Sistema de refrigeracion con co2

“El uso del CO2 como refrigerante en centrales frigoríficas”

Jordi Cabello Albert Albert

INDICE:

1. Propiedades termodinámicas del CO2. 1.1- Presiones de trabajo 1.2- Punto crítico 1.3- Línea triple 1.3.1 Fugas en instalaciones 1.3.2 Evacuación en válvula de seguridad 1.4- Seguridad 1.5- Entalpías de evaporación 1.6- Temperatura de descarga 2. Uso del CO2 como refrigerante. 2.1. Diseñosfrigoríficos 2.1.1. Sistemas transcríticos. 2.1.2. Sistemas subcríticos 2.1.2.1. CO2 como fluido secundario 2.1.2.2. Sistemas tipo cascada 2.2. Presión de diseño del sistema. 2.3. Tuberías 2.4. Carga del sistema. 2.5. Mezcla Aceite-CO2. 3. Centrales frigoríficas tipo cascada con CO2. 3.1. Compresores 3.1.1. Gama de compresores Bitzer. Caracteristicas. 3.1.2. Gama de compresores Frascold.Características. 3.2. Intercambiadores 3.2.1. Evaporadores 3.2.2. Condensadores 3.2.3. Intercambiadores de calor. 3.3. Válvulas de expansión 3.4. Recipiente de líquido. 3.5. Sistema de aceite. 3.6. Valvulería. 3.7. Detectores de CO2.

1. Propiedades termodinámicas del CO2. 1.1 Presiones de trabajo La principal característica que condicionará el diseño de una instalación de CO2 son las elevadas presionesa las que opera el circuito. Comparando el CO2 con otros refrigerantes utilizados habitualmente en el campo de la refrigeración comercial e industrial, se observa que la presión de saturación de este está muy por encima del resto en cualquier rango de temperaturas, especialmente en las de condensación.

P sat / Tsat
120 P sat ( bar abs) 100 80 60 40 20 0 -60 -10 40 Tsat ( ºC) 90 140 37,31573,834 CO2 R404A R717 113,53

Fig 1.1 Presión de saturación en función de la temperatura de saturación

¿Porqué los datos que se obtienen están limitados hasta diferentes temperaturas según el refrigerante? Esto es debido a la existencia de puntos que limitan el proceso de “condensación/evaporación”. Por la parte baja las curvas están limitadas por el punto triple, que marca el límite entre elequilibrio líquido/vapor y el equilibrio sólido/vapor. Los procesos de evaporación y condensación se refieren a cambios de estado entre líquido y vapor. Por la parte alta las curvas se ven limitadas por el punto crítico, a partir del que no se puede distinguir entre sólido y líquido. Por este motivo no existe condensación.

Fig. 1.2 Diagrama Log p – entalpia para el CO2

1.2 Punto críticoEstado de presión y temperatura a partir del que no se puede distinguir entre líquido y vapor. Justo en ese punto, las densidades de las 2 fases son iguales. Si se sigue aumentando la presión o la temperatura, el fluido se encontrará en estado supercrítico.

1.3 Línea triple
Franja en la coexisten las 3 fases. Cabe destacar la elevada presión a la que se encuentra ésta línea para el CO2 (5,2 baresabs.), encontrándose en el camino de cualquier expansión que se produzca hasta presión atmosférica ( 1 bar abs.)

Curvas de Log p- h
1000
P ( bar abs)

100

73,834 37,315

113,53

10

CO2 líquido CO2 vapor R404A líquido R404A vapor R717 líquido R717 vapor

1 0 500 1000
h ( kJ/ kg)

1500

2000

Fig. 1.3 Curvas de equilibro líquido-vapor para diferentes refrigerantesComparando las zonas de cambio de fase para los diferentes refrigerantes se observa: 1- Las presión de la línea triple para el CO2 es mucho más elevada que para el R404A o el amoníaco. Para estos últimos, está situada por debajo del vacío relativo (1 bar abs.) 2- La entalpia de evaporación para el amoníaco en general mucho más elevada. Particularidades de la línea triple Cualquier fuga de refrigerante ala atmósfera representa una expansión hasta una presión de 0 bares relativos (1 bar abs). Este hecho provocará la aparición de sólido en el CO2, cosa que no sucederá para el R404A y amoníaco.

1.3.1 Fuga en una tubería
Se ha comprobado que una fuga en una línea de líquido ( representada por una pequeña válvula de bola) se puede auto-sellar debido a la formación de sólido en el proceso de...