CO₂

  • Carbon Dioxide (CO2)
  • Propriedades gerais

    Devido as suas propriedades termodinâmicas puras, o CO2 não é muito adequado como refrigerante. No entanto, o CO2tem várias propriedades termofísicas exclusivas:
    • Excelente coeficiente de transferência de calor
    • Relativamente resistente às perdas de pressão
    • Viscosidade muito baixa

    Em aplicações práticas, os sistemas de CO2 fornecem um desempenho muito alto, os principais motivos são devido a ele ser um melhor trocador de calor, utilizar muito pouca energia de bombeamento quando o CO2 é usado como um fluido secundário e devido à possibilidade, em baixas temperaturas, de serem operados com uma pressão de condensação muito baixa durante o inverno.

    A eficiência dos sistemas com CO2depende mais da aplicação e do clima do que dos outros refrigerantes. Para todos os refrigerantes há uma queda na eficiência do sistema com temperaturas de condensação crescentes e o CO2é um dos refrigerantes com a maior queda. As boas propriedades termofísicas do CO2podem compensar em certa medida, mas existe um limite.

    O CO2tem alto conteúdo de energia a temperaturas elevadas e quando esse calor puder ser recuperado para o aquecimento de água sanitária ou aplicação semelhante, a eficiência total do sistema torna-se muito alta.

     

  • Impacto ambiental

    Da perspectiva ambiental, o CO2 é um refrigerante muito atraente com zero potencial de deterioração do ozônio e um potencial de aquecimento global igual a 1. Trata-se de uma substância natural e abundante na atmosfera.

     

  • Pressão e temperatura

    O CO2 é um refrigerante de alta pressão em que as altas pressões de operação são necessárias para uma operação eficiente. Durante os períodos de paralisação, a temperatura ambiente pode alcançar e exceder a temperatura crítica e a pressão pode exceder a pressão crítica. Consequentemente, os sistemas são normalmente concebidos para suportar pressões elevadas de até 90 bar, ou, às vezes, até equipados com uma unidade de condensação de pequenas paralisações para manter as pressões baixas.

    Ao mesmo tempo, o CO2 possui uma baixa relação de pressão de compressão (20 a 50% menor do que HFCs e amônia), o que melhora a eficiência volumétrica. Com temperaturas de evaporação na faixa entre -55 ºC a 0 ºC, o desempenho volumétrico do CO2é, por exemplo, de quatro a doze vezes melhor do que o de amônia, o que permite que os compressores com menores volumes de aspiração sejam usados.

    O ponto triplo e ponto crítico do CO2 são muito próximos da faixa de trabalho. O ponto crítico pode ser alcançado durante o funcionamento normal do sistema. Durante a manutenção de sistema, o ponto triplo pode ser atingido, conforme indicado pela formação de gelo seco quando as peças que contêm líquido são expostas à pressão atmosférica. Procedimentos especiais são necessários para evitar a formação de gelo seco durante a ventilação de serviço.

     

  • Interação com material

    O CO2não reage com metais comuns ou com Teflon®, PEEK ou componentes neopreno. No entanto, difunde-se em elastômeros e pode causar a dilatação com borracha butílica (IIR), borracha nitrílica (NBR) e materiais de etileno-propileno (EPDM).

    A densidade do CO2 líquido é de cerca de 1,5 vezes a da amônia, resultando em maior carga mássica nos evaporadores, tais como câmaras frigoríficas com grandes placas nos grandes sistemas industriais. A maior densidade significa uma maior circulação de óleo, o que, por sua vez, requer separadores de óleo eficazes para sistemas industriais.

     

  • Custo-benefício

    O CO2 é um subproduto em várias indústrias, por isso o preço do CO2 é baixo. No entanto, os sistemas de CO2 tendem a ser mais dispendiosos do que os sistemas tradicionais devido a pressões mais elevadas (em sistemas transcríticos) ou a uma maior complexidade (tanto em sistemas transcríticos quanto em sistemas subcríticos). A complexidade dos sistemas parece estar diminuindo com a entrada de sistemas de reforço e como o número de instalações de CO2 aumentou, a história tem mostrado que o custo se aproxima dos custos dos sistemas de referência que utilizam HFCs.

    Em segundo lugar, os sistemas de CO2 de grande porte, especialmente na refrigeração industrial, poderão ser mais baratos para construir do que os equivalentes em glicol e, assim, ter custos iniciais e de ciclo de vida mais reduzidos.

     

  • Aplicações

    Diferente da maioria dos outros refrigerantes, o CO2 é usado na prática em três diferentes ciclos de refrigeração:
    • Subcrítico (sistemas em cascata)
    • Transcrítico (sistemas apenas de CO2)
    • Fluido secundário (CO2utilizado como salmoura volátil)

    A tecnologia utilizada depende da aplicação e da localização prevista do sistema. Existem várias aplicações nas quais o CO2 é atraente e já amplamente utilizado hoje:

    • Refrigeração industrial. Geralmente, o CO2 é utilizado em conjunto com a amônia, em sistemas em cascata e como salmoura volátil
    • Refrigeração de varejo/de alimentos
    • Bombas de calor
    • Refrigeração de transporte

    A Danfoss acredita que o CO2 será o principal refrigerante nos sistemas de refrigeração comercial de embalagem múltipla. O novo regulamento de F-gas é um claro incentivo neste sentido.

     

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