CO₂ Refrigeration System for Cruise Ship Applications
Enex Technologies & Clauger-Technofrigo srl
Llevando la refrigeración natural al mar: un sistema pionero de refrigeración de CO₂ para aplicaciones en cruceros
Resumen ejecutivo
La transición de la industria HVACR hacia refrigerantes naturales está en marcha en supermercados, plantas industriales y edificios comerciales. Sin embargo, algunos de los entornos de refrigeración más desafiantes siguen siendo en gran medida intactos por esta transformación.
Este proyecto demuestra que el futuro de la refrigeración sostenible puede ir mucho más allá de las aplicaciones terrestres.
Gracias a una colaboración estratégica entre Enex Technologies y Clauger-Technofrigo srl, se ha diseñado e implementado con éxito un sistema de refrigeración de CO₂ altamente innovador a bordo de un crucero moderno, superando los retos técnicos, operativos y de fiabilidad únicos asociados a los entornos navales.
El proyecto combina la reconocida experiencia de Clauger en ingeniería de refrigeración industrial e integración de sistemas complejos con el liderazgo de Enex Technologies en tecnologías avanzadas de refrigerantes naturales, creando una instalación que marca un nuevo referente para la refrigeración marina sostenible.
El poder de la sociedad
Implementar con éxito un sistema transcrítico de CO₂ en un crucero requirió la convergencia de dos áreas de especialización complementarias.
Enex Technologies aporta décadas de experiencia en refrigerantes naturales y tecnologías transcríticas de CO₂, respaldada por un portafolio integral de soluciones climáticas para todas las aplicaciones HVACR diseñadas en torno al CO₂, propano, amoníaco y agua. La empresa ha desarrollado numerosas innovaciones destinadas a mejorar la eficiencia, fiabilidad y escalabilidad de los sistemas de refrigerantes naturales.
Clauger-Technofrigo S.r.l., parte del Grupo Clagarr, una empresa familiar francesa fundada en 1971 y activa en más de 100 países, aporta más de 50 años de experiencia en la implementación de complejos proyectos industriales de refrigeración a nivel mundial. Apoyados por una red de 28 centros operativos, combinamos una reconocida experiencia en refrigeración industrial, tratamiento de aire de procesos y soluciones medioambientales con un soporte integral a lo largo de toda la cadena de valor, desde ingeniería y fabricación hasta instalación, puesta en marcha y servicios de ciclo de vida.
Ambas empresas trabajaron juntas en la tarea crucial de adaptar el sistema a las necesidades específicas de la operación de cruceros. El resultado es un proyecto que ninguna de las dos compañías podría haber logrado por sí sola: una solución de refrigeración con CO₂ totalmente integrada capaz de ofrecer un rendimiento de grado industrial en uno de los entornos operativos más desafiantes del mundo.
El reto: llevar CO₂ por la costa
Aunque los sistemas transcríticos de CO₂ son ahora ampliamente aceptados en supermercados y plantas industriales, las aplicaciones marinas presentan un nivel de complejidad completamente diferente.
Un sistema de refrigeración de cruceros debe operar continuamente mientras atraviesa diversas zonas climáticas, incluidas regiones tropicales donde las condiciones ambientales pueden afectar significativamente la presión y el rendimiento del sistema.
Desafíos adicionales incluyen:
- Diferentes requisitos de voltaje y frecuencia a bordo.
- Funcionamiento continuo con prácticamente ninguna tolerancia para el tiempo de inactividad.
- Soporte de servicio en diferentes océanos y zonas horarias.
- Disponibilidad de repuestos durante el viaje.
- Estabilidad del sistema durante una operación prolongada bajo condiciones ambientales altamente variables.
Este proyecto pretendía demostrar que los refrigerantes naturales pueden abordar estos problemas ofreciendo una fiabilidad y un rendimiento ambiental significativamente mejorados.
La solución técnica
En el corazón de la instalación se encuentra un avanzado rack de CO₂ transcrítico Yukon de Enex Technologies, diseñado específicamente para operaciones marítimas.
El sistema proporciona refrigeración a dos niveles de temperatura diferentes:
| kW | Condiciones | |
| Baja temperatura y Temperatura del medio | 240 | -13 °C temperatura de evaporación Dowcal200, temperatura de salida de entrada -6°C, -10°C |
| 160 | -38 °C temperatura de evaporación Hycool 45%, temperatura de salida de entrada -29°C, -33°C |
El Yukon Rack se basa en una disposición de compresores 4+4 con etapas dedicadas de compresión a temperatura media y baja.
