CO₂ subcrítico o transcrítico: qué sistema frigorífico elegir

El CO₂, que como refrigerante se llama R744, puede trabajar en sistemas subcríticos o transcríticos. La diferencia está en cómo evacúa el calor: en un subcrítico el CO₂ condensa por debajo de su punto crítico; en un transcrítico la parte de alta supera ese punto y el calor se cede en un enfriador de gas (gas cooler), sin condensación convencional.

Ninguno es mejor en términos absolutos. La elección depende del proceso, las temperaturas, el clima, la potencia, la recuperación de calor y el mantenimiento disponible.

¿Qué es el R744 y por qué se usa en frío industrial?

Es dióxido de carbono usado como refrigerante: natural, sin flúor, con potencial de agotamiento de ozono nulo y PCA de referencia 1. Tiene clasificación de seguridad A1 (baja toxicidad y no inflamable), una capacidad frigorífica volumétrica alta que permite tuberías más pequeñas, buen comportamiento en baja temperatura y la posibilidad de producir frío y calor con el mismo sistema.

A cambio, trabaja a presiones muy superiores a las de los HFC y necesita componentes específicos. Y aunque sea A1, en concentraciones altas desplaza el oxígeno. No conviene elegirlo solo por ser natural: la configuración adecuada depende de cada instalación.

¿Qué es el punto crítico y por qué cambia el diseño?

Por debajo de unos 31 °C y 73,8 bar, el CO₂ pasa de gas a líquido condensando, como cualquier refrigerante. Por encima, desaparece la separación entre líquido y vapor y el fluido entra en zona supercrítica. Eso obliga a sustituir el condensador por un enfriador de gas y a regular activamente la presión de alta para optimizar capacidad y eficiencia. Por eso la temperatura exterior pesa tanto en un sistema que evacúa calor al aire.

¿Cómo funciona el CO₂ subcrítico en cascada?

En una instalación subcrítica todo el ciclo queda por debajo del punto crítico. Para condensar el CO₂ por debajo de unos 31 °C hace falta un medio frío: lo habitual es una cascada, en la que el CO₂ produce frío en baja temperatura y un segundo circuito (amoníaco, un A2L, un hidrocarburo o glicol frío) recoge su calor en un intercambiador que hace de condensador del CO₂ y evaporador del circuito superior. Así el CO₂ no condensa contra el aire exterior y se mantiene subcrítico aunque haga calor.

Es muy frecuente en cámaras y túneles de congelación, almacenes de congelado y cascadas NH₃/CO₂ en industria alimentaria. Tiene presiones de diseño inferiores al transcrítico y permite sacar el amoníaco de las zonas de trabajo y dejarlo confinado en la sala de máquinas. A cambio, son dos tecnologías con controles coordinados, y una parada del circuito superior hace subir la presión del CO₂: incluso parado, el CO₂ confinado absorbe calor del ambiente.

¿Cómo funciona el CO₂ transcrítico?

El compresor descarga por encima del punto crítico y el refrigerante se enfría en el enfriador de gas sin cambiar de fase. Después, una válvula de alta presión lo expande hasta un recipiente intermedio: el líquido alimenta los evaporadores y el gas de expansión se gestiona con bypass, compresión paralela o eyectores. Regular bien la presión del enfriador de gas y del recipiente es clave para la eficiencia y la estabilidad.

La configuración más extendida es el booster: una sola central atiende media y baja temperatura, con los compresores de baja descargando en la aspiración de media, todo con CO₂ y sin un segundo refrigerante. Nació en supermercados y hoy se aplica en centros logísticos, plataformas de fresco y congelado e industria alimentaria, sobre todo cuando se puede aprovechar a la vez frío, congelación y recuperación de calor.

CO₂ subcrítico o transcrítico: diferencias principales

¿A qué presiones trabaja y qué pasa en una parada?

Algunos componentes transcríticos se diseñan para 140–150 bar, y los subcríticos trabajan con límites inferiores. Equipos, tuberías, válvulas, soldaduras y pruebas tienen que ser compatibles con la presión de diseño del circuito, incluida la que se alcanza en parada: no basta con que una conexión tenga el diámetro adecuado.

¿Qué sistema consume menos energía?

