA (kg. CO

2equivalentes)

Desde el punto de vista Medioambiental Potencial de Calentamiento Atmosférico (PCA) (Reglamento UE Nº 517/2014)


CO

2co

mo

refr

iger

ant

e1

Según Reglamento UE nº 517/2014 del Parlamento Europeo y del Consejo sobre gases fluorados de efectoinvernadero (16/04/2014), que deroga al Reglamento 842/2006, se establecen una serie de restricciones de

comercialización en equipos frigoríficos equipados con gases fluorados (Art. 11, Anexo III):

Desde el punto de vista Medioambiental Reglamento UE Nº 517/2014 (F-Gas)

10. Frigoríficos y congeladores domésticos que contienen HFC con un PCA ≥ 150 (1/01/2015)

11a. Frigoríficos y congeladores para uso comercial (aparatos sellados herméticamente) que contienen HFC con PCA ≥ 2500(1/01/2020)

11b. Frigoríficos y congeladores para uso comercial (aparatos sellados herméticamente) que contienen HFC con PCA > 150(1/01/2022)

12. Aparatos fijos de refrigeración que contengan HFC, o cuyo funcionamiento dependa de ellos, con un PCA ≥ 2500, exceptolos aparatos diseñados para aplicaciones destinadas a refrigerar productos a temperaturas < – 50 °C (1/01/2020)

13. Centrales frigoríficas multicompresor compactas, para uso comercial, con una capacidad valorada ≥ 40 kW, que contengangases fluorados de efecto invernadero, o cuyo funcionamiento dependa de ellos, con un PCA ≥ 150, excepto en los circuitosrefrigerantes primarios de los sistemas en cascada, en que pueden emplearse gases fluorados de efecto invernadero con unPCA < 1500 (1/01/2022)

14. Aparatos portátiles de aire acondicionado para espacios cerrados (aparatos sellados herméticamente que el usuario finalpuede cambiar de una habitación a otra) que contienen HFC con un PCA ≥ 150 (1/01/2020)

15. Sistemas partidos simples de aire acondicionado que contengan < 3 kg de gases fluorados de efecto invernadero o cuyofuncionamiento dependa de ellos, con un PCA ≥ 750 (1/01/2025)

Ventajas uso CO2 como refrigerante C

O2

com

o re

frig

era

nte

1

Según Reglamento UE nº 517/2014 del Parlamento Europeo y del Consejo sobre gases fluorados de efectoinvernadero (16/04/2014), que deroga al Reglamento 842/2006, se establecen una serie de restricciones en

el mantenimiento de los equipos ya existentes (Art. 13)

Desde el punto de vista Medioambiental Reglamento UE Nº 517/2014 (F-Gas)

3. Quedará prohibido a partir del 1 de enero de 2020 el uso de gases fluorados de efecto invernadero con un PCA ≥ 2500, pararevisar o efectuar el mantenimiento de aparatos de refrigeración con un tamaño de carga de 40 toneladas equivalentes de CO2

o más. El presente apartado no se aplicará a equipos militares ni a aparatos destinados a enfriar productos a temperaturas pordebajo de – 50 °C.

Refrigerante GWP100 Masa (kg) = a 40 Tn de CO2 eq.

R422D 3143,05 12,73

R422A 2729,05 14,66

R404A 3921,60 10,20

R507A 3985,00 10,04


CO

2co

mo

refr

iger

ant

e1

• Según RD 138/2011 Reglamento de Seguridad para Instalaciones Frigoríficas e InstruccionesTécnicas Complementarias, los refrigerantes naturales pueden clasificarse en diferentes

grupos atendiendo a su toxicidad (grupos A y B) e inflamabilidad (grupos 1, 2 y 3)

• El CO2 pertenece al Grupo A1, es decir ALTA SEGURIDAD:

A “Refrigerante no tóxico para concentraciones ≥ 400 ml/m3 (400 ppm) jornada de 8 h”1 “Refrigerante no inflamable en estado de vapor a cualquier concentración del aire”

Desde el punto de vista de Seguridad

Refrigerantes Naturales

R717 B2 R718 A1R729 A1R744 A1R764 B1

R290 A3 R600 A3R600a A3

Refrigerantes Artificiales

R134a A1 R407C A1R410A A1R427A A1R417A A1

R422D A1 R404A A1R507A A1R152a A2R1234yf A2


O2

com

o re

frig

era

nte

1

• Peso molecular 44 gr/mol, superior al del aire (28.8 gr/mol)

• Punto crítico: 73,77 bar y 30,98 ºC

El punto crítico hace referencia a la cúspide de la campana de saturación. Para cualquier refrigerante interesa que este

punto este alejado de las condiciones de condensación.

• La baja temperatura crítica (30.98 ºC) hace que el CO2 pueda trabajar según dos ciclos

completamente diferentes:

• Ciclo Subcrítico cuando se trabaja por debajo del punto crítico

• Ciclo Supercrítico / Transcrítico cuando se trabaja por encima del punto crítico

Desde el punto de vista de Aplicación

• En ambos ciclos, las presiones de trabajo son más elevadas que cualquier otro refrigerante.

• Punto triple: -56,56 ºC con presión de 5,18 bar > 1 bar

• Amplio rango de utilización desde climatización hasta congelación

• Se puede emplear como fluido secundario


CO

2co

mo

refr

iger

ant

e1

Desde el punto de vista de Aplicación Subcrítico vs Transcrítico

¿?

EVAPORADOR

CONDENSADORGAS‐COOLER

P (bar)

h (kJ/kg)

• Ciclo subcrítico Similar al ciclo convencional existe condensación• Ciclo supercrítico no existe condensación

• La condensación cambia por el enfriamiento de un fluido supercrítico, por lo que el

condensador se denomina ahora gas-cooler


O2

com

o re

frig

era

nte

1

• En ciclo subcrítico el rango de utilización es muy extenso, desde climatización hasta

congelación, aunque su uso se centra más en el campo de refrigeración a media/baja

temperatura: sistemas en cascada.

• En ciclo supercrítico el rango de utilización se centra sobretodo en alta/media temperatura

de evaporación mediante sistema de compresión directa o múltiple (doble etapa). Usos

comunes son aire acondicionado en vehículos y bomba de calor.

Desde el punto de vista de Aplicación Subcrítico vs Transcrítico


CO

2co

mo

refr

iger

ant

e1

• El CO2 también se emplea como fluido secundario para distribuir frío a media o baja

temperatura, gracias a sus excelentes coeficiente de transferencia de calor y propiedades de

transporte, así como su bajo punto triple -56.56ºC con presiones superiores a 1 bar (5.2 bar).

