Gracias a sus propiedades únicas, como sus altos coeficientes de transferencia de calor y la baja sensibilidad a las pérdidas de presión, el CO2 ofrece rendimientos superiores para el sector de la refrigeración comercial, sobre todo en supermercados y tiendas de autoservicio
Diego Buscaglia
En climas cálidos, las ventajas del dióxido de carbono (CO2) como gas refrigerante en aplicaciones de venta al menudeo de alimentos han sido discutidas en el pasado; sin embargo, la visión a futuro de supermercados y tiendas de autoservicio ha promovido el desarrollo de tecnologías que permiten la viabilidad y rentabilidad de los sistemas de refrigeración transcríticos que operan con esta sustancia, sobre todo en zonas con elevados niveles de temperatura.
Uno de los factores que ha impulsado su implementación son las nuevas soluciones en refrigerantes sustentables y de alta eficiencia; éstas surgen velozmente, a fin de ayudar a los minoristas a reducir el consumo energético y cumplir con la regulación actual y futura para este tipo de sustancias.
El CO2, de hecho, constituye uno de los refrigerantes más respetuosos con el medioambiente, ya que su GWP es equivalente a 1. Adicionalmente, su precio es mucho más bajo y está ampliamente disponible como un subproducto en una serie de industrias. Por estas razones, representa una solución ecoamigable, desde la refrigeración en sitios cálidos y en sistemas básicos en cascada, hasta la avanzada tecnología de eyección que se espera establezca nuevos estándares para el sector el día de mañana.
Sistemas de cascada de CO2: buen rendimiento, alta complejidad
Durante años, el papel que ha jugado el CO2 en climas cálidos ha sido de enorme trascendencia, especialmente en los sistemas de cascada subcríticos, debido a que ofrecen una operabilidad que resulta mucho más eficaz. Éstos combinan en el bucle secundario los beneficios de este gas natural con otro refrigerante en el bucle primario, lo cual proporciona una alta eficiencia energética. No obstante, su costo y complejidad son elevados, por lo que constituyen una barrera para el uso más generalizado en aplicaciones al menudeo de alimentos. Lo anterior es más evidente en los sistemas de menor potencia y tamaño, ya que la inversión inicial aumenta para las soluciones de tipo cascada, una problemática a la que son particularmente sensibles los almacenes de formato más pequeño.
Sistemas booster transcríticos: el estándar de la industria
Hoy en día, los sistemas de refuerzo transcríticos se han convertido en la solución de CO2 más habitual, con más de 7 mil instalados en todo el mundo. Estos productos son populares en climas templados, en tanto que en sitios más cálidos, se necesita mayor innovación tecnológica, a fin de lograr ahorros de energía similares o superiores a los que ofrecen los refrigerantes artificiales.
Compresión paralela y alta eficiencia en climas cálidos
A la par, en la búsqueda de la simplificación y la eficiencia energética, han surgido nuevas soluciones que buscan convertir al CO2 en el gas por antonomasia para aplicaciones comerciales en climas cálidos. La compresión paralela es el primer paso en este camino, sobre todo en grandes instalaciones. Dicho método avanza a paso firme como una solución de alta eficiencia, ya que comprime el exceso de CO2 al nivel de presión más alto posible, lo que reduce el consumo de electricidad, además de ofrecer una mejora significativa en el Coeficiente de Rendimiento (COP, por sus siglas en inglés).
Soluciones locales para equipos pequeños
En el caso de los sistemas de refrigeración pequeños, las técnicas de condensación por vapor utilizan agua para enfriar el CO2 en aplicaciones transcríticos. Cabe señalar que su atractivo aumenta por su capacidad de combinarse con sistemas de CA en el lugar. El ahorro de energía devuelto es de 5 a 10 por ciento en climas cálidos, aproximadamente. Asimismo, es posible ahorrar hasta 50 por ciento en la capacidad del compresor; sin embargo, ésta es típicamente necesaria en la unidad de enfriamiento auxiliar. Dicha solución sólo es aplicable en áreas sin restricción en el suministro de agua.
