Bienvenido al blog oficial de la Sociedad Internacional de Automatización (ISA).Este blog cubre numerosos temas sobre automatización industrial, como operaciones y gestión, procesamiento continuo y por lotes, conectividad, fabricación y control de máquinas e Industria 4.0.El material y la información contenida en este sitio web es solo para fines de información general.Las publicaciones del blog de ISA pueden ser escritas por el personal de ISA y autores invitados de la comunidad de automatización.Los puntos de vista y opiniones expresados ​​por un autor invitado son únicamente suyos y no representan necesariamente los de ISA.Las publicaciones realizadas por autores invitados han estado sujetas a revisión por pares.Como medio de trabajo natural, el CO2 es una orientación de investigación clave de los clorofluorocarbonos (CFC).En este artículo, cubriremos los conceptos básicos sobre los compresores de refrigeración de CO2, las diferencias entre un compresor de CO2 y otros tipos de compresores, y las ventajas del CO2 como refrigerante.Debido a los impactos negativos de los CFC en nuestra atmósfera, la protección del medio ambiente y la investigación de refrigerantes para reemplazarlos se han convertido en una preocupación mundial.Para abordar esto, las comunidades internacionales han realizado laboriosos esfuerzos durante décadas, como se describe a continuación:Desde 1994, después de la adopción de la CMNUCC, se ha celebrado una Conferencia de las Partes (COP) todos los años en diferentes ciudades del mundo.Como podemos ver claramente en la línea de tiempo, el proceso de reemplazo de CFC se está acelerando en todo el mundo.La eliminación progresiva de las sustancias que agotan la capa de ozono (SAO) se ha convertido en una responsabilidad internacional.El medio de trabajo alternativo debe cumplir con tres requisitos: seguridad, aceptabilidad ambiental y aplicabilidad del dispositivo.Con años de esfuerzos incesantes, los científicos han desarrollado muchos sustitutos transitorios o a largo plazo para los CFC y los hidroclorofluorocarbonos (HCFC), como R134a, R407C, R410A y R290.También se están estudiando tecnologías y equipos pertinentes.Algunos de ellos ya se han utilizado ampliamente en refrigeración y en la industria de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC).El Protocolo de Montreal requiere que los países eliminen gradualmente los CFC, HCFC y otras sustancias que agotan la capa de ozono dentro de un límite de tiempo, y estipula el período de uso de estas sustancias para los países desarrollados y en desarrollo, respectivamente.Los refrigerantes HCFC ampliamente utilizados en la industria en este momento están incluidos en la lista de gases de efecto invernadero del Protocolo de Kioto, debido a su evidente efecto invernadero.Algunos países europeos han prohibido el uso de HCFC en áreas de refrigeración y HVAC.Mientras tanto, proponen además eliminar los HCFC de otras áreas.La legislación de algunos países restringe estrictamente o requiere la eliminación gradual del refrigerante R134a en la década de 2020, lo que de hecho crea un verdadero dilema para la industria de refrigeración y HVAC: la necesidad de adaptarse a la eliminación de los refrigerantes CFC y HCFC, y encontrar alternativas.En la investigación de la protección del medio ambiente y los sustitutos de refrigerantes, los refrigerantes naturales como el agua, el amoníaco, los hidrocarburos y el CO2 son el centro de atención.Gustav Lorentzen de Noruega, ex presidente de la Sociedad Internacional de Refrigeración, creía que los refrigerantes naturales son la solución definitiva a los problemas ambientales.Como refrigerante natural, el CO2 tiene muchas ventajas frente a otras sustancias, como por ejemplo:Debido a su desempeño preferible en calefacción y refrigeración, el CO2 se ha convertido en un tema de investigación candente en todo el mundo.Lorentzen, en su investigación, opinaba que el CO2 era “un refrigerante insustituible”.De hecho, es uno de los refrigerantes naturales más prometedores y se espera que se convierta en