• En alguna mezcla zeotrópicas (Serie R-4XX), el CO2 se usa como componente en pequeñas

proporciones:

Desde el punto de vista de Aplicación Otros usos

R445A R744 (6%) + R134a (9%) + R1234ze(E) (85%) A2L ‐29.42ºC @ 1 bar


O2

com

o re

frig

era

nte

1

-33.59

-78.62

-42.41

-26.36

-36.90

-51.62

-29.78

-45.74 -47.01

-12.08

‐90

‐80

‐70

‐60

‐50

‐40

‐30

‐20

‐10

0

R717 R744 R290 R134a R407C R410A R1234yf R404A R507A R600a

Temperatura evaporación (ºC)

Una expansión brusca de CO2 desde condiciones

de líquido hasta presión atmosférica, supone una

expansión por debajo del punto triple,

obteniéndose como resultado hielo seco

¡¡ Importante en válvulas de seguridad !! Se debe

de evitar que circule líquido a través de ella

Desde el punto de vista de Aplicación Temperaturas de saturación para P = 1 bar absoluto


CO

2co

mo

refr

iger

ant

e1

Ley 16/2013 Artículo 5: Impuesto sobre los Gases Fluorados de Efecto Invernadero (BOE 30/10/2013)

- Se aplica una tasa de 0,02 €/kg. equiv. CO2 para gases de efecto invernadero con PCA > 150.

- Máximo valor Tasa: 100 €

- Periodo transitorio años 2014 y 2015. Solo se pagará el 33 y el 66% de la tasa.

Desde el punto de vista Económico (solo refrigerante) (tarifa Pecomark 01/2015) (PVP)

28.6 35.5 36.1 36.5 41.8 42.1 46.962.9

78.4 79.7

2.5

178.0

15.116.1

47.826.0 16.1 19.9

48.2

39.7 16.1 16.1

0

40

80

120

160

200

R744 R1234yf R134a R407C R437A R407F R410A R407A R417A R422D R404A R507A

Coste Refrigerante (€/kg)

Coste Refrigerante (€/kg)

Tasa (€/kg. equiv. CO2)

CO2 uso industrial (99,5%): 2.5 €/kg

CO2 de alta pureza (99,9%): 9.5 €/kg


O2

com

o re

frig

era

nte

1

• En CO2 no es un sustituto directo de otro refrigerante, es decir, no se puede realizar un

cambio directo de refrigerante artificial (o natural) a CO2 (proceso denominado drop-in).

• Tampoco permite una reconversión de la instalación (cambio de aceite, filtros.. etc), ya que

prácticamente todos los componentes cambian (proceso denominado retrofit).

• ¿Por qué el CO2 precisa una nueva tecnología?

• En sistemas de ciclo simple, la baja temperatura crítica (30,98 ºC) obliga a trabajar

en ciclo supercrítico en países de clima cálido.

• Las presiones de trabajo son muy superiores a las de cualquier instalación.

• Existe incompatibilidad de materiales, especialmente con los elastómeros.

• El aceite lubricante empleado es POE / PAG con alta viscosidad.

• Aunque es un refrigerante de alta seguridad, sus presiones requieren una

manipulación del equipo más prudente y rigurosa.

¿CO2 como sustituto directo?

CO

2co

mo

refr

iger

ant

e1

20

35

50

65

80

95

110

125

140

R717 R744 R290 R134a R407C R410A R1234yf R404A R507A R600a

Presión (bar) / Temperatura (ºC)

Presión Crítica

Temperatura Crítica

• Deseable:

Tcond / Tcrítica

Pcond / Pcrítica

Climatización / Enfriadoras de agua Refrigeración

Temperatura y Presión Crítica

Propiedades TermofísicasC

O2

com

o re

frig

era

nte

1

Diagrama Ph

Propiedades Termofísicas

CO

2co

mo

refr

iger

ant

e1

Presiones de Trabajo Tcondensación: 30.9ºC Tevaporación: -20ºC

14.61 14.9419.34

13.91 11.51 13.167.90 7.08

11.99

73.64

4.1511.03 8.03

12.20

0

20

40

60

80

100

R404A R507A R410A R407C R417A R422D R134a R152a R717 R744 R600a R290 R1234yf R22

Pcondensación(bar)

3.07 3.15 4.012.80 2.28 2.70

1.33 1.21 1.90

19.70

0.722.45

1.512.45

0

4

8

12

16

20

24

Pevap

oración(bar)


Presión crítica: 73,77 bar

CO

2co

mo

refr

iger

ant

e1

• Las altas presiones de trabajo obligan a disponer de elementos más robustos.

• Las altas presiones permiten caídas de presión en línea mayores

Presiones de Trabajo


Espesor de pared: 8 mm acero

CO

2co

mo

refr

iger

ant

e1


Calor Latente de Evaporación (kJ/kg)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

R717 R744 R290 R134a R407C R410A R1234yf

Calor Latente Evaporación (kJ/kg)

R404A R507A R600a R744

Climatización / Enfriadoras de agua (0 ºC) Refrigeración (-20 ºC)12

62,2

4 kJ

/kg

Deseable: mayor calor latente posible

CO

2co

mo

refr

iger

ant

e1


Producción frigorífica volumétrica (kJ/m3)

500

3500

6500

9500

12500

15500

18500

21500

24500

R717 R744 R290 R134a R407C R410A R1234yf

Producción Frigorífica Volumétrica (kJ/m

3)

500

3500

6500

9500

12500

15500

18500

21500

24500

R404A R507A R600a R744

Climatización / Enfriadoras de agua (0 ºC) Refrigeración (-20 ºC)

Deseable: alta producción frigorífica específica se reduce el tamaño del compresor

Comportamiento Energético

RefrigeranteNivel

SeguridadPCA PAO

P.cond(bar)

P.eva(bar)

Q.calor(kW)

W.elec(kW)

T.dis(ºC)

Vg(m3/h)

