CO2 como refrigerante en aplicaciones domésticas Depósito de acumulación Unidad compacta de CO2 Nomenclatura del CO2 - Según Nomenclatura estandard de la industria (ASHRAE). R- Refrigerante 7- Refrigerantes naturales 44 - Su peso molecular C=12 u.m.a. O= 16 u.m.a. Peso molecular= 12x1+16x2 R-744
Refrigerantes Naturales - Amoniaco (R-717) Excelente rendimiento energético Crecientes exigencias de seguridad Es tóxico e inflamable Tendencia a confinarse en salas de máquinas - HC Hidrocarburos Isobutano, Propano y propileno Dificultades de uso por su inflamabilidad. Restricciones por demandas de seguridad. - Agua. -Aire. Instalaciones de absorción. T>5ºC Ciclo del aire frío. Aviones. - CO2 (R-744) Es utilizado desde 1875. Cayó en desuso desde la aparición de los freones, que utilizan menor presión de trabajo. Principales características del R-744 -Es natural. Se respira, se bebe,. No es irritante. No causa alarma. Inodoro -ODP = 0 -GWP = 1 Se clasifica como refrigerante A1: - No es tóxico Aunque al ser mucho más denso que el aire, en concentraciones altas puede ser peligroso - No es inflamable Ni combustible. Se utiliza en extinción de incendios
Toxicidad R-744 Aunque al ser mucho más denso que el aire, en concentraciones altas puede ser peligroso % 0.04 2 3 5 10-18 18-20 Concentración tipo en el aire atmosférico Se incrementa el ritmo respiratorio 50% Exposiciones de 10 min. Incrementan el ritmo respiratorio 100% Incremento del ritmo respiratorio 300%. Sudores, dolores de cabeza. En exposición corta, ataques epilépticos, pérdida de conciencia, y shock (recuperable con aire fresco) Síntomas similares a trombosis Efectos ODP, GWP, TEWI -ODP: Ozone depletion potential ( Potencial de destrucción de la capa de ozono) Capacidad relativa que tiene un compuesto de destruir la capa de ozono, fijado en 1 para el R-11 -GWP: Global warming potential (Potencial de calentamiento global) Parámetro definido para evaluar el potencial de calentamiento global tomando como referencia el del CO2 = 1 para un horizonte temporal de 100 años. -TEWI: Total equivalent warming impact (Impacto total equivalente) Tiene en cuenta el calentamiento directo y el indirecto producido por el consumo energético de la instalación. TEWI = GWP M liberada + F E anual t años Efecto directo Efecto indirecto
ODP, GWP Principales Refrigerantes Situación Refrigerantes Fluorados - CFC (clorofluorocarburos) R-12, R-11 Prohibidos desde el año 2000. Instalaciones en funcionamiento no se pueden recargar. - HCFC (hidroclorofluorocarburos) R-21, R-22 Han permitido la retirada progresiva de los CFC. En extinción. Nuevas instalaciones: Prohibidos desde 2001 Existentes: Recarga posible hasta fin de 2009 con HCFC puro y hasta fin 2014 con mezclas. Prohibido su uso a partir de 2015. - HFC (hidrofluorcarburos) R-134a, R 407C, R417A, R404A. No tienen efecto nocivo sobre la capa de ozono, pero contribuyen de forma mucho más acusada al efecto invernadero. Citados en protocolo de Kyoto como sustancias cuyo uso debe restringirse.