No hay un ganador universal. El consumo depende de la temperatura exterior, las temperaturas de evaporación, la salida del enfriador de gas, las cargas parciales, el perfil anual, la recuperación de calor y el control. En meses frescos el transcrítico trabaja cerca o por debajo del punto crítico y rinde muy bien; en verano, si no hay estrategia, la eficiencia cae. Compresión paralela, eyectores, enfriamiento adiabático, subenfriamiento y presión flotante corrigen buena parte de esa penalización.

En climas como el de Lleida o Zaragoza, con veranos muy cálidos, un transcrítico funciona, pero hay que diseñarlo para ese clima (ubicación del enfriador de gas, horas cálidas reales, adiabático, eyectores) y no copiar una configuración pensada para el norte de Europa. Danfoss ha publicado un estudio de simulación con datos climáticos reales que lo ilustra: la comparación siempre tiene que hacerse para el clima, la potencia y el perfil de cada proyecto, con una simulación energética anual y no con un punto nominal.

¿Se puede recuperar calor de un sistema de CO₂?

Sí, y es una de sus grandes bazas. La descarga de un transcrítico sale a temperatura alta y puede producir agua caliente sanitaria o de limpieza, calefacción, precalentamiento de agua de proceso o calor para desescarche. Su valor real depende de que la demanda de calor coincida en el tiempo con la de frío, de la temperatura que se necesite, de la distancia al punto de consumo y de la acumulación. Una industria que usa agua caliente todos los días le saca mucho más partido que otra con demanda ocasional.

¿Es seguro el CO₂?

Es A1 y no inflamable, pero no está libre de riesgos: es incoloro, no da una señal olfativa fiable, es más denso que el aire y se acumula en zonas bajas, donde puede causar asfixia. Suma además presiones elevadas, riesgo de quemaduras por frío en descargas y expansión de líquido atrapado. Por eso necesita detectores de CO₂ a la altura adecuada, alarmas, ventilación de emergencia, descargas conducidas a lugar seguro, válvulas bien dimensionadas y personal formado. Al no ser un gas fluorado, no le afecta la reducción de HFC del Reglamento F-Gas, pero sí el RSIF (RD 552/2019), la normativa de equipos a presión y la de prevención de riesgos.

¿Cuándo elegir subcrítico, transcrítico u otra opción?

El estudio debe comparar soluciones completas, no refrigerantes sueltos, y basarse en el coste total durante la vida útil: inversión, energía, mantenimiento, recuperación de calor y riesgo de una parada.

Proyectos de Isofred con CO₂

Las dos muestran la misma lógica: el amoníaco confinado en la sala de máquinas para las temperaturas positivas y el CO₂ en congelación. Puedes ver estos y otros casos en nuestros proyectos y en frío industrial para logística.

¿Qué errores se repiten más con el CO₂?

• Elegirlo solo porque es un refrigerante natural, o confundir baja toxicidad con ausencia de riesgo.
• No estudiar qué pasa con la presión durante una parada o un corte eléctrico.
• Dimensionar con una única temperatura exterior e ignorar el clima local.
• Instalar componentes sin presión de diseño suficiente.
• No calcular el consumo anual ni el aprovechamiento real del calor.
• Copiar una configuración de supermercado en una industria con otro perfil de carga.
• Comparar solo el precio inicial.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre CO₂ subcrítico y transcrítico? En el subcrítico el CO₂ condensa por debajo de su punto crítico, normalmente en cascada con otro refrigerante. En el transcrítico la descarga supera ese punto y el calor se evacúa en un enfriador de gas, sin condensación convencional.

¿Cuál consume menos? Depende del clima, las temperaturas, la configuración y la recuperación de calor. Hay que simular el consumo para el perfil anual real de la instalación.

¿El CO₂ es inflamable? No. Es A1. Pero desplaza el oxígeno, se acumula en zonas bajas y puede causar asfixia en concentraciones altas.

¿Le afecta el Reglamento F-Gas? No como a los HFC, porque no es un gas fluorado. La instalación sí debe cumplir el RSIF, la normativa de equipos a presión y el resto de normas de seguridad.

¿Sirve el transcrítico en climas cálidos? Sí, con un diseño adecuado: compresión paralela, eyectores, subenfriamiento o enfriamiento adiabático mejoran mucho su rendimiento en verano.

Nota técnica: la configuración óptima depende del proceso, las temperaturas, la potencia, el clima, las horas de funcionamiento y la capacidad de mantenimiento. Este artículo es informativo y no sustituye un cálculo frigorífico ni un proyecto conforme al RSIF.