Evaluación experimental de una instalación de producción de frío en cascada con CO2 como fluido de baja temperatura

• Autores: Carlos Sanz Kock
• Directores de la Tesis: Rodrigo Llopis Doménech (dir. tes.), Ramón Cabello López (codir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Jaume I ( España ) en 2014
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: José Fernández Seara (presid.), Daniel Sánchez García-Vacas (secret.), David Astrain Ulibarrena (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología e ingeniería mecánicas
      • Equipo de refrigeración
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TESEO  TDX 
• Resumen
  • español

    La Comisión Europea, con la nueva reglamentación (EU) nº517/2014, conocida como la F-gas, ha modificado el marco legal relativo al uso de gases fluorados que causan efecto invernadero. El Reglamento anterior, CE-842/2006, derogado por la F-gas, establecía requisitos para la contención, uso, recuperación y destrucción de sustancias fluoradas que, con la nueva F-gas, se han vuelto más restrictivos, en vías a alcanzar el objetivo final de la misma que es la protección del medio ambiente mediante la reducción de las emisiones de gases fluorados causantes del efecto invernadero.

    En el caso de la refrigeración, la F-gas centra sus esfuerzos, entre otros, en la contabilización del banco de refrigerantes, en la limitación de fugas de los equipos y en la restricción del uso de refrigerantes con GWP (Potencial de Calentamiento Atmosférico o PCA) elevados. En concreto, en el caso de la refrigeración comercial centralizada, la F-gas sólo permitirá a partir de 2022 la utilización de fluidos refrigerantes con GWP inferior o igual a 150 para centrales multi-compresor compactas con una potencia frigorífica superior o igual a 40kW, a excepción de los circuitos primarios de sistemas en cascada, donde se permitirá el uso de refrigerantes con GWP de hasta 1500. Esta restricción va a afectar a los futuros sistemas de refrigeración, sin embargo, los actuales también se van a ver limitados, ya que a partir del 2020 sólo se permitirá la recarga de sistemas frigoríficos con refrigerantes cuyo GWP sea mayor de 2500 si la carga de refrigerante equivalente no supera las 40 toneladas de CO2 equivalentes anuales. En consecuencia, los fluidos refrigerantes utilizados generalmente en el sector de la refrigeración comercial, principalmente el R404A y el R507A, van a tender a desaparecer, mientras que se va a favorecer el desarrollo e implantación de sistemas frigoríficos que operen con fluidos de bajo GWP.

    En la presente tesis doctoral se analiza experimentalmente una instalación de doble etapa indirecta o cascada que opera con CO2 como fluido de baja temperatura, debido a que este sistema se presenta como uno de los posibles candidatos a utilizar en la refrigeración comercial centralizada, ya que cumple con la F-gas, presenta rendimientos energéticos superiores a otras alternativas y el fluido distribuido a los servicios a baja temperatura es de bajo GWP.

    El estudio realizado parte de un análisis teórico sobre la selección del fluido refrigerante a utilizar en el ciclo de alta temperatura, en base a lo establecido por la F-gas. Después se detalla el banco de ensayos experimental, diseñado para operar con la combinación de los fluidos R134a/CO2. Finalmente, se procede con la evaluación experimental de la misma para un rango de temperaturas de evaporación de -45 a -25°C y de temperaturas de condensación de 30 a 50°C.

  • English

    In this Ph. D. thesis, an indirect double compression system or cascade plant operating with CO2 as a low temperature fluid is analyzed theoretically and experimentally, because it is one of the potential candidates to be used in centralized commercial refrigeration applications, since it is in agreement with the F‐gas, has higher performance than other alternative systems and the fluid distributed to low temperature services is of low GWP. The study carried out begins with a theoretical analysis about the selection of the refrigerant to be used in the high temperature cycle, according to the F‐gas requirements. Following, the experimental test bench, designed to operate with the combination of fluids R134a/CO2, is detailed. And finally, the experimental evaluation of the plant is presented for an evaporating temperature range from ‐45 to ‐25°C and for a condensing one from 30 to 50°C.