Análisis comparativo de diferentes sistemas de refrigeración de CO2 transcrítico a condiciones ambientales de Medellín

Abstract

RESUMEN : Este trabajo aborda 4 configuraciones Booster de refrigeración con CO2 para evaluar su desempeño en condiciones específicas. Se destaca que, aunque el CO2 es un refrigerante prometedor con diversas ventajas, presenta desafíos en climas cálidos, lo que requiere modificaciones para competir en eficiencia con sistemas convencionales. El estudio se centra en un perfil de temperaturas de la ciudad de Medellín y compara cuatro configuraciones de ciclo: Booster simple doble etapa (SIST_1), Booster con compresión en paralelo (SIST_2), Booster con subenfriamiento externo (SIST_3), y Booster con intercambiadores internos flash gas y subenfriamiento en baja temperatura (SIST_4). Se busca determinar la configuración más eficiente energéticamente considerando las condiciones ambientales anuales. La metodología incluye revisión bibliográfica y análisis estadístico de las temperaturas en Medellín. Para cada ciclo, se establecen datos fijos y la temperatura ambiente como variable. Las simulaciones se realizan con la herramienta EES (Engineering Equation Solver). Los resultados se presentan en tablas y gráficos, mostrando el rendimiento y el consumo energético anual para cada configuración en diferentes rangos de temperatura. Los resultados estadísticos sugieren una variabilidad moderada en las temperaturas ambientales de Medellín según la desviación estándar de 3.56, la media de 21.45 °C, y una varianza aproximada de 12.69 indican cuanto fluctúa la temperatura ambiente respecto a la media. La comparación de los ciclos muestra que, para temperaturas superiores a 23.3°C, el SIST_2 es el más eficiente en consumo energético total anual, mientras que el SIST_4 destaca para temperaturas más bajas. Se analiza el comportamiento de los compresores y se presentan las diferencias de COPr entre los sistemas, puntualmente para temperaturas cercanas a la media 21.3°C, el SIST_1, SIST_2, SIST_3 y SIST_4 se obtuvo un COPr de 2.42, 2.61, 2.39 y 2.66 respectivamente. En resumen, el trabajo proporciona un análisis exhaustivo de las configuraciones de ciclo de refrigeración con CO2 en condiciones climáticas específicas, destacando la importancia de considerar la variabilidad de temperatura para evaluar la viabilidad financiera de proyectos de eficiencia energética en sistemas de refrigeración.