A partir de 1974, debido a las investigaciones de Mario Molina y Sherwood Rowland, el mundo de la refrigeración industrial quedó afectado significativamente. Estos investigadores de la Universidad de California (Irvine, EEUU) comprobaron los efectos dañinos que causan los clorofluorocarbonos (CFC) a la capa de ozono. Finalmente, en 1987, prácticamente el mundo entero formalizó el Protocolo de Montreal, para sustituir paulatinamente los refrigerantes fluorados (CFC) por otras sustancias menos dañinas. En consecuencia, el dióxido de carbono, clasificado en la normativa ASHRAE como refrigerante R-744, pasó a constituir una alternativa natural a los gases CFC.

Después del Protocolo de Montreal, se han ido sumando restricciones cada vez más estrictas, las cuales han provocado un renovado interés por los refrigerantes naturales. Estos refrigerantes naturales habían quedado relegados por muchas décadas, debido a que los refrigerantes fluorados ofrecían mejores ventajas técnicas.

¿Qué es el refrigerante R-744 o dióxido de carbono?

En 1754, Joseph Black descubrió experimentalmente el dióxido de carbono, al cual llamó “aire fijo”. Además, este científico escocés hizo un aporte importante a la termodinámica, desarrollando los conceptos de calor latente y calor específico. No obstante, fue Antoine Lavoisier, padre de la química moderna, quien pudo clasificar por primera vez las sustancias en elementos químicos puros y en compuestos. De esta manera, Lavoisier, tomando los experimentos de Joseph Priestley y Henry Cavendish, terminó por explicar correctamente el proceso de la combustión. En consecuencia, se descubren elementos químicos como el oxígeno, carbono e hidrogeno, así como compuestos como el dióxido de carbono.

A la temperatura y presión ambiental, el refrigerante R-744 es un gas incoloro e inodoro, más pesado que el aire. La fórmula química de este refrigerante es CO2, siendo una sustancia no reactiva y muy estable. Es decir, la molécula de esta sustancia está compuesta de dos átomos de oxígeno que van enlazados a un átomo de carbono. El CO2 no reacciona con metales ni con plásticos, y no se descompone cuando se somete a alta presión y temperatura.

Evolución del refrigerante R-744 en la refrigeración industrial

En 1835, el científico francés Adrien Thilorier había logrado producir “hielo seco” por primera vez. Esto se generó accidentalmente luego de arrojar dióxido de carbono líquido, dentro de un recipiente vacío. El dióxido de carbono líquido se había obtenido previamente gracias a la reacción química entre bicarbonato de sodio, agua y ácido sulfúrico concentrado. A partir de ese momento, se comenzaron a observar las potentes propiedades frigoríficas del dióxido de carbono. El “hielo seco” no es otra cosa que dióxido de carbono solidificado, a presión ambiental , el cual alcanza una temperatura de -78,5 °C.

Aunque hay una patente británica registrada en 1850, el primer sistema de refrigeración con CO2 lo construyó Carl Von Linde, en 1881. Este era un sistema que funcionaba por compresión y expansión de CO2. Posteriormente, esta tecnología se expandió progresivamente, año tras año, hasta mediados de 1920. Luego, el uso de sistemas con CO2 o con amoniaco entró en declive, debido a la aparición de los refrigerantes sintéticos CFC.

Para el año 1960, los sistemas de refrigeración con refrigerante R-744 habían desaparecido casi por completo. Sin embargo, a partir de 1993, se retoma el interés por los sistemas de refrigeración con CO2, en todo el mundo. Este reimpulso se apoyó en las investigaciones del científico noruego Gustav Lorentzen. En este sentido, Lorentzen perfeccionó un método más sencillo y eficiente para trabajar con CO2, dentro de un ciclo termodinámico transcrítico.

Beneficios ecológicos de los sistemas de refrigeración con CO2

El refrigerante R-744 tiene un Potencial de Agotamiento del Ozono igual a cero (PAO=0). Es decir, no afecta absolutamente a la capa de ozono. Por otra parte, el Potencial de Calentamiento Atmosférico es igual a uno (PCA=1), el cual es el valor referencial para los demás refrigerantes.

Para tener una idea de lo mencionado anteriormente, basta con mostrar los indicadores de otros refrigerantes. Por ejemplo, los refrigerantes fluorados usados actualmente tienen un PCA que puede estar entre 400 y 1500. Sin embargo, un refrigerante natural como el propano tiene un PCA igual a 3, mientras que el amoniaco tiene un PCA igual a 0.

Propiedades termodinámicas del CO2

El refrigerante R-744 es un gas que trabaja a presiones mucho más altas que cualquiera de los refrigerantes fluorados, amoniaco, propano, etc. Por otra parte, el dióxido de carbono tiene una alta densidad, casi el doble a la del aire a presión atmosférica. En consecuencia, la entalpía de evaporación es aproximadamente 5 veces mayor a la de cualquier otro refrigerante. De esta manera, una masa determinada de CO2, circulando por un sistema de refrigeración, tiene un efecto frigorífico mayor al de otros refrigerantes.

En el Diagrama de Mollier del CO2 se observa que este refrigerante tiene un punto crítico a una presión de 73,77 bar y a una temperatura de 30,98 °C. Pasado este punto crítico, el refrigerante R-744 ya no puede condensarse. En consecuencia, esto crea dos zonas de operación bien definidas: operación subcrítica (por debajo de dicho punto) y operación transcrítica (por encima de dicho punto). Esta característica ocasiona que la refrigeración industrial, en regiones con climas iguales o menores a 25 °C, se realice en régimen subcrítico. Sin embargo, en regiones más calientes, los sistemas de refrigeración con CO2 trabajan en régimen transcrítico.

También es importante destacar que el CO2 posee un punto triple a una presión de 5,18 bar y a una temperatura de -58,58 °C. Este punto nos indica que si expandimos CO2 líquido a una presión menor a 5,18 bar, el CO2 pasará a estado sólido y obstruirá el sistema.

Intersam, empresa líder en gas coolers y evaporadores de CO2

En los sistemas con refrigerante R-744, así como con cualquier otro refrigerante, es imprescindible contar con intercambiadores de calor de alta eficiencia. En este sentido, en Intersam, empresa líder el gas coolers y evaporadores de CO2, le ofrecemos equipos con altos coeficientes de transferencia de calor fabricados bajo las más estrictas normativas de seguridad y calidad, para trabajar con CO2, amoniaco, HFC, propano, etc. Ante cualquier duda o inconveniente puede contactarnos, y le atenderemos gustosamente.

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