Comparación de mezclas de refrigerantes con dióxido de carbono para aplicaciones de refrigeración industrial de baja temperatura por debajo del punto triple del R744

Abstract

En la actualidad, las aplicaciones de refrigeración a temperaturas ultrabajas son cada vez más importantes, un ejemplo de ello ha sido la extrema necesidad de refrigeración de las vacunas de Pfizer en la pandemia de COVID-19. La industria de la refrigeración está adoptando el uso del R-744 como refrigerante por ser un fluido natural, no tóxico, no inflamable y con un GWP de 1; sin embargo, para aplicaciones de ultra baja temperatura no es posible utilizarlo debido a su punto triple de -56,57 ºC. Ante esto, este trabajo propone un estudio de posibles mezclas de R-744 con diferentes refrigerantes para bajar el punto triple y ser válido para esta aplicación. El análisis se divide en un estudio termodinámico de las propiedades de las mezclas para posteriormente simular su comportamiento en base a un drop-in de un sistema de refrigeración transcrítica de R-744 utilizando un modelo teórico validado experimentalmente. Los resultados mostraron la viabilidad de algunas mezclas en relación a ciertas propiedades, así como la comprobación de las más eficientes por su COP estacional en tres climas diferentes: uno cálido como Sevilla (España), uno intermedio como París (Francia) y uno frío como Estocolmo (Suecia).

Nowadays, ultra-low temperature refrigeration applications are becoming more and more important, an example of this has been the extreme need for refrigeration of Pfizer vaccines in the COVID-19 pandemic. The refrigeration industry is adopting the use of R-744 as a refrigerant because it is a natural fluid, non-toxic, non-flammable and with a GWP of 1; however, for ultra-low temperature applications it is not possible to use it because of its triple point of -56.57 º C. In light of this, this paper proposes a study of possible blends of R-744 with different refrigerants to lower the triple point and be valid for this application. The analysis is divided into a thermodynamic study of the properties of the mixtures to subsequently simulate their behavior based on a drop-in of an R-744 transcritical cooling system using an experimentally validated theoretical model. The results showed the feasibility of some blends in relation to certain properties as well as testing the most efficient ones by its seasonal COP in three different climates: a warm one like Seville (Spain), an intermediate one like Paris (France) and a cold one like Stockholm (Sweden).