Alrededor del mundo, varios supermercados han restringido el uso del método por condensación, debido al riesgo de contaminación de legionella en el agua utilizada por el sistema. Ante esto, la condensación por evaporación representa una opción temporal que llena el vacío de refrigeración de CO2, hasta que maduren procedimientos más seguros.
Subenfriamiento mecánico
En el camino para hacer viable la refrigeración transcrítica a base de CO2 en climas cálidos, el subenfriamiento mecánico representa una alternativa que ha surgido con fuerza en los últimos años. Esta técnica consiste en un pequeño proceso mecánico de compresión de vapor acoplado al ciclo principal a la salida del condensador, con el fin de proporcionar un subenfriamiento al ciclo de refrigeración principal. La unidad adicional se enciende sólo cuando la temperatura supera un determinado nivel y, por lo tanto, maximiza el ahorro de energía durante las cargas máximas.
Eficiencia de la compresión paralela
El método de tipo eyector es un procedimiento conocido desde hace más de un siglo en diferentes aplicaciones, sobre todo en las plantas de agua, para retener la presión en el sistema. Al pasar de los años, en el sector de la refrigeración, se han ideado nuevas formas de utilizar esta innovadora forma de expulsión, a fin de aumentar la eficacia de la compresión paralela.
Los experimentos actuales con el eyector devuelven resultados prometedores que demuestran la viabilidad del sistema de CO2 transcrítico. La alta eficiencia se logra recuperando la energía extraída, mientras se reduce la presión, lo cual proporciona beneficios desde el gas refrigerante hasta la presión de la línea del líquido. Esta solución reduce la carga de trabajo de los compresores, al tiempo que garantiza el cumplimiento de la demanda de enfriamiento en cualquier momento.
El procedimiento sigue en la fase de prototipo, pero los ensayos iniciales en más de 10 supermercados de países desarrollados han demostrado que la tecnología de expulsión aumenta la eficiencia del sistema de compresión paralelo. El potencial de ahorro energético, comparado con los sistemas tradicionales de hidrofluorocarbonos (HFC) es significativo. Además, permite la instalación de paquetes de compresores más pequeños y compactos, lo que reduce el primer costo de la instalación.
El siguiente paso es un eyector de líquido que permite que los evaporadores MT sean inundados; esto implica un ahorro adicional, resultado de una mayor presión de succión. Prueba de su funcionamiento es que los eyectores combinados de líquidos y gases han funcionado en instalaciones prototipo desde 2013, lo que genera un ahorro de energía de 20 a 25 por ciento en comparación con los sistemas HFC. Se espera que la primera liberación de eyectores líquidos para refrigeración comercial sea dentro de dos o tres años.
CO2: ¿estándar del sector para todos los climas?
Son varios los factores que explican el repunte actual del CO2 en aplicaciones de refrigeración comercial. Por un lado, los HFC tradicionales están siendo eliminados y los minoristas buscan nuevas estrategias para reducir sus emisiones contaminantes. Por otro, se trata de una de las mejores opciones para la refrigeración en todos los climas, lo que permite utilizar procedimientos similares en tiendas de autoservicio y supermercados, independientemente de su ubicación. Y, como se ha visto, ofrece una alta eficiencia energética, excelentes posibilidades de recuperación de calor y una baja huella de carbono que promueve una imagen verde.
Aplicado en sistemas transcríticos y subcríticos en miles de instalaciones de supermercados alrededor del mundo, el CO2 ofrece un mayor rendimiento y un menor impacto ecológico. Su implementación tiene como objetivo aumentar el retorno de la inversión, sin comprometer la calidad en la refrigeración, así como lograr una mayor rentabilidad para el mercado de la venta al menudeo de alimentos.
[author ]Diego Buscaglia
Director del área de Food & Retail en Danfoss México, compañía especializada en productos y servicios innovadores para refrigeración, aire acondicionado, calefacción, control de motores y maquinaria móvil. Danfoss también es activo en el campo de las energías renovables, así como en la infraestructura para las ciudades y comunidades urbanas de calefacción.[/author]