Una etapa compresora suministra el circuito a temperaturas más altas, mientras que la segunda etapa sirve para aplicar congelación a bajas temperaturas.
La instalación fue diseñada con altos niveles de resistencia a la presión en todos los circuitos principales, con presiones de diseño de 60 bar en el lado de baja presión: 80 bar para el receptor de líquido y 130 bar en el lado de alta presión. Esta configuración se eligió para maximizar la seguridad técnica y ayudar a prevenir disparos con válvulas de seguridad, incluso en condiciones de funcionamiento exigentes. También se prestó especial atención a los requisitos medioambientales y de seguridad a bordo en el diseño eléctrico y de aislamiento, con cableado libre de halógenos y una capa de aislamiento debidamente seleccionada.
Tecnología innovadora de gravedad
Uno de los aspectos más innovadores del proyecto es la aplicación de la tecnología propietaria de CO₂ alimentada por gravedad de Enex Technologies en el circuito refrigerado.
El rack Yukon incorpora un receptor de líquido horizontal desde el que se distribuye CO₂ líquido a dos intercambiadores de calor de placas dedicados instalados en paralelo.
En lugar de depender de bombas de circulación mecánicas, el vapor generado dentro de los intercambiadores de calor regresa naturalmente al receptor del líquido mediante circulación gravitacional.
Este diseño ofrece varias ventajas importantes:
- Eliminación de bombas de circulación.
- Reducción de la complejidad del sistema.
- Mayor fiabilidad.
- Menor consumo de energía.
- Mejora de la eficiencia térmica.
Lo más importante es que el diseño permite que el perfil de temperatura de CO₂ siga de cerca el del fluido secundario. En comparación con las soluciones tradicionales, esto permite:
- Temperaturas de evaporación más altas.
- No hace falta sobrecalentarse.
- Mejora de la eficiencia termodinámica.
- Mejor rendimiento general del sistema.
Lograr una circulación natural estable bajo condiciones de operación marina requirió una ingeniería y un equilibrio de sistemas excepcionalmente precisos por parte de ambos socios del proyecto.
Arquitectura avanzada de varias etapas
La instalación incorpora un conjunto sofisticado de componentes diseñados para maximizar la eficiencia, la fiabilidad y la seguridad operativa.
Los componentes clave del sistema incluyen:
Paquete de compresión
- Compresores de temperatura media.
- Compresores de baja temperatura.
Gestión térmica
- Intercambiador de calor de placa intermedia que actúa como intercooler/dessobrecalentador entre las dos etapas de compresión.
- Intercambiador de calor de placas regenerativo para optimizar la eficiencia del ciclo.
- Intercambiador de calor de placa condensadora refrigerado por agua: El condensador utiliza agua a 36°C procedente del circuito técnico del recipiente.
- Subenfriador de gas post-enfriador: Una etapa dedicada de subenfriamiento que utiliza agua a 6°C de un circuito integrado separado. Esta característica de diseño es fundamental para la estrategia de eficiencia del proyecto. Al reducir la temperatura total del agua de entrada, el sistema puede operar en modo subcrítico siempre que las condiciones lo permitan, reduciendo significativamente la relación de presión del compresor y mejorando el rendimiento termodinámico.
El resultado es una menor demanda energética para el compresor, mayor eficiencia del sistema y reducción de los costes operativos. En un entorno offshore, donde la eficiencia operativa es un criterio clave de rendimiento, esta solución es una contribución importante a la sostenibilidad y eficacia general de la instalación.
Alta fiabilidad para la operación offshore
Para los sistemas de refrigeración que operan en medio del océano, la fiabilidad es un principio de diseño fundamental. A diferencia de las instalaciones terrestres, los sistemas de refrigeración de los cruceros deben mantener un funcionamiento continuo independientemente de la ubicación, las condiciones meteorológicas o el acceso inmediato a soporte técnico. Incluso fallos menores en componentes pueden causar costosos tiempos de inactividad y interrupciones operativas.
Para abordar estos desafíos, el sistema de CO₂ del Yukon ha sido diseñado pensando en los niveles de redundancia y protección, asegurando el máximo tiempo de funcionamiento en todas las condiciones. La instalación también incluye la certificación de Lloyd’s para el buque y los intercambiadores de calor, reforzando aún más la confianza en la calidad, robustez y cumplimiento de los componentes principales.