uno de los refrigerantes ideales del siglo XXI.En la actualidad, la tecnología de refrigeración con CO2 se aplica principalmente en tres áreas: aire acondicionado de automóviles, bombas de calor y sistemas de refrigeración de etapas múltiples.Dado que el CO2 es un refrigerante respetuoso con el medio ambiente, los compresores de CO2 se han diseñado y fabricado para diferentes usos.Hay seis tipos de compresores de CO2, de la siguiente manera:En comparación con los compresores de otros refrigerantes, los compresores de CO2 se caracterizan por su alta presión de trabajo;pequeño tamaño de estructura y relación de presión;grandes diferencias de presión de succión y escape;y alta eficiencia de refrigeración y calefacción.Cada vez más fabricantes empresariales se han unido a la tendencia de investigar y desarrollar compresores de refrigeración de CO2.Los grandes fabricantes de todo el mundo, como Danfoss, Bitzer, Dorin y Emerson, no solo han lanzado compresores de dióxido de carbono, sino que también ofrecen soluciones de dióxido de carbono para diferentes sectores comerciales.Las soluciones de enfriadores de gas de dióxido de carbono de Danfoss tienen la ventaja de una fácil instalación, una depuración sencilla y una máxima eficiencia operativa del sistema.Como respuesta positiva para reducir las emisiones de carbono, la solución de gestión de líquidos adaptativa de CO2 de Danfoss ganó el premio a la innovación 2020 AHR Expo.Como el primer fabricante en producir compresores de refrigeración de dióxido de carbono, Bitzer ha mantenido un estrecho contacto con los principales clientes del mundo durante muchos años.Junto con sus clientes, la empresa ha estado investigando y desarrollando conjuntamente tecnología de refrigeración con dióxido de carbono.En la actualidad, la primera unidad de dióxido de carbono desarrollada por Bitzer y sus clientes ha estado operando de forma segura durante casi 20 años.Dorin es el fabricante del primer compresor alternativo semihermético (compresor de pistón) del mundo de refrigerante CO2, que se puede utilizar en HPWH y en equipos de refrigeración comerciales ligeros y medianos.Los motores compresores tienen potencias que van desde 0.75KW a 15kw y pueden operar en modos de velocidad media y alta (1450 rpm y 2900 rpm).El diámetro del compresor está entre 18 mm y 34 mm.Como proveedor líder mundial de soluciones de HVAC y refrigeración, el compresor scroll de la marca subsidiaria de Emerson, Copeland, se puede usar en sistemas de refrigeración de etapas múltiples de baja temperatura, que es el único compresor en los EE. UU. que cumple con los requisitos de UL para sistemas de etapas múltiples de alta -dióxido de carbono subcrítico a presión.Tabla 1 (Haga clic para ver en alta resolución): Comparación de rendimiento de diferentes tipos de compresores.Nota: Debido a la información limitada, el símbolo "-" indica que no pudimos encontrar los datos.Los compresores de refrigeración scroll de CO2 están jugando un papel insustituible entre otros tipos de compresores.En vista de sus características de baja vibración, bajo nivel de ruido, longevidad, confiabilidad y alta eficiencia, se promete que los compresores scroll de CO2 ocuparán una gran parte en el mercado de compresores de capacidad de enfriamiento pequeña y mediana.Por lo tanto, creemos que dado que los compresores scroll son más propicios para mejorar la eficiencia del sistema de refrigeración, su perspectiva de desarrollo es más brillante que otros tipos.Para un sistema de refrigeración completo, no se puede trabajar solo con un compresor y otros componentes mecánicos.Los refrigerantes, o medios de enfriamiento, también juegan un papel vital.El refrigerante es el medio de trabajo en el equipo de refrigeración.Circula en el sistema de refrigeración y, mediante el cambio de su propio estado termodinámico, el refrigerante puede completar el trabajo de conversión y transferencia de energía con el entorno exterior para lograr el propósito de la refrigeración.El refrigerante CO2 (R744) es un tipo de medio de trabajo natural, incoloro