Diagrama del CO2

Este diagrama abarca los estados de CO2 para las presiones de 0 a 110 bares absoluctos y para las entalpías de 0 a 760 kj/kg. Descubrimos las zonas:

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• 1- Sólido: el CO2 está en estado sólido para temperaturas inferiores a -56,6 oC si la presión es superior a 5, 18 bares. Para presiones inferiores, puede haber sublimación. Por ejemplo, a -65 oC, habrá sublimación para las presiones inferiores a 3, 1 bares.
• 2. Sólido-líquido: para presiones superiores a 5, 18 bares, hay fusión a -56,6 oC. El calor latente de fusión viene dado por la diferencia de entalpía (301 - 105), es decir, 196 kJ/kg
• 3. Sólido-vapor: para presiones inferiores a 5, 18 bares y temperaturas inferiores a -56,6 oC, el C02 está en estado sólido o en mezcla sólido-vapor. Observamos la zona de sublimación, que es el paso de estado sólido (nieve carbónica) al estado gaseoso comprendido entre la entalpía próxima de 100 y la entalpía superior a 630 kJ/kg
• 4. Líquido: zona situada por encima de la presión y de la temperatura del punto triple y delimitada a la derecha por la curva de saturación y por la curva de temperatura ·crítica de 31 oC.
• 5-Líquido-vapor: es la zona de cambio de estado, delimitada por la curva de saturación y utilizada por el circuito frigorífico para la evaporación y condensación del fluido.
• 6-Vapor: zona situada a la derecha de la curva de saturación y delimitada por la presión crítica .
• 7-Supercrítica: esta zona situada por encima de la temperatura y de la presión crítica determina el estado supercritico el fluido tiene un comportamiento intermedio entre el estado líquido y el gaseoso, pero parecido a un gas con propiedades muy particulares: un peso específico elevado (como el del líquido), baja viscosidad (como la del vapor). Para obtener líquido homogéneo es necesario disminuir su temperatura por debajo del valor crítico, 31 oC.

Aplicación frigorífica del C02

La parte del diagrama que interesa al frigorista es la que comprende las zonas: líquido, líquido-vapor, vapor y supercrítico.

El uso de la zona supercrítica puede sorprender, pero es necesario, ya que en las aplicaciones normales de refrigeración y de climatización es clásico alcanzar temperaturas superiores a 31 o C en el condensador.

Vemos que la presión de descarga puede sobrepasar los 80 bares, lo que implica el uso de componentes específicos.

Al nivel de la temperatura de evaporación, estamos limitados por el punto triple pues hay riesgo de solidificación del C02 en el evaporador. Habrá que tener pues una presión superior a 5,18 bares (abs) en el evaporador, digamos una temperatura de evaporación mínima de 45ºC

El C02 es utilizado en las instalaciones de tipo baja temperatura (congelación) y mediana temperatura (refrigeración). Según el uso, se aplica

• el ciclo subcrítico: la presión de descarga se sitúa por debajo de la presión crítica
• el ciclo transcrítico: la presión de descarga se sitúa por encima de la presión crítica

El ciclo subcrítico necesita un circuito frigorífico auxiliar para asegurar la condensación a 5 oC. Tenemos así una instalación en cascada. Este tema, así como la aplicación del ciclo transcrítico, serán estudiados en otra entrada