Páginas

jueves, 30 de mayo de 2019

LO MALO Y LO BUENO DEL CO2

LO MALO Y LO BUENO DEL CO2

Uno de los refrigerantes que más mercado esta obteniendo es el CO2, y por ello es importante conocer profundamente sus caracteristicas para hacer la mejor eleccion.

Anteriormente al CO2, se le llamaba anhídrido carbónico, pero algunos años, la union internacional
de quimica pura y aplicada realizo cambios en la nomenclatura inorgánica estableciendo el uso del nombre Oxido para los anhídridos de ácidos inorganicos como acido carbonico, sulfúrico, nitrico, y por ello ahora se usan terminos como dióxido de carbono en lugar de anhídrido de carbonico, tríoxido de azufre en lugar de anhídrido sulfurico, oxido de nitrogeno en lugar de anhídrico nítrico. 

LO MALO

El dióxido de carbono se considera un gas de efecto invernadero, que absorbe y emite radiacion infrarroja. La radiacion solar en frecuencias de la luz visible pasa en su mayor parte a través de la atmosfera para calentar la superficie de nuestro planeta, parte de esa energia, es absorbida por la superficie y parte es emitida enfrecuencias menores de radiación termica infrarroja hacia fuera del planeta. por miles de años ese equilibrio se mantuvo por lo que la temperatura promedio de la atmosfera se mantuvo inalterable y como sabemos con estaciones muy definidas a lo largo de cada año de acuerdo a la ubicacion geografica.

La radiacion solar entrante en la atomosfera debe estar compensada por radicion saliente, pues si la radiacion entrante es mayor que la radiación saliente se produce un calentamiento global y si sucede lo contrario se produce un enfriamiento global. 

Sin embargo, las actividades que han llevado al desarrollo y progreso humano desde la revolucion industrial, principalmente con la quema de combustibles fosiles, tala de arboles y quema de bosques están desequilibrando el intercambio de calor causando el denominado " efecto invernadero" o "calentamiento global ".

El "efecto invernadero" es un proceso mendienate el cual la radiacion termica emitida por la superficie de la tierra es absorvida por los gases del efecto invernadero atmosfericos (ubicados a la altura de las nubes) y es reirradiada en todas las direcciones. Parte de esta radiacion es devuelta hacia la superficie   y la atmosfera inferior, dando como resultado un incremento de la temperaturta superficial media respecto a lo que habria en ausencia de dichos gases.

La mayoria de especialistas indican que el aumento en la concentracion atmosferica de CO2, y por lo tanto en el efecto invernadero inducido por CO2, es la pricipal razon del aumento de la temperatura media global desde mdiados del siglo pasado.

El principal gas de efecto responsable del calentamiento es el CO2 pero tambien contribuyen el metano, el oxido nitroso, el ozono, y otros gases entre ellos los refrigerantes que usamos en equipos de refrigeracion y de aire acondicionado. El CO2 es el mas preocupante, porque ejerce una mayor influencia en el calentamiento que todos los otros gases combinados, y porque tiene una larga vida. Se estima que la masa CO2 emitido a la atmosfera: alrededor de un 50% tardara 30 años en desaparecer, un 30% permanecera cien o doscientos años y el 20% restante durara varios siglos. Por ello se estan tomando medidas correctivas a traves del tan comentado protocolo de kioto.

LO BUENO

El CO2  es tan habitual y frecuente en nuestra vida que con muchas de las cosas que consuminos y hacemos en nuestro dia a dia, no sabemos o no nops damos cuenta que funcionan o estan hechas con este compuesto:

Se utiliza como agente extintor del fuego porque dificulta el contacto de las llamas con el oxigeno del aire.  En la industria alimentaria, se utiliza en bebidas carbonatadas: gaseosa, cerveza, champagne. Tambien para conservar vegetales en atmosferas controladas y como "hielo seco" para conserva los helados.

