El CO2 subcrítico como fluido secundario

En aplicaciones comerciales como la de los supermercados, los sistemas de refrigeración en cascada normalmente utilizan HFC o, en alguna ocasión, HC, como refrigerante primario. Los supermercados han adaptado la tecnología en cascada por razones económicas y de funcionamiento (la carga de refrigerante primario que puede ser un HFC se puede reducir hasta en un 75%). En este circuito el CO2 líquido se bombea a los muebles exhibidores refrigerados de baja temperatura de los supermercados y se controla mediante el uso de una válvula de expansión electrónica. En los muebles exhibidores refrigerados de media temperatura se suministra líquido desde el mismo circuito o desde un sistema de bombeo dedicado. Los sistemas en cascada de los supermercados se diseñan para que puedan funcionar los muebles exhibidores refrigerados a diferentes temperaturas y para poder tener recuperación de calor para producir agua caliente o calefacción. En general, y a pesar de que se utiliza una bomba para transportar el CO2 líquido, el consumo de energía no es significativamente diferente a los sistemas tradicionales de HFC porque las pérdidas en la línea de succión son menores y la eficiencia de la transferencia de calor del evaporador es mayor. Esto puede dar como resultado un incremento de hasta 10°F en la temperatura de evaporación, compensando el consumo de la bomba de alimentación y el diferencial de temperatura en el intercambiador de calor en cascada.

Referencias: ASHRAE HANDBOOK 2014, Capítulo 3. Carbon Dioxide GIZ Semminar 2014, Carbon Dioxide Bitzer Semminar 2012. http://www.honeywell-refrigerants.com/

El circuito subcrítico básico del CO2

Para poder mantener al CO2 por debajo de su temperatura crítica (31°C) el medio de enfriamiento debe de estar por debajo de esta temperatura. El circuito subcrítico básico del CO2 es un sistema en cascada que consiste en dos sistemas de refrigeración independientes que comparten un intercambiador de calor común . En un circuito subcrítico, la parte de alta presión del circuito se sitúa por debajo del punto crítico es decir el CO2 en el lado de alta presión se condensa. Las presiones del lado de alta se sitúan en el orden de los 30 bar (-5ºC). El condensador del refrigerante CO2 de baja temperatura sirve como evaporador del refrigerante de alta temperatura; este intercambiador de calor conecta térmicamente a los dos circuitos de refrigeración. Para poder mantener al CO2 en fase subcrítica el sistema de HFC o HC debe de estar funcionando en todo momento. Si este se llegara a detener no vamos a poder controlar la presión del CO2. El tamaño del sistema influye en el diseño del intercambiador de calor en cascada: en grandes sistemas de refrigeración industrial se puede usar un intercambiador de calor de tubos envolventes, un intercambiador de calor de placas, o un intercambiador de tipo placas y envolvente; mientras que en sistemas comerciales es más común usar intercambiadores de calor en cascada de placas soldadas, coaxial y de doble tubo. En las aplicaciones a baja temperatura, el CO2 líquido a alta presión se expande hasta una presión más baja y se utiliza un compresor para llevar el gas de succión de nuevo a la presión de condensación. El uso de un sistema en cascada permite reducir la carga del refrigerante de alta temperatura. Esto puede resultar importante en sistemas comerciales, para disminuir las pérdidas de refrigerante HFC.