Evaluación termodinámica de una bomba de calor en ciclo de refrigeración transcrítico usando CO2 como refrigerante

Abstract

Actualmente la situación mundial debido a la destrucción la capa de ozono, ha alcanzado niveles sin precedentes, llevando a una crisis climática en todo el planeta y ocasionando tragedias naturales en numerosas comunidades. Una de las causas de esta situación se debe al uso de refrigerantes dañinos al medio ambiente como los CFC’s, HCFC’s y HFC’s; por lo tanto, es necesario crear nuevas alternativas para suplantar estos refrigerantes y una es el uso del CO2, que es un fluido no toxico, no inflamable, y no se estaría produciendo sino que se tomaría del existente en el medio ambiente. En este trabajo de grado se plantea un diseño alternativo desde el punto de vista termodinámico, donde se estudia el rendimiento de este tipo de equipo evaluando el COP a unas condiciones establecidas como acondicionamiento de ambiente, se diseña los intercambiadores de calor que requiere el sistema siendo estos el enfriador de gas y el evaporador usando correlaciones desarrollada por trabajos anteriores para este tipo de fluido, además de la selección del compresor y válvula de expansión diseñadas para aplicaciones con CO2 usando catálogos de empresas, los cuales se encuentran disponibles en internet. Los resultados obtenidos para el sistema con CO2, se comparan con los obtenidos para sistemas que usan distintos refrigerante de uso común en la actualidad en aplicaciones de acondicionamiento de aire, como el R-134a, R-404a y el R-410. Al comparar los resultados obtenidos para el CO2 y el resto de los refrigerantes, se observó el potencial que puede tener este nuevo refrigerante, donde se muestra que los sistemas con CO2 requieren equipos de menor tamaño a los actuales, siendo esto una ventaja para llevar a cabo la sustitución de los refrigerantes convencionales. Por otro lado, se observó que el CO2 es menos eficiente que los refrigerantes actuales en un ciclo de refrigeración simple, pero con modificaciones a los mismos es posible elevar la eficiencia a niveles más aceptables. A pesar de esto, el CO2 posee propiedades termofísicas especiales que brindan mayores beneficios que el resto de los refrigerantes, siendo unas de éstas, que permite menor consumo de energía en los sistemas que trabajan con él, ya que el compresor debe comprimir un volumen menor para una misma cantidad de masa de refrigerante y no es contaminante para el medio ambiente, algo de gran importancia para la actualidad del planeta y población humana.