Vg/VgCO2 COP

R22 (HCFC) A1 1700 0,05 17,29 2,01 7,02 2,57 99,90 16,73 4,67 1,95

R134a (HFC) A1 1430 0 11,60 1,06 7,09 2,78 73,32 32,66 9,12 1,80

R404A (HFC) A1 3922 0 20,59 2,48 7,03 3,01 65,42 17,92 5,01 1,66

R507A (HFC) A1 3985 0 21,04 2,60 6,99 3,00 64,05 17,31 4,84 1,67

R422A (HFC) A1 2729 0 20,92 2,37 7,15 3,27 61,45 20,12 5,62 1,53

R427A (HFC) A1 2138 0 18,92 1,70 7,44 3,20 87,96 23,13 6,46 1,56

R600a (HC) A3 3 0 6,04 0,58 6,98 2,68 58,08 59,03 16,49 1,87

R717 B2 0 0 17,83 1,51 7,33 2,73 >169 17,68 4,94 1,83

R744 A1 1 0 105,00 16,83 8,25 4,17 131,42 3,58 1,00 1,20

• Potencia frigorífica: 5 kW

• Temperatura condensación: 45 ºC

• Temperatura evaporación: -25 ºC

• Recalentamiento útil: 5 ºC

• Grado de subenfriamiento: 5 ºC

• Compresor Abierto ȠV ~ 1 - 0.02·t

• Rendimiento mecánico: 0,9

CO

2co

mo

refr

iger

ant

e1

Comparación a media/baja temperatura

0.95

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

1.25

85 90 95 100 105 110 115 120 125 130

CO

P

Presión (bar)

Cilindrada Compresor

El volumen geométrico del compresor

de CO2 es unas 5 veces menor que el

del resto de refrigerantes comerciales

CO

2co

mo

refr

iger

ant

e1

• Velocidad de giro: 1450 rpm

• Número pistones: 4

• Carrera: 45 mm

13579

1113151719

R22 R507A R717 R404A R422A R427A R134a R600a

Vg

/ V

g C

O2

R600a

R134a

R404A

R744

RefrigeranteVg

(m3/h)Vg/VgCO2

(mm)

R22 (HCFC) 16,73 4,67 36,88

R134a (HFC) 32,66 9,12 51,53

R404A (HFC) 17,92 5,01 38,17

R507A (HFC) 17,31 4,84 37,52

R422A (HFC) 20,12 5,62 40,45

R427A (HFC) 23,13 6,46 43,37

R600a (HC) 59,03 16,49 69,28

R717 17,68 4,94 37,91

R744 3,58 1,00 17,06

Comparación a media/baja temperatura

CO

2co

mo

refr

iger

ant

e1

• Compresor Hermético

• Desplazamiento: 0,7 cm3/rev (equivalente en R134a: 3,54 cm3)

• Potencia frigorífica: 200 W

• Potencia consumida: 150 WEspesor de pared: 8 mm acero

Ejemplo en compresor hermético SANDEM

Cilindrada Compresor

Ventajas / Inconvenientes

• Fluido refrigerante de alta seguridad: Grupo A1

• Sustancia Natural compatible medioambientalmente con bajo PCA (0 / 1) y PAO nulo

• Coste por kg. reducido (en comparación con refrigerantes de tipo HFC)

• Elevada producción frigorífica volumétricamenor cilindrada de compresor

• Muy buenos coeficientes de transferencia de calor

• Gas inerte excelente compatibilidad con todos los metales: cobre, acero, acero inox….

• Permite pérdidas de presión elevadas

• Presiones de trabajo superiores a la atmosférica a bajas temperaturas

CO

2co

mo

refr

iger

ant

e1


• COP menores que los refrigerantes HFC’s

• Presiones de trabajo elevadas elementos constructivos más robustos

• Baja temperatura crítica que obliga a trabajar en sistemas supercríticos al disipar con

temperatura ambiente (en la mayoría de los casos)

• Tecnología en desarrollo elementos con costes elevados y dificultad de adquisición

• Incompatibilidad con materiales elastómeros descompresión explosiva

• La presencia de agua en el circuito combinada con CO2 puede suponer la aparición de

ácido carbónico que ataca al acero

• No es miscible con aceites de tipo mineral

CO

2co

mo

refr

iger

ant

e1

ÍNDICE




Otros Componentes4


El c

iclo

Su

per

crít

ico

2Concepto ciclo supercrítico

• Trabajando como refrigerante o fluido secundario, el CO2 presenta dos modos de

funcionamiento: régimen subcrítico y régimen supercrítico.

• Ciclo Subcrítico es aquel que trabaja por debajo del punto crítico

• Ciclo Supercrítico / Transcrítico es aquel que trabaja por encima del punto crítico

¿?

EVAPORADOR

CONDENSADORGAS‐COOLER

Punto Crítico

Definición

2

Región Supercrítica

• En condiciones supercríticas no existe condensación, por lo que el intercambiador encargado

de disipar el calor se denomina gas-cooler (por el enfriamiento de un gas supercrítico) en vez

de condensador.

• Al no existir condensación, la presión y la temperatura son dos variables que se encuentran

desacopladas (independientes).

La temperatura de salida de gas-cooler viene

marcada por la temperatura del fluido

secundario, así como de la eficiencia del

intercambiador empleado como gas-cooler.

T2 T1 T3

P1

P2

La posibilidad de elegir la presión de trabajo en

la zona de alta presión, da como resultado la

existencia de una presión que permite

maximizar el COP denominada “óptima” (Popt)

Desacoplamiento Presión - Temperatura

Pcrit: 73.77 barEl c

iclo

Su

per

crít

ico

2

El enfriamiento del fluido supercrítico lleva consigo un cambio brusco de las propiedades

termofísicas en las proximidades de la temperatura pseudocrítica. Este cambio en las

propiedades afecta directamente a los coeficientes de transferencia de calor (coeficiente de

convección), los cuales cambian bruscamente.

Enfriamiento del fluido supercrítico

1

3

5

7

9

11

13

15

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Cp (kJ/Kg∙K)

Temperatura (ºC)

115 bar

105 bar

95 bar

85 bar

75 bar

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Conductividad

Térm

ica (W

/m∙K)

Temperatura (ºC)

115 bar

105 bar

95 bar

85 bar

75 bar

Región SupercríticaEl

cic

lo S

up

ercr

ític

o2

• Los altos valores de coeficiente de convección mejoran notablemente la transferencia de calor

en el gas-cooler, consiguiendo altos niveles de eficiencia térmica (90÷ 95%).

• Como consecuencia directa:

- Superficies de intercambio se reducen intercambiadores más compactos

- Temperatura salida refrigerante ~ temperatura entrada fluido secundario (Approach)

- Approach agua ~ 2 K Approach aire ~ 5 K

Enfriamiento del fluido supercrítico

Región Supercrítica

El c

iclo

Su

per

crít

ico

Concepto presión óptima

• Se denomina Presión óptima a aquella presión de la zona de disipación de calor, que

permite alcanzar el máximo COP o CEE en la instalación.