e insípido a temperaturas atmosféricas normales.La temperatura y la presión críticas son 31,1 ℃ y 7,37 MPa, respectivamente.Las propiedades físicas del CO2 son las siguientes:Como refrigerante, el CO2 tiene las siguientes tres ventajas sobre otros refrigerantes:Las desventajas del CO2 como refrigerante son su baja temperatura crítica (31,1 ℃) y su alta presión crítica (7,37 MPa).Especialmente para estos últimos, si se adopta un ciclo transcrítico en un sistema de refrigeración, la presión máxima de trabajo de CO2 será de 10 MPa, lo que exige mayores estándares para el diseño de sistemas y componentes de refrigeración.Consulte la Tabla 2.Tabla 2 (Haga clic para ver en alta resolución): Comparación de CO2 con otros tipos de refrigerantes.Nota: debido a materiales limitados, el símbolo "-" en la tabla indica que no pudimos encontrar los datos.El precio relativo es relativo a R12.Suponemos que el precio de R12 es 1.El ahorro de energía, la protección del medio ambiente y la vida baja en carbono son la dirección de desarrollo de las tecnologías modernas.Como medio de trabajo natural, el CO2 se ha utilizado ampliamente debido a sus ventajas de respeto al medio ambiente, no toxicidad y fácil acceso.De acuerdo con la Tabla 2, podemos concluir que, en comparación con los refrigerantes comunes, la capacidad frigorífica por unidad de volumen de CO2 es 5,2 veces mayor que la de NH3;7,9 veces la de R134a a 0-10 ℃;4 veces la de R410A;8,4 veces la de R600a;8,2 veces la del R152a y 5,8 veces la del R290.Desde la perspectiva de la termodinámica, el CO2 se encuentra en estado de fluido supercrítico, con alto calor específico, alta conductividad térmica y baja viscosidad cinemática, lo que hace que tenga un mejor rendimiento de transmisión, características de transferencia de calor y una mayor eficiencia de transferencia de calor que el líquido y otros. gasesEn comparación con otros refrigerantes, el índice adiabático de CO2 es más alto, la relación de compresión del ciclo de refrigeración transcrítico es más pequeña (alrededor de 2 a 4) y el proceso de compresión se acerca más a un proceso isoentrópico.Todos estos factores ayudan a mejorar la eficiencia de indicación de la refrigeración.Desde la perspectiva de la protección del medio ambiente, excepto el CO2 y el NH3, otros refrigerantes tienen un GWP más alto.El índice GWP de R410A es 2100 veces mayor que el del CO2, y R134a es 1300 veces mayor que el del CO2.Ambos pueden incluirse en la categoría de gases de efecto invernadero que deben reducirse.Como resultado, los refrigerantes como R410A y R134a solo se pueden usar como medio de trabajo alternativo y no se deben usar durante mucho tiempo.Como gas natural en la biosfera terrestre, el CO2 tiene el ODP y el GWP más bajos, que son respectivamente 0 y 1.Finalmente, teniendo en cuenta la seguridad de uso, el CO2 no es tóxico ni inflamable como fluido de trabajo natural, lo que lo convierte en una sustancia muy segura.Por el contrario, NH3, R600a, R152a y R290 son combustibles, por lo que son mucho más peligrosos que el CO2.Por ahora, la industria aún no ha resuelto los problemas de seguridad causados ​​por estos cuatro refrigerantes.Los refrigerantes de CO2 tienen mejores propiedades que otros refrigerantes y se utilizan gradualmente en compresores de refrigeración.Aunque estrictamente hablando, el CO2 tampoco es perfecto.Con su baja temperatura crítica (31,1 ℃) y alta presión crítica (7,37 MPa), los requisitos para compresores y tuberías son particularmente altos, lo que seguramente aumentará los costos de fabricación del producto.No obstante, los principales fabricantes de compresores del mundo están estudiando métodos de mejora, como el uso de sistemas de circulación transcríticos.Creemos que la perspectiva de desarrollo del refrigerante CO2 es brillante y desempeñará un papel de liderazgo en el mercado de compresores de refrigeración en el futuro.Como parte de los refrigerantes naturales, hay un futuro prometedor y un mercado para el CO2 en el futuro inmediato cuando se alcen las voces de protección ambiental.