Normativa CE 842/2006 - Entrada en vigor en 2007 Medidas para evitar y reducir al mínimo las emisiones de gases fluorados de efecto invernadero. Control de las cantidades comercializadas por distribuidores, fabricantes, importadores. Registro de consumo de refrigerante de cada instalación. Medidas para garantizar confinamiento: Inspección para detectar fugas: Mensual si carga mayor de 300 kg Trimestral si carga mayor de 30 kg Anual si carga mayor de 3 kg Certificada por Instalador o Mantenedor Frigorista Registrado. Detectores de fugas o control permanente de carga Origen del CO2 El CO2 se obtiene como producto de desecho en multitud de procesos industriales. - En plantas de amoniaco e hidrógeno. - Combustión - Subproducto de la fermentación - Descomposición térmica del carbonato cálcico - Directamente de pozos de CO2 - Captura - Compresión - Transporte - Almacenamiento
Antecedentes Uso de CO2 - En los años 20 el CO2 era usado como refrigerante mayoritario. - La aparición de los CFCs lo relegó, debido principalmente a las menores presiones de trabajo. - La creciente preocupación medioambiental plantea la busqueda de nuevos refrigerantes. - Se comenzó de nuevo a pensar en su uso a finales de los 80 tras los estudios del profesor Lorentzen en Noruega. (aplicaciones transcríticas). - Calentar agua Aplicaciones Actuales - Instalaciones frigoríficas como fluido secundario - Aire acondicionado en automóviles, autobuses, - Máquinas expendedoras - Supermercados - Especialmente en calentar agua - Eco Cute - 300 000 unidades vendidas en 2006-5 200 000 instaladas en 2010. - 1,2 millones unid/año en 2015
Principales características del R-744 P sat (bar) 80 70 60 50 40 30 20 Psat vs Tsat R-22 R-407C R-410A R-744 10 0-80 -70-60 -50-40 -30-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 T sat (ºC) - Pto Triple = (-56,6 ºC, 5,2 bar) - Pto Crítico = ( 31ºC, 73,6 bar) Principales características del R-744
Aplicaciones Actuales Subcríticas Transcríticas Principales características del R-744 400 Entalpía Evaporación vs Tsat Hv (kj/kg) 350 300 250 200 150 100 50 R-410A R-407C R-744 0-60 -50-40 -30-20 -10 0 10 20 30 40 T sat (ºC) -Elevado calor latente; mayor entalpía por metro cúbico. -Mayor entalpía por metro cúbico; compresores menor cilindrada, menor c refrigerante, menores líneas. -Disminuye cuanto más nos acercamos al punto crítico.
Ventajas sistemas ECO CUTE - Funcionamiento hasta temperaturas exteriores de -20ºC. - COP cercano a 2 para Texteriores -20ºC. - Se obtienen temperaturas más elevadas que con bomba de calor tradicional. - Alta eficiencia mediante el uso de compresores de velocidad variable. - Uso de refrigerante ecológico ODP=0 GWP=1 - Menores efectos directos e indirectos que con sistemas equivalentes. TEWI inferior - Bajo coste de operación al aprovechar la tarifa nocturna. - Ventajas fiscales en países nórdicos Sistema CO2 ECO Rendimiento SHP-C45DEN SHP-C90GDN Capacidad/C.O.P (Text=20ºC) Capacidad/C.O.P (Text=7ºC) 4,5kW / 3.75 4.5 / 3.1 9kW / 3.8 9kW / 3.2 Capacidad/C.O.P (Text=-15ºC) 4.5 / 1.81 9kW / 1.81 Nivel Sonoro (dba) Cantidad R744(kg) 45 0.860 45.5 1.6
Esquema de Principio CO2 ECO -Temperatura agua salida > 75ºC Circuito Frigorífico CO2 ECO -Sistema de 2 etapas -Desescarche por gas caliente
Compresor CO2 de 2- etapas SANYO Comp. Shell Internal Mid. Pre. Structure Motor High Pre. Mid. Pre. Low Pre. 2 nd Comp. 1 st Comp. -Compresor rotativo de 2 etapas -DC Inverter -Alta Eficiencia -Baja vibración y ruido Ciclo Teórico CO2 ECO Pressure (M pa) SplitCycle OutdoorTem p. 20 4.0kW 40 55 Main Cir. Bypass Cir. 14 12 49ºC 125ºC 10 8 6 4 10ºC 2 0-25ºC 400 500 600 700 800 900 Enthalpy(kJ/kg) -Función de demanda, temperatura exterior y temperatura agua
Intercambiador de Calor CO2 ECO -Resistente a las altas presiones y fiable -Alta eficiencia en el intercambio de calor Evaporador CO2 ECO Special Refrigerant flow for avoiding heat exchanger coil from freezing Flujo de aire Espesor tubería: : 0.6mm Gas alta presión Espesor tubería: : 0.9mm Protección anticongelación *Sección transversal del evaporador -Flujo de refrigerante rediseñado -Alta presión en zona inferior del evaporador para evitar congelación.
Rendimiento a Bajas Temperaturas CO2 ECO