• La Popt depende fundamentalmente:

- Temperatura del fluido secundario empleado para disipar calor

- Nivel de evaporación

- Instalación eficiencia intercambiadores, sistema de expansión, masa de refrigerante…

• Del mismo modo existe otra presión “óptima” que permite maximizar la potencia frigorífica

de la instalación, cuyo valor es diferente al caso anterior.

• Lo ideal es trabajar entre ambas presiones óptimas: óptima de COP y óptima de potencia.

• Aunque existen expresiones generales para determinar dicha presión, el valor exacto de

Popt depende de la instalación en particular.2

Definición

El c

iclo

Su

per

crít

ico


2

Definición gráfica

ΔqO 1

ΔqO 2

Δw1

Δw2

C

O

C

O

w

q

P

QCOP

21 COPCOP

El c

iclo

Su

per

crít

ico

Concepto presión óptima2

Evolución de Potencias (Teva: -0,1 ºC)

El c

iclo

Su

per

crít

ico


¿Cómo determinar la Popt?

¿Es necesario controlar la presión de alta?

2

Evolución del COP (Teva: -0,1 ºC)

El c

iclo

Su

per

crít

ico

Concepto presión óptima2

Expresiones para determinar la Popt

C

K2212.0T0.051631

C

K48.105T0.026058.7946

T

C

K1606.0T0.05381

C

K072.3T0.13042.7572

P

O

O

GCo

O

O

OPT

O

GCISO P

PKCη

El rango de ajuste de las expresiones anteriores es de -10 a 20 ºC para la temperatura de evaporación (TO) y de 30 a 60 ºC para la TGCo

Liao [3]

2GCoOGCoOPT T002.0T17.0T256.29.4P

El rango de validez de la misma comprende una temperatura de evaporación de -10 a 10 ºC, con temperaturas de salida de gas-cooler entre 30 y 50 ºC.

Sarkar et al. [4]

54.7T6.2P GCoOPT

El rango de validez de esta expresión comprende una temperatura de salida de gas-cooler desde 35 hasta 50 ºC.

Kauf F. [5]

929.1T2304.0P AmbOPT

7126.7T0.028866-T-0.0015269TT Amb2

AmbAmbGCo

El rango de validez de la expresión (IV.32) comprende una temperatura ambiente de 30 a 50 ºC, para una temperatura de evaporación constante de 5.3 ºC

Chen Y. et al.

[6]

El c

iclo

Su

per

crít

ico


2

Expresiones para determinar la Popt

evoGC,4oGC,32

ev2ev10opt TTaTaTaTaaP

ParámetroRango de Validez

Min Max

TO (ºC) ‐18.0 2.0

TGC,o (ºC) 31.0 45.0

POPT (bar) 75.6 114.1

Error Máximo 0,48 bar

Desv. Estándar 0,246

a0 1,798552389 a3 2,414219523

a1 0,075697819 a4 ‐0,005743619

a2 ‐0,000302402

• El valor de la Popt depende particularmente de la instalación frigorífica.

El c

iclo

Su

per

crít

ico

Regulación de masa con depósito a la salida del evaporador (baja presión)

Solo permite control de PGC o control recalentamiento (depende válvula)

Regulación de masa con doble etapa de expansión (media presión)

Permite control de PGC y Evaporador

Regulación de masa con depósito de acumulación

Permite solo control de PGC

• En circuitos de pequeña potencia uso de una sola expansión con capilar. El control de las

presiones se realiza a través de la masa de refrigerante y el capilar ¿longitud de capilar?

• En circuitos de mayor potencia uso de sistema de expansión escalonado (control total) o

de un sistema de expansión presostático + depósito antilíquido control presión alta

2

Control de la presión óptima

Concepto presión óptimaEl

cic

lo S

up

ercr

ític

o2

Evaporación

No hay diferencia significativa entre los evaporadores empleados con refrigerantes

convencionales y los ciclos supercríticos.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

‐40 ‐30 ‐20 ‐10 0

Densidad

(kg/m

3)

Temperatura Evaporación (ºC)

R600a R290

R134a R744

R404A R507A

Dado que la densidad del vapor de

CO2 es superior al resto de

refrigerantes, el volumen del

evaporador debe de ser reducido

para poder albergar menos cantidad

de masa en los procesos de

enfriamiento / calentamiento. Este

hecho tiene especial importancia en

los muebles frigoríficos con ciclos de

arranque / parada, donde el

consumo energético es primordial

El c

iclo

Su

per

crít

ico

2Evaporación

• A la hora de diseñar el evaporador hay que tener en cuenta que las presiones de trabajo

van a ser elevadas, sobretodo en las paradas donde la presión mínima fácilmente supera los

50 bar.

R134a / R404A CO2

Enfriador de botellas de 466 l.

El c

iclo

Su

per

crít

ico

2

Disipación de Calor

• La disipación de calor está ligada al ciclo de trabajo: ciclo subcrítico o ciclo supercrítico

• Ciclo subcrítico: existe condensación. El proceso es similar a los ciclos convencionales.

• Ciclo supercrítico: no existe condensación. Se produce el enfriamiento de un fluido

supercrítico sin cambio de estado. El intercambiador se denomina gas-cooler.

El c

iclo

Su

per

crít

ico

2Disipación de Calor

Criterio de diseño

• A la hora de diseñar el gas-cooler / condensador hay que considerar que se desea tener la

máxima eficiencia de intercambio de calor, ya que la salida del intercambiador afecta

directamente la entrada del evaporador.

• En ciclos subcríticos conseguir reducir el

approach puede suponer superficies de

intercambio elevadas.

• En ciclos transcríticos las elevadas

propiedades de intercambio permiten

conseguir altas eficiencias con superficies

de intercambio reducidas.

• Si una instalación se diseña para trabajar en ciclo supercrítico, debe contemplarse la

posibilidad de que pueda trabajar en condiciones subcríticas ¡¡IMPORTANTE!!

El c

iclo

Su

per

crít

ico


Paso de supercrítico a subcrítico

• Cuando las condiciones lo permiten (Temperatura), es posible trabajar en régimen

subcrítico (T < Tcrit). Si el intercambiador (gas-cooler) está dimensionado para poder trabajar

correctamente como condensador (dispone de mayor superficie de intercambio), se puede

conseguir un aumento de COP trabajando en régimen subcrítico.