En la medicina: agente de insuflacion en cirugias  laparoscopicas, agente de contraste en radiologia de vasos sanguineos, en laser de CO2, tratamiento de heridas craneales y ulceras, tratamientos esteticos, tratamientos de problemas circulatorios. Como hielo seco se utiliza para el transporte a larga distacia de especimenes biologicos, para la criopreservacion, para el almacenaje de plaquetas de sangre sin necesitar el uso de congeladores electromecanicos.

En agricultura: se puede utilizar como abono: las plantas no pueden absorberlo por las raices pero se pueden añadir para bajar el PH, evitar los depositos de cal y hacer mas disponibles los nutrientes del suelo. como agente de insensibilidad de cerdos o gallinas, los que amtes de ser sacrificados son expuestos al CO2. no queda ningun tipo de residuo en la carne.

En el cine, television y espectáculos: se usa para crear niebla artificial y apariencia de agua hirviendo, en efectos especiales.

Tambien en refrigeracion se utiliza como "hielo seco" para conservacion de algunos productos congelados y como fluido refrigerante en maquinas frigorificas por compresion de vapor.  

UTILIZACION EN REFRIGERACIÓN


El daño a la capa de ozono y el calentamiento global han llevado a que el mundo de los refrigerantes usados en los equipos de refrigeracion y de acondicionamiento de aire tomen un nuevo rumbo a traves de los llamados "refrigerantes ecologicos". dentro de llos esta el CO2 que presenta como una novedad y por ello muchas personas creen que se trata de un  nuevo refrigerante pero no es asi.

Hacia el año 1750 el CO2, es identificado como una sustancia distinta del aire porque el escocés Joseph Black observo que el carbonato de calcio presente en la piedra caliza, al calentarse, producia un gas llamado "aire fijo". Ese aire fijo ó anhídrido carbónico era mas denso que el aire y que no servia para lograr mantener el fuego. Posteriormente se encontro que el  anhídrido carbónico, ahora dioxido de carbono se produce durante la respiracion animal y en la fermentacion.

Hacia el año 1772, el quimico ingles Joseph Priestley publico un documento en el que describe un proceso de goteo de acido sulfurico sobre la tiza para producir dioxido de carbono, ese gas lo hizo pasar por agua contenida en un recipiente y agitando el recipiente para exista mas contacto entre agua y gas, obtuvo agua con minusculas particulas de gas distribuidas en su seno. Sin darse cuenta habian inventado el agua carbonatada.

La aplicacion del bióxido de carbono en sistemas de refrigeración data desde hace muchos años:


  • El CO2 fué licuado (a presiones elevadas) en 1823 por Humphry Davy y Michael Faraday.
  • En 1834 Charles Thilorier describe lo que es de dióxido de carbono solido luego de destapar un recipiente a presión que contenia CO" liquido. 
  • En 1850, Alexander Twining fue la primera persona que propone al CO2 como refrigerante y lo menciona en una patente britanica de ese año. 
  • En 1867, Thaddeus S.CA Lowe experimento con el CO2 en globos con uso militar, tambien diseño una maquina de hielo usando CO2, y hacia 1878 construyo una maquina para transportar carne congelada en barcos. 
  • Paso el tiempo y los sistemas de refrigeracion con CO2 tuvieron cierto arraigo entre los años 1925 y 1933 porque era la opcion preferida para el uso en los barcos en lugar del NH3 o amoniaco.
  • Entre 1929 y 1935 aparecen los refirgerantes clorofluorocarbonados (CFC) y la aplicacion del CO2 como refrigerante disminuyo bruscamente, porque esos nuevos fluidos refrigerantes tenian buena capacidad de refrigeracion, no eran toxicos ni inflamables y principalmente tenia muy bajas presiones de trabajo para cualquier rango de temperatura. 
DIAGRAMA DE FASES 

Es importante conocer el comportamiento del CO2 y por ello resulta interesante compararlo con un fluido con el cual estamos muy familiarizados: el agua 

Condiciones del punto triple del  agua: 

Presión= 611.73   Pa = 0.00611 Bar = 0.089 psia
Temperatura = 273.16 °k= 0.0098°C (se considera 0.01.°C)

Condiciones del punto crítico del agua:

Presion = 22.1 MPa =221 bar = 3.205.3 psia 
Temperatura = 674.4 °k= 374.2°C

Se observa que a presion atmosferica podemos pasar de solido a liquido y leugo a vapor conforme a aumenta la temperatura, porque su punto triple esta por debajo.

