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Análisis Energético, Exergético y Ambiental de un Sistema de Refrigeración Booster con R744 (CO2) Basado en Eyector con Recuperación de Calor Interna Integrado con un Sistema Rankine Orgánico para Cadenas de Supermercados

Resumen

La creciente presión legislativa para mitigar el cambio climático ha promovido la adopción de tecnologías de refrigeración más sostenibles, como los sistemas basados en CO₂ (R-744). La investigación de estas soluciones resulta esencial para reducir el impacto ambiental del sector, mejorar la eficiencia energética y avanzar hacia una economía circular. En este estudio, se evalúa el rendimiento energético, exergético y ambiental de un sistema de refrigeración tipo booster con CO₂ (R-744), basado en eyector e integrado con un ciclo Rankine orgánico. El análisis se realiza considerando condiciones climáticas de Bucaramanga y una capacidad de enfriamiento total de 80 kW. Para ello, se desarrollaron modelos termodinámicos detallados para dos configuraciones: una que integra el ciclo Rankine orgánico con recuperación de calor interna (REF+ORC) y otra correspondiente al sistema booster basado en eyector, sin dicha integración (SOLO REF). El análisis comparativo muestra que el sistema con integración ORC presenta un mejor desempeño global a temperaturas inferiores a 25 °C, lo que lo hace inviable para Bucaramanga, pero adecuado para ciudades con climas más fríos. La incorporación de un eyector de alta efectividad representa un incremento de 22.3% en el rendimiento global del sistema (COP) debido a que reduce el consumo del compresor de media temperatura, sin afectar la cogeneración del ORC. Aunque la integración del ORC implica ciertos consumos auxiliares, el análisis exergético evidenció una mayor efectividad global del sistema al reducir pérdidas irreversibles. En el análisis ambiental no se evidencian diferencias significativas (<1%) entre los resultados del TEWI y del LCCP. Esto se debe a que la mayor parte de las emisiones del sistema se generan durante la fase operativa, mientras que las emisiones embebidas incluidas en el LCCP representan una fracción mínima del total. En consecuencia, el TEWI se consolida como una métrica suficiente y representativa para evaluar el desempeño ambiental del sistema.