2El

cic

lo S

up

ercr

ític

o

La gráfica muestra variaciones porcentuales de Potencia frigorífica y COP, con respecto a valores en

régimen subcrítico.


Paso de supercrítico a subcrítico

• Si el intercambiador no está diseñado para poder trabajar en subcrítico, es decir, no tiene

suficiente superficie de intercambio para poder condensar el fluido, dependerá de las

condiciones de diseño de la instalación la posibilidad de trabajar en unas condiciones u otras,

ya que la diferencia entre ambos ciclos puede ser elevada.

2El

cic

lo S

up

ercr

ític

o

Valores experimentales para una instalación diseñada para trabajar en régimen supercrítico.

2


Ejemplos intercambiadores de disipación

El c

iclo

Su

per

crít

ico

2Sistemas de expansión

• En ciclos subcríticos la etapa de expansión alimenta al evaporador con el caudal de

refrigerante necesario para que en éste exista un equilibrio entre la potencia térmica

demandada por el fluido secundario y la absorbida por el refrigerante.

• En ciclos transcríticos aparte de la función anterior, el sistema de expansión controla la

presión en el gas-cooler, ya que la presión en esta región depende fundamentalmente de la

cantidad de masa acumulada.

• Tipos de sistemas de expansión:

Válvula presostática (back-pressure) permite controlar la presión agua arriba de la

válvula. Ideal para controlar la presión óptima.

Válvula termostática permite controlar diferencias de temperatura e indirectamente

presión. Se emplea en el control de alimentación del evaporador.

Capilares no permiten regulación adaptativa de presión y/o temperatura

Válvula calibrada idem anterior

El c

iclo

Su

per

crít

ico

2

Sistemas de expansión

Expansión única: Presostática (Back-Pressure)

• La función de la back-pressure es controlar la presión antes de la válvula, es decir, su

funcionamiento no depende de la necesidad que tenga el evaporador. Por tanto no permite

controlar el recalentamiento útil en éste. Para evitar presencia de líquido en el compresor se

coloca en el circuito un depósito antilíquido.

• Pueden ser de regulación manual o automática. Permite controlar la Popt.

El c

iclo

Su

per

crít

ico


Expansión única: Presostática (Back-Pressure)

Válvula de regulación manual Válvula de regulación electrónica

• La expansión de tipo presostática está más orientada a ciclos de CO2 en régimen

supercrítico y está ligada a la masa de refrigerante que hay en la instalación.

El c

iclo

Su

per

crít

ico

2


Expansión única: Termostática

• La expansión termostática se puede emplear en ambos ciclos: subcrítico y transcrítico

• Su misión es compensar la carga térmica que recibe el evaporador con un cierto margen de

error (recalentamiento útil) dejando entrar más o menos masa en el evaporador.

• No permite controlar la presión de gas-cooler, y su correcto funcionamiento está ligado a

las condiciones de entrada depósito de acumulación en ciclos subcríticos.

El c

iclo

Su

per

crít

ico


Expansión única: Termostática

• En ciclos supercrítico el depósito carece de sentido, ya que no asegura que la entrada de la

válvula de expansión se de en condiciones de líquido saturado, puesto que se trabaja con un

fluido supercrítico.

• En ciclos subcríticos el funcionamiento es como una válvula de expansión convencional.

Válvula termostática de accionamiento mecánicoVálvula termostática

electrónica

El c

iclo

Su

per

crít

ico

2


Expansión única: Capilar

• La expansión por capilar se emplea en aplicaciones de baja potencia por su simplicidad,

fiabilidad y bajo coste. Además permite equilibrar presiones en las paradas, lo que reduce el

par de arranque de los compresores.

• En ciclos subcríticos, el fluido que circula por el capilar atraviesa hasta dos regiones (líquida

y bifásica). En fluidos supercríticos el número de regiones de paso es mayor (supercrítica,

líquida y bifásica).

El c

iclo

Su

per

crít

ico



• Para el caso concreto del CO2, los diámetros de capilar suelen ser reducidos (0,6 – 0,4 mm),

lo que significa que aumenta el riesgo de obturación del capilar por suciedad, virutas o

carbonilla generada durante la soldadura asegurar la máxima limpieza del circuito o

colocación de un filtro deshidratador para retener suciedad.

• Durante las paradas, el refrigerante en estado líquido migra hacia el evaporador, por lo

que puede producirse el golpe de líquido en el compresor cuando éste arranca. Por ello la

carga de refrigerante cuando se habla de capilares es crítica.

• El tupo capilar no es capaz por si mismo de regular el caudal de refrigerante que lo

atraviesa, es decir, no es capaz de responder a las variaciones en las condiciones de operación

de la instalación. Por ello, es la propia instalación la que se autorregula variando las

presiones de trabajo.

• En supercrítico, solo se puede alcanzar la presión óptima en las condiciones de diseño.

El c

iclo

Su

per

crít

ico

2



• El caudal másico que puede circular por el tubo capilar adiabático está en función de los

siguientes parámetros: longitud, diámetro, presiones de entrada y salida, y temperatura del

refrigerante a la entrada del tubo capilar.

• La correlación planteada por Diogo L. da Silva et al. basada en 66 medidas empíricas para

un tubo capilar adiabático, permite calcular la longitud en base a las condiciones de trabajo

con un error inferior al±10%

(entre 4,5 y 24)Pe = presión de entrada al capilar (MPa) (entre 8 y 11,5)Ps presión de salida del capilar (MPa) (entre 1,31 y 3,35)Te = temperatura de entrada (ºC) (entre 28,1 y 45,6)L = longitud del capilar (m) (entre 2 y 4)D = diámetro (mm) (entre 0,55 y 0,83)

El c

iclo

Su

per

crít

ico



Ciclo frigorífico con agua como fluido secundario

Ciclo frigorífico de pequeña potencia (aire)

El c

iclo

Su

per

crít

ico

Expansión múltiple: válvula presostática + válvula termostática

• Los sistema de expansión múltiple permiten beneficiarse de las ventajas de cada sistema

por separado. Se emplean sobretodo en ciclos supercríticos.

• Primera etapa: presostática controla la presión de gas-cooler.

• Segunda etapa: termostática controla el funcionamiento en el evaporador.

• Para asegurar el correcto funcionamiento de ambos sistemas, es necesario un depósito de

acumulación intermedio.