Se observa tambien que su punto critico está a muy alta presión y temperatura, siendo dificiles de alcanzar a condiciones normales de uso. 

El gráfico tambien muestra que la curva de saturación que separa las fases sólido-líquido tiene ligera pendiente hacia la hizquierda. 

Es comportamiento exclusivo del agua porque cualquier otra sustancia que exista la naturaleza tendrá pendiente hacia la derecha como veremos para el CO2. Gracias a esa propiedad es que solo se puede "patinar" sobre el hielo hídrico".

Condiciones del punto critico del co2: 

Presión = 518  KPa = 5.18 bar = 75.13 psia    
Temperatura = 216.55 °K = - 56.56°C (se considera -56.6°C)

Condiciones del punto critico del co2: 

Presion = 7.382 MPa = 73.82 bar = 1.070 psia 
Temperatura = 304.1°K = 31°C

Se observa que a presión atmosferica podemos pasar directamente de solido a vapor (proceso de sublimacion) conforme aumenta la temperatura, porque su punto triple está por encima. Nos indica tambien que debe tenerse cuidado al manipularlo en los equipos porque facilmente pasa de liquido a solido (hielo seco) en aplicaciones de baja temeperatura. 

Su punto critico esta a alta presión pero su temperatura está muy cercana a la temperatura ambiente, siendo facil de alcanzar  a condicones normales de uso.

Debido a esa prioridad que se puede trabajar en los equipos frigorificos cumpliendo un ciclo termodinámico con el proceso de condensacion debajo del punto critico (condicion subcrítica) así como con el proceso de condensacion sobre el punto critico ( condicion supercritica o transcritica) que como explicacion grafica se puede mostrar asi:

Para paises con temperatura ambiente tales altas y relativamente altas, que aproximadamente están comprendidos entre los paraleos 40° latitud norte y 35° latitud sur conviene trabajar por ciclos  subcríticos  para no sobrepasar los 31°C de la temperatura de condensacion del CO2 o refrigerante R-744 segun nomenclatura de la ASHRAE.  

Nótese que el condesador  en un ciclo transcritico realmente es un enfriador  de refrigerante y que la condensacion propiamente y que la condensacion propiamente dicha se realiza en el dispositivo de expansion.

Como referencia mostramos esquemáticamente el uso del CO2 o R-744 como refrigerante secundario "enfriado" por otro refregente para poder ser bombeado como liquido es una aplicacion donde el evaporador se convierte en un enfriador.  ello solo se usa en aplicaciones de media /alta temperatura.

Tambien, como referencia mostramos esquematicamente el uso del CO2 o R-744 como refrigerante secundario " en cascada" con otro refrigerante para cumplir un ciclo termodinamico subcritico.

En este caso el evaporador de R-744 se usa para aplicaciones de media/baja temeperatura.

Cuando se usan compresores en paralelo o "racks" de compresores que permiten variar la capacidad del sistema o uno de los compresores es "inverter" o "digital" es mejor utilizar valvulas de expansión electronicas en lugar de valvulas de expansión termostaticas poque modulan el flujo de refrigerante y se acomodan a las variaciones de carga termica lográndose  gran ahorro de energia en su conjunto.

Los supermercados están aprovechando muy bien estos sistemas de refrigeracion pudiendo combinar ambos sistemas explicados. 

El CO2 es tan habitual y frecuente en nuestra vida que muchas de las cosas que consumimos y hacemos en nuestro día a día están hechas con este compuesto.

Nótese que el condensaro en un ciclo debido a esa propiedad es que xse 

No hay comentarios:

Publicar un comentario