Internacional. El Instituto Coreano de Investigación Energética ha desarrollado un nuevo concepto de tecnología de refrigeración y congelación que utiliza aire como refrigerante, reemplazando a los refrigerantes convencionales de alto GWP.
Los investigadores han desarrollado con éxito un sistema de compresión y expansión integrado de velocidad ultra alta, que combina un compresor y un expansor, utilizando tecnología de diseño avanzada. - El sistema es capaz de enfriarse hasta -100 grados Celsius, por lo que se espera que tenga amplias aplicaciones en procesos de semiconductores, biotecnología, almacenamiento farmacéutico y más.
El Instituto Coreano de Investigación Energética (KIER) ha desarrollado, por primera vez en el país, una tecnología de refrigeración que utiliza aire como refrigerante en lugar de gas freón, hidrofluorocarbonos (HFC) y otros refrigerantes que causan el calentamiento global.
En marzo de este año entró en vigor la nueva normativa de la Unión Europea sobre los gases fluorados de efecto invernadero (F-gases). A partir de 2025, se eliminarán gradualmente las ventas de productos que contengan F-gases. Además, se espera que se fortalezcan las normas sobre los procesos que utilizan F-gases. Dado que los F-gases se utilizan en productos clave de exportación de Corea, como los aparatos de aire acondicionado, los automóviles y los procesos de semiconductores, existe una necesidad urgente de desarrollar tecnologías alternativas.
El equipo de investigación desarrolló con éxito un compresor-expansor integrado de velocidad ultraalta que se utiliza en la refrigeración por aire y, por primera vez en Corea, creó un sistema de refrigeración por aire. Con este sistema, es posible alcanzar una temperatura ambiente de -60 grados Celsius utilizando aire como refrigerante.
Los sistemas tradicionales de refrigeración y enfriamiento han utilizado principalmente el ciclo de compresión de vapor. En este método, el enfriamiento se logra a medida que el refrigerante líquido se evapora y absorbe calor. Debido a su estructura y diseño simples, se usa ampliamente en varios campos. Sin embargo, un inconveniente clave es su dependencia de gases fluorados de efecto invernadero como refrigerantes, lo que genera el impacto del calentamiento global.
En respuesta a esto, el equipo de investigación se centró en implementar un sistema de refrigeración basado en el ciclo Brayton inverso, que utiliza aire como refrigerante. A diferencia del método tradicional que implica evaporar un líquido, este sistema comprime un gas y luego pasa por un intercambio de calor y expansión para producir un gas a baja temperatura, lo que permite enfriar sin la necesidad de refrigerantes líquidos. Sin embargo, la complejidad de diseñar y construir un sistema de este tipo ha sido un desafío importante, lo que impidió su aplicación en sistemas de refrigeración hasta ahora. El expansor debe diseñarse con extrema precisión debido a la rotación a velocidad ultrarrápida durante el proceso de enfriamiento. Por ejemplo, los espacios entre los componentes y el desplazamiento del eje requieren una tolerancia de 0,1 milímetros.
El ciclo Brayton inverso funciona de la siguiente manera:
- Compresión: El aire se comprime a alta temperatura y alta presión.
- Intercambio de calor: El aire comprimido pasa a través de un intercambiador de calor, donde se enfría a una temperatura baja mientras se mantiene alta presión.
- Expansión: El aire enfriado y a alta presión luego se expande en un expansor, reduciéndolo a una temperatura y presión bajas.
- Enfriamiento: El aire enfriado se envía al área requerida para su enfriamiento.
- Este ciclo se repite para suministrar continuamente aire enfriado para las aplicaciones de enfriamiento deseadas.
Para implementar el sistema de ciclo Brayton inverso, el equipo de investigación diseñó un sistema de compresor-expansor que conecta el compresor, el expansor y el motor en un solo eje. Aunque el compresor y el expansor están conectados a un solo eje, cada dispositivo debe funcionar a su propia máxima eficiencia. Además, el diseño del sistema de ejes garantiza un funcionamiento estable incluso a velocidades de rotación ultra altas, lo que mejora aún más la confiabilidad y el rendimiento del sistema.
El sistema de refrigeración que utiliza el compresor-expansor desarrollado logró enfriar el aire a menos de -60 grados Celsius en tan solo una hora. Cabe destacar que, al generar temperaturas frías por debajo de los -50 grados Celsius, el sistema demostró una mayor eficiencia de refrigeración en comparación con los sistemas de compresión de vapor tradicionales. En teoría, es capaz de enfriar hasta -100 grados Celsius y, a esa temperatura, se espera que la eficiencia de refrigeración mejore en más del 50 % en comparación con los sistemas de compresión de vapor.
El Dr. Beom Joon Lee, el investigador principal, afirmó: "Debido a las regulaciones ambientales, los sistemas de refrigeración que utilizan principalmente refrigerantes con
un alto potencial de calentamiento global están pasando rápidamente al uso de refrigerantes ecológicos". Añadió: "Actualmente estamos trabajando para mejorar el rendimiento del sistema para permitir la producción de temperaturas frías por debajo de los -100 grados Celsius. Prevemos que esta tecnología se aplicará en campos que requieren temperaturas ultrabajas, como los procesos de semiconductores, los productos farmacéuticos y la biotecnología".
Mientras tanto, esta investigación se llevó a cabo con el apoyo del "Proyecto de Desarrollo de Tecnología de Respuesta al Cambio Climático" del Ministerio de Ciencia y TIC (dirigido por el Dr. Beom Joon Lee) y el programa de investigación básica del Instituto Coreano de Investigación Energética (dirigido por el Dr. Hyung-ki Shin).