2


El c

iclo

Su

per

crít

ico

• Los compresores de CO2 se caracterizan por ser más robustos que los compresores de

refrigerantes convencionales, ya que en condiciones de parada tienen que aguantar

presiones superiores a 50 bar.

• Tal y como se ha comentado antes, los compresores de CO2 tienen una cilindrada reducida

debido a la elevada producción frigorífica volumétrica.

2Compresión

R600a

R134a

R404A

R744

• Potencia frigorífica: 5 kW

• Temperatura condensación: 45 ºC

• Temperatura evaporación: -25 ºC

• Recalentamiento útil: 5 ºC

• Grado de subenfriamiento: 5 ºC

• Velocidad Giro: 1450 rpm

• Número de pistones: 4

• Carrera: 45 mm

El c

iclo

Su

per

crít

ico

Características generales

Compresor herméticos (simple etapa)

• Compresor Hermético

• Desplazamiento: 0,7 cm3/rev (equivalente en R134a: 3,54 cm3)


• Potencia consumida: 150 WEspesor de pared: 8 mm acero2

Compresión

El c

iclo

Su

per

crít

ico

Compresor semihermético (simple etapa)

• Compresor Semihermético

• Desplazamiento: 6,4 cm3/rev (por pistón)


• Potencia consumida: 1500 W

2Compresión

El c

iclo

Su

per

crít

ico

Compresor semihermético (doble etapa)

• Compresor Semihermético

• Desplazamiento: 34 cm3/rev (baja) / 14,5 cm3/rev (baja)

• Potencia frigorífica: 11 kW (-30ºC)

• Potencia consumida: 15 kW

2

Compresión

El c

iclo

Su

per

crít

ico

2Compresión

Ciclos Transcríticos CO2

Compresores

Resistentes Materiales compatibles Sin fugas Eficientes (ηV, ηI)

Abiertos

Herméticos

Semiherméticos

Automoción

Residencial, Doméstico

Industrial

Tipos de Compresores

El c

iclo

Su

per

crít

ico

Ejemplos de compresores comerciales

Compresión

2El

cic

lo S

up

ercr

ític

o

2Compresión

Recalentamiento en el devanado eléctrico

• Todos los compresores herméticos / semiherméticos introducen un recalentamiento adicional

en el refrigerante antes de ser comprimido. Este recalentamiento extra no es despreciable y

es la consecuencia de refrigerar el devanado del motor eléctrico.

El c

iclo

Su

per

crít

ico

2

Compresión


• Si se compara el CO2 con el resto de refrigerantes, se observa que en térmicos de trabajo

específico de compresión, el CO2 es muy sensible a los recalentamientos.

ElecMecISO

sC ηηη

wmP

Asp

s

ElecMecISO

GVC v

w

ηηη

VηP

El c

iclo

Su

per

crít

ico

2Compresión


• Efecto sobre el COP y la potencia frigorífica (mismo efecto sobre el caudal másico).

El c

iclo

Su

per

crít

ico

La gráfica muestra variaciones porcentuales con respecto a condiciones de recalentamiento nulo.

2

Compresión


• Cabe destacar, que todo aumento de temperatura en aspiración, implica necesariamente

un aumento de temperatura de descarga.

El c

iclo

Su

per

crít

ico

ÍNDICE




Otros Componentes4


Objetivo

• En términos de COP las instalaciones de CO2 en régimen supercrítico tienen un valor inferior

a las instalaciones que usan refrigerantes convencionales.

• Para incrementar este valor se utilizan configuraciones especiales en las que se busca

aumentar el salto entálpico en el evaporador y/o reducir el trabajo específico de compresión.

• Adicionalmente, las configuraciones especiales mejoran las condiciones de operación de la

instalación, facilitando la regulación, reduciendo la presión en los componentes… etc.

• Algunas configuraciones especiales:

- Uso del Intercambiador Interno (IHX)

- Extracción de vapor

- Mechanical Subcooling- Uso de eyectores

Con

figu

raci

ones

Ad

icio

nale

s3

Configuración y uso

• La finalidad del IHX en las instalaciones de CO2 en régimen supercrítico, es mejorar

fundamentalmente el COP de éstas, actuando a su vez, como elemento de seguridad.

• A priori es difícil predecir si existirá o no mejora en el COP o en la potencia frigorífica.

• Por lo general el IHX siempre se coloca a la salida de gas-cooler y salida del evaporador.

Con

figu

raci

ones

Ad

icio

nale

s3

Intercambiador Interno (IHX)

Otras configuraciones

• También se puede plantear la colocación a la salida del depósito de acumulación si se usa

un sistema de expansión múltiple escalonado, aunque su efecto sobre COP y Potencia

frigorífica, es menor. Otra opción es la colocación de dos intercambiadores internos, uno a la

salida de gas-cooler y otro a la salida del depósito de acumulación.

Con

figu

raci

ones

Ad

icio

nale

s3


Efectos sobre la potencia frigorífica y COP

• El impacto del IHX depende la configuración del ciclo, las condiciones de funcionamiento y

la longitud/diseño de éste.

• Para una configuración de IHX a la salida e gas-cooler se tiene:

PGC,o (bar)

TGC,o = 31.0 ºC

P(T

PS: 31 ºC) = 73.8 bar

ΔQ

O(%

).

TO = ‐5.0 ºCTO = ‐10.0 ºCTO = ‐15.0 ºC

76 80 84 88 92 96 100 104

‐16

‐12

‐8

‐4

0

4

8

12

16

PGC,o (bar)

ΔCOP (%)

P(T

PS: 31 ºC) = 73.8 bar

TGC,o = 31.0 ºC

TO = ‐5.0 ºCTO = ‐10.0 ºCTO = ‐15.0 ºC

76 80 84 88 92 96 100 104

‐16

‐12

‐8

‐4

0

4

8

12

16

Con

figu

raci

ones

Ad

icio

nale

s3

La gráfica muestra variaciones porcentuales con respecto a condiciones sin IHX.



• En régimen supercrítico, los cambios bruscos de propiedades termofísicas en las

proximidades de la región crítica (zona transcrítica), hacen que el intercambiador interno

introduzca un recalentamiento elevado

Con

figu

raci

ones

Ad

icio

nale

s3

Efectos sobre la temperatura de descarga

Efectos sobre la temperatura de descarga

• La temperatura de descarga en los ciclos de CO2 es de por sí elevada. El uso del IHX puede

aumentar la temperatura de descarga hasta 20ºC

Con

figu

raci

ones

Ad

icio

nale

s3



• La extracción de vapor solo se emplea cuando se dispone de una configuración con un

sistema de expansión múltiple escalonado con depósito de acumulación intermedio.

