Descripción general
La selección de un refrigerante alternativo requiere evaluar la seguridad, la potencia frigorífica, la eficiencia energética, la compatibilidad de los componentes y el clima local. Un potencial de calentamiento global (PCG) bajo no basta por sí solo para determinar su idoneidad. La prevención de fugas sigue siendo importante con cualquier refrigerante.
Elección de alternativas
- CO₂, R-744: No es inflamable y presenta una toxicidad menor, pero conlleva peligros de asfixia, alta presión y quemaduras por frío.
- Amoníaco, R-717: Ofrece una buena eficiencia, pero su toxicidad, inflamabilidad y las altas temperaturas de descarga influyen en el diseño del sistema.
- Clima: El R-744 tiene una temperatura crítica de aproximadamente 31 °C. Los sistemas refrigerados por aire suelen entrar en funcionamiento transcrítico cuando la temperatura ambiente supera aproximadamente los 21–25 °C. Por tanto, las regiones más cálidas requieren diseños que compensen un mayor número de horas de funcionamiento transcrítico potencialmente menos eficiente.
- Circuitos secundarios: El R-744 bombeado se evapora parcialmente y absorbe calor latente. Puede requerir menos potencia de bombeo que el glicol, pero sigue necesitando un enfriador. Su principal desventaja es la presión: aproximadamente 30 bar de presión manométrica a −3 °C.
Los refrigerantes en el ciclo
La potencia frigorífica determina la refrigeración suministrada. La eficiencia compara la potencia útil con la potencia de entrada. La elevada potencia frigorífica volumétrica del R-744 permite un menor desplazamiento del compresor; no implica una eficiencia proporcionalmente mayor.
Para una demanda teórica de 10 kW con una temperatura de evaporación de −10 °C y una temperatura de condensación de 35 °C, evaluando en cambio el R-744 con una temperatura de salida del enfriador de gas de 35 °C:
- Temperatura de descarga: El R-717 alcanza aproximadamente 152 °C, frente a 114 °C para el R-744, 99,5 °C para el R-32 y 57 °C para el R-404A. Las altas temperaturas de descarga ayudan a explicar el uso de la compresión en dos etapas en los sistemas transcríticos de CO₂ de baja temperatura.
- Desplazamiento: El R-1234ze requiere aproximadamente 35,1 m³/h frente a 14,8 m³/h para el R-404A: unas 2,4 veces más. El R-744 suele necesitar aproximadamente una quinta parte del desplazamiento del R-404A.
- Comparación del COP: El cálculo simple da aproximadamente 1,75 para el R-744 frente a 2,94 para el R-404A. En este caso, el R-744 está por encima de su temperatura crítica. Los sistemas reales optimizan la presión del lado de alta para mejorar el rendimiento.
Durante el funcionamiento transcrítico, el enfriador de gas cede calor sin que se produzca condensación. Mantener intercambiadores de calor de tamaño comparable a los de un sistema con HFC puede reducir las diferencias de temperatura y mejorar la potencia frigorífica y la eficiencia del R-744.
Componentes y presiones
PS significa presión máxima admisible. Seleccione las tuberías y los componentes en función de la PS de cada sección, incluidas las condiciones de parada.
- Uniones: Dé preferencia a las conexiones realizadas mediante soldadura fuerte o soldadura por fusión; evite las uniones mecánicas siempre que sea posible. Pueden ser necesarias tuberías de mayor espesor de pared o de acero.
- Protección contra la sobrepresión: Las directrices de diseño establecen que el presostato de alta presión se ajuste como máximo al 90% de la PS, para permitir la parada antes de que actúe la válvula de alivio de presión.
- Válvulas de alivio de presión: Las descargas repetidas pueden debilitar los muelles y reducir la presión de apertura. Si la válvula no vuelve a cerrar correctamente, puede provocar una fuga continua.
- Intercambiadores de calor en cascada: Las grandes diferencias de temperatura pueden provocar choques térmicos y fugas. Eliminar el sobrecalentamiento del gas de descarga antes de que entre en el intercambiador reduce este riesgo.
Reconversión
Confirme la idoneidad con el fabricante del equipo.
- Rendimiento: Una pequeña reducción de la potencia frigorífica puede ser aceptable en un sistema sobredimensionado; no debe aceptarse una reducción de la eficiencia energética.
- Compatibilidad: Compruebe el lubricante, los componentes, la temperatura de descarga y los valores eléctricos nominales.
- Deslizamiento de temperatura: Las mezclas con un deslizamiento elevado requieren comprobar y ajustar la válvula de expansión; los evaporadores inundados pueden no ser adecuados.
- Presiones más altas: Reevalúe los márgenes respecto a la PS, los ajustes y la capacidad de descarga de las válvulas de alivio de presión, los controles de alta presión y la conformidad con la Directiva de equipos a presión.
- Refrigerantes A2L: Los equipos existentes pueden no ser adecuados para refrigerantes inflamables. Reevalúe las fuentes de ignición, los límites de carga y la idoneidad del equipo.
Diseño para minimizar las fugas
Reduzca al mínimo las uniones, los componentes, las longitudes de tubería y los puntos de acceso. Sitúe los componentes cerca unos de otros y controle las presiones de funcionamiento y de parada.
Cuando sea imprescindible disponer de acceso para la revisión, las directrices recomiendan una válvula de bola con una conexión abocardada, provista de un tapón cuando no se utilice, en lugar de una válvula Schrader.
La detección de seguridad responde a concentraciones peligrosas. La norma EN 378-3 exige que los detectores activen, como mínimo, una alarma cuando la concentración pueda superar el límite práctico. Las alarmas fijas para refrigerantes inflamables deben activarse, como máximo, al alcanzar el 25% del límite inferior de inflamabilidad (LII); en el caso del amoníaco, también debe tenerse en cuenta la toxicidad. Compruebe periódicamente el funcionamiento de los detectores.
Fugas y eficiencia
Las fugas reducen la potencia frigorífica y la fiabilidad, y pueden aumentar el consumo eléctrico por unidad de refrigeración. Por tanto, incluso los refrigerantes con un PCG bajo tienen un impacto climático indirecto debido a la generación de electricidad.
COP de refrigeración = potencia frigorífica ÷ potencia de entrada. Un sistema con la carga completa que suministra 12,9 kW con una potencia de entrada de 8,2 kW tiene un COP ≈ 1,57. Tras una fuga, 9,9 kW con una potencia de entrada de 8,0 kW dan un COP ≈ 1,24.
Consejo para el examen: Una potencia eléctrica de entrada ligeramente menor no demuestra una mejora de la eficiencia. Compare la potencia útil con la potencia de entrada.
La EER también compara la potencia frigorífica con la potencia eléctrica de entrada total en unas condiciones de ensayo especificadas.
