El dióxido de carbono ha sido reconocido como refrigerante durante más de 150 años. El hecho de que recién ahora esté ganando entrada en el aire acondicionado móvil se debe a la presión aplicada por los legisladores para reducir los gases de efecto invernadero y también a la mejora de las capacidades técnicas. La medición de la presión juega un papel central en este último proceso.

Los gases fluorados de efecto invernadero con un potencial de calentamiento global superior a 150 han sido prohibidos por una directiva de la UE desde enero de 2011 en el aire acondicionado de vehículos. Mientras tanto, el refrigerante de tetrafluoroetano común (R134a) ha tenido que utilizarse en sustitución. Debido a que el CO ₂ es 1.430 veces menos dañino para el clima que el R134a, se ofrece como una alternativa debido a su mayor rendimiento de enfriamiento y buenas características químicas.

Los argumentos a favor del CO ₂ como refrigerante ya no pueden descartarse.

• Como gas natural, disfruta de una disponibilidad mundial ilimitada y de una rentabilidad.
• Es mucho menos dañino que otros refrigerantes, como R134a, R404A, R407C y otros.
• Al ser un subproducto de los procesos industriales, no necesita una fabricación costosa.
• A diferencia de otros refrigerantes nuevos, ya se ha investigado mucho desde el punto de vista toxicológico.
• No es tóxico ni inflamable y por lo tanto representa un riesgo de peligro menor que otros materiales.
• También es compatible con todos los demás materiales habituales.
• Muestra un rendimiento de refrigeración muy alto volumétricamente y también es adecuado para bombas de calor.

Sin embargo, el cambio de R134a a R744 (la abreviatura de CO ₂ en forma de refrigerante) no se puede implementar simplemente como está. Ciertas desventajas se interponen en el camino de sus múltiples virtudes, que por cierto solo se aplican en el caso de construir acondicionadores de aire móviles para uso en vehículos. Cabe destacar aquí una presión de trabajo muy alta y su baja temperatura crítica de 31 ° C. Por lo tanto, la conversión a R744 debe hacer un desvío necesario a través de los bancos de prueba del fabricante y los de sus proveedores.

Aire acondicionado con CO ₂ – Cómo funciona

El funcionamiento de un acondicionador de aire común comienza, por supuesto, con la activación de un interruptor de CA dentro del vehículo. Como resultado, se energiza el acoplamiento magnético del compresor (aunque los compresores más nuevos no tienen acoplamiento magnético, y la presión se regula internamente mediante la carrera del pistón). A continuación, se establece una conexión entre la polea y el eje del compresor, y el compresor aspira ahora el refrigerante gaseoso. Ahora se condensa aquí y luego se fuerza a la tubería de alta presión. En este proceso, sin embargo, la temperatura del refrigerante aumenta. El condensador integrado en la parte delantera del vehículo es responsable de volver a bajar esta temperatura. En esta etapa, el estado físico del refrigerante cambia de gaseoso a líquido. El ahora líquido refrigerante se desvía al receptor-secador, donde se elimina la humedad. Próximo, el refrigerante pasa a través de la válvula de expansión. Después de pasar esta constricción, el refrigerante altera nuevamente su estado físico dentro del siguiente evaporador. La energía necesaria para este cambio se extrae del aire ambiente, que a su vez reduce la temperatura dentro del interior del vehículo. Ahora el compresor puede volver a aspirar el refrigerante gaseoso, lo que permite que el ciclo comience de nuevo.

Este principio de enfriamiento también sigue siendo el mismo para la aplicación R744. La única diferencia es que el marco técnico se modifica un poco. Debido a sus características, el dióxido de carbono impone otros requisitos al sistema en cuanto a presión y temperatura.

En comparación con un sistema de refrigeración móvil común, el intercambiador de calor interno adicional representa la mayor diferencia de todas. Esto es esencial porque los acondicionadores de aire que utilizan CO ₂ funcionan con una disipación de calor supercrítica por encima de 31 ° C. El ciclo de enfriamiento procede de la siguiente manera: el gas se condensa a una presión supercrítica dentro del compresor. Desde allí ingresa a un enfriador de gas, que desempeña el papel de condensador, en comparación con los sistemas comunes. El gas se enfría aquí, pero no se produce condensación. Entonces se produce un enfriamiento adicional en el siguiente intercambiador de calor. En el siguiente paso, el CO ₂ se empuja a través de la válvula de expansión, transformando el gas en forma de vapor. A continuación, esta porción de vapor se evapora dentro del evaporador, donde tiene lugar el efecto de enfriamiento.

Aparte del intercambiador de calor interno y el enfriador de gas que reemplaza al condensador, la alta presión esencial para este sistema representa la mayor diferencia con los sistemas de enfriamiento móviles anteriores. Las exigencias sobre la solidez de todos los componentes utilizados aumentan de acuerdo con la presión del sistema. Esta alta presión influye especialmente en la construcción del compresor, que como resultado necesita un nuevo diseño.

Las altas presiones requieren tecnología de medición de alto rendimiento

Un aspecto central en la construcción de nuevos compresores está representado por el tamaño molecular muy pequeño del CO ₂ , ya que se difunde rápidamente a través de materiales de sellado comunes. Por lo tanto, se requiere un sello del eje completamente nuevo para evitar la pérdida de enfriamiento. Este sello debe resistir las características químicas del refrigerante y ser capaz de soportar altas presiones del compresor en funcionamiento continuo, lo que puede determinarse durante pruebas a largo plazo en un banco de pruebas.

Incluso la carcasa del compresor en sí no puede adoptarse simplemente de los sistemas de refrigeración comunes. Para operar de manera eficiente a largo plazo, debe poder soportar altas temperaturas. Las presiones de succión muy fluctuantes, que influyen decisivamente en las presiones de la cámara de accionamiento, también representan un desafío importante. En el lado de alta presión, los valores máximos pueden alcanzar potencialmente un nivel de 200 bar. Debido a estas características, las fugas ocurrirían mucho más rápido entre los compresores comunes que cuando se opera con R134a. En comparación con hace varios años, hoy es posible una producción mucho más precisa de estos componentes y este problema ahora se puede superar. Por tanto, es imperativo un control constante de las presiones durante la construcción del prototipo.

Las altas presiones que surgen de los sistemas climáticos que utilizan CO ₂ tienen más ventajas que los buenos atributos medioambientales y un mejor rendimiento de refrigeración en comparación con el R134a. Debido a la mayor densidad de CO ₂ , el espacio de instalación necesario se reduce en comparación con refrigeradores similares o incluso de mejor rendimiento que utilizan R134a. Para el mismo rendimiento de enfriamiento, solo se requiere el 13% del flujo volumétrico de un compresor de refrigerante R134a.

Esta reducción de tamaño también refuerza el caso de una tecnología de medición de presión cada vez más compacta. Los sensores de presión de tipo piezorresistivo se ofrecen aquí debido a sus capacidades de miniaturización, función altamente precisa a bajas presiones e incluso sus resultados exactos en los rangos de presión más altos, en particular durante pruebas a largo plazo. Los transmisores  de presión de tipo piezorresistivo de STS ofrecen además a los fabricantes que desarrollan nuevos modelos la ventaja decisiva de que estos instrumentos, gracias a su construcción modular, pueden adaptarse rápidamente a nuevos requisitos.