Con

figu

raci

ones

Ad

icio

nale

s3

Extracción de Vapor


Con

figu

raci

ones

Ad

icio

nale

s3

Extracción de Vapor

• La extracción de vapor saturado del depósito permite:

- Reducir la presión de trabajo del depósito y componentes asociados reduce costes

- Aumentar el salto entálpico en evaporador

- La inyección posterior, permite “enfriar” otros puntos del circuito compresor,

aspiración, inyección

• Por el contrario, la extracción y posterior inyección de vapor:

- Reduce el caudal de refrigerante que circula por el evaporador puede reducir la

potencia frigorífica.

- Hace más compleja la instalación se introduce una válvula de expansión

adicional que tiene que ser controlada.


• La configuración de Mechanical subcooling consiste en enfriar el refrigerante después de

salir del intercambiador de enfriamiento, mediante otro ciclo frigorífico.

• Se trata de una idea heredada de los ciclos de compresión de vapor convencionales

empleados en refrigeración comercial que permite mejorar sustancialmente el COP del ciclo.

Con

figu

raci

ones

Ad

icio

nale

s3

Mechanical Subcooling

1

234

7 refm

5

6

8

Subcooler

8

910

11

subm


• El uso de un ciclo de compresión de vapor adicional, precisa analizar qué refrigerante es

más adecuado para mejorar la eficiencia del conjunto y evitar restricciones legales.

Con

figu

raci

ones

Ad

icio

nale

s3

Mechanical Subcooling

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

20 25 30 35 40

ΔC

OP

(%)

R290 R1270

R1234yf R161

R152a R134a

R290 R1270

R1234yf R161

R152a R134a

To = -5 ºCSingle stage

Environment temperature (ºC)

ÍNDICE




Otros Componentes4


Compatibilidad con materiales

• El CO2 es un gas inerte y es compatible con todos los metales: cobre, acero, acero inox….

• La compatibilidad con elastómeros es

más restringida (Air Liquide, Encyclopaedia 2011)

Otr

os C

omp

onen

tes

4

Tuberías

• Resistentes a presiones elevadas (> 100 bar) y temperaturas > 140 ºC

• RD 138/2011 (ITC4): “Debido a los problemas de corrosiones y considerando que las tuberías

necesarias en las instalaciones de CO2 son relativamente de pequeño diámetro será preferible

el uso de tuberías de cobre o acero inoxidable, salvo que se adopten medidas que eviten dichas

corrosiones […] El espesor mínimo en el caso del cobre será de 0.7 mm”

• Dependiendo el diámetro o el nivel de seguridad es posible emplear:

- Cobre frigorista

- Acero inoxidable

- Acero forjado estirado (sin soldadura interior)

Materiales

Otr

os C

omp

onen

tes

4

Tuberías

• Por tradición y facilidad, son las más empleadas

• Según norma UNE EN 12735-1: 2001 (Parte 1: Tubos para canalizaciones)

- Cobre desoxidado con bajo contenido en fósforo (P) (0.015% < P < 0.04%)

- Cu + Ag tiene que tener una pureza mínima del 99,9 %

- Suministro en barras (rígido) o rollos (recocido)

Tubería de cobre

• La norma define dos tipos de tuberías:

- Tuberías para canalizaciones: UNE EN 12735-1: 2001

- Tuberías para equipos: UNE EN 12735-2: 2001

• En ambos casos los diámetros comerciales diponibles son:

- Sistema imperial (inch): 1/8, 3/16, ¼, 5/16, 3/8, ½, 5/8, ¾, 7/8, 1, 1 1/8, 1 3/8, 1 5/8…

- Sistema métrico (mm): 6, 8, 10, 12, 15, 18, 22, 28, 35, 42…

- Espesores: 0,8 – 1,5 mm en canalizaciones; 0,28 – 1,5 mm en componentes

Otr

os C

omp

onen

tes

4

Tuberías

Tubería de cobre: Valores máximos de presión (Norma ASME B31.5-2001)

• Tomando una tubería de cobre para “uso general” ASTM B88

• La norma ASME no aplica coeficiente de seguridad. Las presiones mostradas tienen un

coeficiente de seguridad de aproximadamente 2,5

• La presión máxima mostrada asegura que el tubo no se deforme.

Otr

os C

omp

onen

tes

4

Tuberías

Tubería de cobre: Ejemplos

Tubería de 5/8’’ sometida a una presión de 150 bar

Otr

os C

omp

onen

tes

4

Tuberías

• Cold Finished Seamless Steel (CFS)

• Pueden llevar o no galvanizado para proteger de la corrosión

• Soportan presiones mucho mayores que en el caso del cobre

Tubería de acero forjado estirado sin soldadura

Otr

os C

omp

onen

tes

4

Tuberías

• Aceros con elevada dureza. Contienen Cr y Ni

• Los más comunes AISI 304 / 316 (ASTM A269/A213)

• Soportan presiones mucho mayores que en el caso del cobre

• Factores de corrección para diferentes temperaturas (260ºC x 0.85 (316))

Tubería de acero inoxidable

Otr

os C

omp

onen

tes

4

Tuberías

• La pérdida de carga máxima en evaporación, no debe de introducir una variación

máxima de 1 ºC con respecto la temperatura de saturación.

• [-10÷ -5] ºC pérdida de carga máxima entre 0.75 y 0.83 bar

• Para líneas de alta presión, se recomienda 1 bar.

• La velocidad del refrigerante debe asegurar el retorno del aceite a través de la instalación.

- Líneas de alta presión: 5 ÷ 6 m/s

- Líneas de baja presión: 5 ÷ 8 m/s

Velocidades y caídas de presión

• EJEMPLO:

mref = 0.08 kg/s

Tevap = 0ºC

Pgas-cooler = 75 bar:

Otr

os C

omp

onen

tes

4

Uniones

• Uniones soldadas con soldadura fuerte oxciacetilénica (Tfusión > 450ºC)

• Recomendaciones:

- Cu – Cu varilla con Ag 18% Autodecapada

- Cu – Latón varilla con Ag 22% + decapante

- Acero – Acero con/sin aporte de varilla de acero

- Acero – Cu varilla con Ag 22% + decapante / varilla de Latón + decapante

• Uniones roscadas mediante abocardado o roscas BSPT / BSPP / NPT + teflón / junta PTFE

• Uniones mediante latiguillos o flexibles (similares a los sistemas olehidráulicos)

Otr

os C

omp

onen

tes

4

Aceites lubricantes

Aceites compatibles

• El CO2 presenta una gran miscibilidad con los lubricantes de tipo POE frente a los HCF’s.