Una característica clave de la instalación es la arquitectura de doble control de alta presión. La válvula electrónica de alta presión es uno de los componentes más críticos de un sistema de CO₂ transcrítico, ajustando continuamente las presiones de funcionamiento y asegurando un rendimiento óptimo del sistema. En configuraciones convencionales, una avería de esta válvula podría afectar el funcionamiento del sistema y causar tiempos de inactividad significativos.
Para eliminar este riesgo, Enex Technologies ha incorporado una válvula mecánica paralela de alta presión, creando una estrategia de control redundante diseñada específicamente para aplicaciones offshore exigentes. Si falla la válvula electrónica primaria, la válvula mecánica paralela puede mantener el funcionamiento del sistema, asegurando la continuidad de la refrigeración y mejorando significativamente la fiabilidad general.
Este enfoque ofrece una capa adicional de seguridad que es especialmente valiosa en entornos marinos, donde la intervención técnica inmediata puede no estar siempre disponible.
En conjunto, estas características crean una plataforma de refrigeración altamente resistente que ofrece un rendimiento estable, eficiente y fiable durante largos viajes a través de diferentes zonas climáticas.
Para Enex Technologies y Clauger, la fiabilidad no se trató como un accesorio, sino como un objetivo fundamental de diseño, asegurando que los beneficios medioambientales de los refrigerantes naturales puedan ofrecerse con la confianza operativa requerida por la industria marítima.
Sistema de Protección de Emergencia
Una característica especialmente innovadora es la unidad de refrigeración de respaldo dedicada R134a, conectada directamente al receptor de líquido.
Si ocurre una avería inesperada o problemas eléctricos o de suministro de red hacen que la presión aumente dentro del circuito de CO₂ , la unidad de respaldo enfría automáticamente el refrigerante contenido en el receptor. Al reducir tanto la temperatura como la presión, el sistema estabiliza el funcionamiento y proporciona tiempo valioso para que el personal a bordo intervenga de forma segura. Esta característica es especialmente importante en aplicaciones marinas, donde puede no haber asistencia técnica externa inmediata.
Impacto ambiental e industrial
Además del resultado técnico, este proyecto representa un hito significativo en la descarbonización de la refrigeración marina.
Al adoptar con éxito el CO₂ como refrigerante principal, la instalación demuestra que las tecnologías de refrigerantes naturales pueden ofrecer una alternativa viable a los refrigerantes sintéticos tradicionales incluso en aplicaciones críticas en alta mar.
El proyecto establece una hoja de ruta práctica para constructores navales, operadores de cruceros y especialistas en refrigeración marina que desean reducir su impacto medioambiental manteniendo los más altos estándares de fiabilidad operativa.
Demuestra que la tecnología de CO₂ transcrítico ya no se limita a supermercados, almacenes o plantas industriales, sino que está lista para algunas de las aplicaciones de refrigeración más exigentes del mundo.
¿Por qué es relevante este proyecto?
Este proyecto es mucho más que una instalación exitosa.
Representa:
- Una aplicación revolucionaria de refrigerantes naturales en el sector marítimo.
- Una colaboración de clase mundial entre dos líderes en refrigeración.
- Una adaptación innovadora de la tecnología transcrítica de CO₂ para la operación en alta mar.
- Una solución altamente diseñada que equilibra eficiencia, sostenibilidad y fiabilidad.
- Un proyecto replicable para el futuro de la refrigeración marina.
Combinando la experiencia de Clauger en la integración de la refrigeración industrial con la avanzada tecnología CO₂ de Enex Technologies, este proyecto demuestra que la refrigeración sostenible puede operar donde sea necesario, incluso en medio del océano.
Durante décadas, los refrigerantes naturales han transformado la refrigeración en tierra. Este proyecto demuestra que la transición no se detiene en la costa. Juntas, Enex Technologies y Clauger han demostrado que la tecnología CO₂ puede navegar con éxito en uno de los entornos más desafiantes del mundo, estableciendo un nuevo estándar para la refrigeración marina sostenible.
Diagrama simplificado del sistema:
Los componentes más importantes del diagrama son:
- Compresores de baja temperatura
- Intercambiador de calor de placa de intercooler
- Compresores de temperatura media
- Intercambiador de calor de placa de condensador
- Subcooler de gas post-enfriador
- Intercambiador de calor de placas regenerativas
- Válvula de alta presión, con redundancia tanto electrónica como mecánica
- Receptor de líquido y unidad de refrigeración de respaldo asociada
- Intercambiador de calor de placa evaporadora (Dowcal 200E)
- Intercambiador de calor de placa evaporadora (Hycool 45%) con válvula de expansión