Por ello las viscosidades de los aceites POE deben de ser mayores: ISO 85, 100, 120

• La miscibilidad con PAG es menor, y muy parecida a la miscibilidad de los HFC’s.

Otr

os C

omp

onen

tes

4

Aceites lubricantes

POE y PAG

• El POE y el PAG son los más empleados por los fabricantes:

- POE: Bock, Bitzer…

- PAG: Dorin, Frascold…

Otr

os C

omp

onen

tes

4

Aceites lubricantes

CO2 vs HFC’s

• Con aceites de tipo POE, el CO2 presenta una miscibilidad importante frente a los HFC’s

• Por ello las viscosidades del POE en CO2 son tan elevadas: 55, 85, 130, 170 cSt

• En el caso de los PAG la miscibilidad es menor; hay autores que afirman que el PAG de los

HFC’s es válido para el CO2.

Otr

os C

omp

onen

tes

4

Aceites lubricantes

Inversión de fase

• Debido a la baja temperatura crítica, el CO2 presenta un importante cambio de

densidades en condiciones de saturación al variar la presión.

• Este fenómeno puede dar pie a fenómenos de “inversión de fase” aceite puede ser más o

menos denso que el CO2 según qué regiones.

Otr

os C

omp

onen

tes

4

Problemas en el uso (POE)

• La alta miscibilidad del POE en CO2 es un problema en los arranques.

• Necesario arranques progresivos o uso de resistencias de cárter para evitar espumadas.

• En configuraciones donde la masa es crítica, la presencia de aceite modifica

considerablemente esta cantidad de masa.

Aceites lubricantes

Otr

os C

omp

onen

tes

4

• Deben de tener un PN elevado para garantizar la estanqueidad.

• Materiales compatibles para las juntas de estanqueidad evitar elastómeros.

• Los modelos de válvula convencional válidos para R410A, se pueden emplear en la zona de

baja presión (hasta 60 bar).

Válvulas de seccionamientoO

tros

Com

pon

ente

s4

• La presión de diseño y su uso depende de la configuración adoptada.

- Depósito intermedio como regulador de la masa de refrigerante. Alta presión

- Depósito antilíquido como elemento protector. Baja presión

Depósitos de acumulación

Configuraciones posibles

Otr

os C

omp

onen

tes

4


Dimensionado

- Volumen conocido instalación

- Volumen depósito cualquiera

- Condiciones de funcionamiento

- Densidad en cada punto

- Masa en cada elemento

- Masa total

Otr

os C

omp

onen

tes

4


Dimensionado

• Si toda la masa de la instalación se almacena en el depósito con un volumen de diseño

constante, la densidad del conjunto será constante línea de volumen específico constante

• Ante una variación de temperatura, se puede determinar cuanto vale la variación de

presión en el depósito comprobar que no se excede del máximo tarado.

Otr

os C

omp

onen

tes

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Filtros

• El husillo debe de ser capaz de soportar condiciones de presión y temperatura elevados

• Separadores de aceite núcleo de fibra coalescente / separación por cambio de dirección

• Deshidratadores núcleo de silica-gel

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ÍNDICE




Otros Componentes4


Vaciado y Carga

• Al ser muy miscible con el aceite lubricante, el vaciado de la instalación se debe de procurar

hacer desde baja presión para poder extraer la mayor cantidad de CO2 posible.

• RD 138/2011 (ITC4): “Antes de cargar el CO2 en las instalaciones se hará un vacío hasta una

presión de 675 Pa o inferior y se mantendrá al menos durante 6 horas sin que se aprecie

aumentos de presión por entrada de aire o evaporación de residuos de agua. El objetivo será

conseguir que los circuitos sean estancos y estén secos antes de cargar el CO2.”

• Vaciado con bomba durante al menos 45 minutos.

• Recuperación en botellas capaces de soportar altas presiones 60 – 70 bar.

• Dependiendo la cantidad de la carga, puede no ser necesaria la recuperación.

• Existen botellas de carga con sifón para carga desde líquido.

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Puesta en marcha

• Dada la elevada miscibilidad del CO2 con el POE, los arranques hay que procurar hacerlos

a bajas revoluciones para evitar que se produzca una gran espumada en el arranque.

• Una posible solución es colocar resistencia en el cárter para evitar estos problemas.

• Algunos compresores disponen de conexiones para poder colocar un sistema de

enfriamiento extra para el aceite.

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Parado

• Si es posible, parada progresiva + reducción de presión en la instalación.

• Si existe la posibilidad, recogida del refrigerante en el depósito intermedio.

• Evitar la exposición de la instalación o depósitos a zonas de alta radiación/temperatura.

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Ciclo supercrítico

Primer prototipo de instalación en ciclo supercrítico

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Ciclo supercrítico

Compresor semihermético 4 kWCilindrada: 40 cm3

Caudal trasegado: 3.5 m3/h

Ciclo supercrítico

Intercambiadores ConcétricosGas-Cooler: 25 kWEvaporador: 15 kW

Ciclo supercrítico

Ciclo supercrítico

Ciclo supercrítico

Ciclo supercrítico

Bancada para ensayo de compresores de baja potencia

• Permite ensayar compresores de pequeña potencia con diferentes configuraciones.

• Permite disipar potencias de hasta 10 kW y aporte de calor hasta 5 kW

• Totalmente monitorizada

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Ciclo supercrítico

Prototipos de botelleros comerciales

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Ciclo supercrítico

Prototipo para recuperación de calor

• Equipada con compresor semihermético de simple y doble etapa

• Permite conseguir temperaturas por debajo de -30ºC con potencias de hasta 9 kW o

potencias de hasta 20 kW con temperaturas de evaporación de 0ºC

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Ciclo subcrítico

Prototipo en cascada R134a / CO2

• Permite alcanzar temperaturas de hasta -45ºC

• Potencias de hasta 5 kW

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GRACIAS POR SU ATENCIÓN

CO2 como refrigerante: Propiedades y Uso

CO como refrigerante: Propiedades y Uso - … · CO 2 como refrigerante 1 Según Reglamento UE nº...

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