aefyt guia para la mejora de la eficiencia energetica de las inst frig mayo 2014

7/24/2019 Aefyt Guia Para La Mejora de La Eficiencia Energetica de Las Inst Frig Mayo 2014

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ASOCIACIN DE EMPRESAS DE FRO Y SUSTECNOLOGAS

GUA PARA LA MEJORA DE LA

EFICIENCIA ENERGTICA DE LASINSTALACIONES FRIGORFICAS

MAYO 2014


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PUBLICACIN PROPIEDAD DE AEFYT

TTULO DE LA PUBLICACINGua para la mejora de la Eficiencia Energtica de las Instalaciones Frigorficas

AUTORES: En la redaccin de esta Gua han participado:D. Ricardo Gimnez Lpez Ingeniero Consultor. Asesor de AEFYT

D. Federico Garca Ruz Ingeniero. Coordinador del Comit Tcnico de AEFYT

D. Manuel Lama Soldevilla Ingeniero. Investigador del ICTAN (CSIC)

D. Juan Carlos Rodriguez Dominguez Ingeniero de Johnson Controls Refrig.

Adems han participado en la revisin de la misma Tcnicos expertos de BC

Systems SL y de Frost-Trol SA

Cualquier reproduccin, parcial o total de la presente publicacin, debe contar con laaprobacin por escrito de AEFYT.

Depsito Legal: M-xxxxx-2014

Esta Gua recibe el apoyo institucional de

Y ha sido patrocinada por las siguientes Entidades:

Asociacin de Empresas de Fro y sus Tecnologas

Arkema Qumica SA Dicostock Industrial SL

Emerson Climate Technologies SA Frost-Trol SA

Grupo de Fabricantes de BC Systems-RivacoldEnfriamiento Evaporativo


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INDICE PginaPRLOGO 014INTRODUCCIN 015

CAPITULO 11. Consideraciones Generales. 018

CAPITULO 22. Conceptos Tericos. 0202.1 Consumo de energa. 0202.2 El ciclo de Rankine. 0212.3 Coeficiente de eficiencia (COP). . 0212.3.1 Estimacin del COP. 0252.3.2. Influencia del recalentamiento y del subenfriamiento. 027

2.3.2.1 Recalentamiento. .. 0272.3.2.2 Subenfriamiento. .. 0292.3.2.3 Efecto del subenfriamiento interno con un intercambiador lquido-vapor. .. 030

CAPITULO 33. Estimacin de la carga trmica. 0323.1 Formas de reducir la carga y puntas trmicas. ... 0323.1.1 Aadiendo algn equipo de apoyo al circuito frigorfico. .. 0333.1.2 Aprovechando el calor residual del aire de extraccin. .. 034

3.1.3 Recuperando calor residual procedente de lquidos de proceso. 0353.1.4 Desplazando parte de las cargas trmicas a horas de tarifa baja. 0353.1.5 Reduciendo las puntas de carga trmica. 0363.1.6 Disminuyendo el consumo de las bombas de los sistemas indirectos. .. 0363.1.7 Utilizando el fro natural (free cooling). . 0373.1.8 Adoptando determinadas medidas en los locales refrigerados. 0383.2 Clculos en almacenes frigorficos. . 0393.2.1 Datos del almacn. 0393.2.2 Cargas trmicas y consumos. 0403.2.3 Medidas sugeridas para reducir el consumo. 042

3.2.3.1 Transmisin. .. 0423.2.3.2 Infiltraciones. . 0433.2.3.3 Iluminacin. .. 0443.2.3.4 Desescarche. . 0453.2.3.5 Distribucin de los consumos de energa. 045

CAPITULO 44. Eleccin del tipo de refrigerante y del sistema frigorfico.. 0474.1 Tipo de Refrigerante. . 047

4.2 Sistemas de expansin: seca e inundada. .. 0484.3 Sistemas: directos e indirectos. . 049


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4.4 Etapas de compresin. . 0534.4.1 Sistema de una etapa de compresin. .. 0544.4.2 Sistemas de dos etapas de compresin. .. 0554.4.3 Sistema con economizador para compresores de tornillo. . 0554.4.4 Sistemas en cascada. .. 0564.4.5 Comparacin entre los diversos sistemas de compresin. .. 0574.4.5.1 Instalaciones de NH3. .. 0584.4.5.1.1 Instalaciones en cascada con NH3en alta. 0604.4.5.2 Instalaciones de R-404A. . 0614.5 Tipos de economizadores. . . 0634.6 Mtodos de condensacin. . 0664.7 Alternativa al sistema de compresin mecnica. La absorcin. 0674.7.1 Ciclo de absorcin. . 0674.7.2 Planta de absorcin de amonaco agua. .. 068

4.7.3 Planta de absorcin de bromuro de litio-agua. 072

CAPITULO 55. Seleccin de componentes. 0745.1 Compresores. .. 0745.1.1 Particularidades de los compresores. . . 0775.1.1.1 Economizadores. .. 0775.1.1.2 Relacin interna de volmenes en los compresores de tornillo (Vi). 0795.1.1.3 Nivel sonoro de los compresores y sus motores de accionamiento. . 081

5.1.1.4 Condiciones de aspiracin de los compresores. 0815.1.1.5 Combinaciones de varios compresores. 0815.2. Intercambiadores de calor. . 0875.2.1 Condensadores. 0875.2.1.1 Condensacin por aire. .. 0905.2.1.2 Aerorefrigeradores. 0925.2.1.3 Condensadores adiabticos. ... 0935.2.1.4 Condensadores evaporativos y torres de enfriamiento. . 0945.3 Evaporadores y enfriadores de aire y de lquidos. 0965.3.1 Evaporadores y enfriadores ms utilizados. .. 0965.3.2 Principales caractersticas constructivas. .. 0965.3.3 Transmisin de calor. 0975.3.4 Desescache de evaporadores. 0975.3.5 Valores de diferenciales de temperaturas usuales y tendencias. ... 1045.3.6 Aplicacin de los evaporadores. 1055.4 Dispositivos y sistemas de expansin. . 1115.5 Motores elctricos. 1195.5.1 Motores asncronos. 1205.5.2 Motores asncronos de imanes permanentes. . 121

5.6 Bombas y ventiladores. 1235.6.1 Bombas para la circulacin de fluidos. . 124


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5.6.1.1 Bombas para refrigerantes. .. 1245.6.1.2 Bombas para agua y fluidos secundarios. 1255.6.2 Ventiladores. .. 1275.7 Depsitos en las instalaciones de refrigeracin. 1295.8 Tuberas y accesorios. 1305.8.1 Tuberas horizontales. . 1325.8.2 Tuberas verticales y altura esttica. 1335.8.3 Vlvulas. .. 1365.9 Muebles frigorficos. ... 138

CAPITULO 66. Estrategias de control para reducir los consumos de energa. 1416.1 Evaporacin flotante. .. 1416.2. Condensacin flotante. .. 141

6.3 Control de velocidad de los ventiladores. .. 1446.4 Subenfriamiento del lquido. . 1476.5 Variadores de velocidad para accionamiento de compresores frigorficos. 1486.5.1 Anlisis del uso de variadores de frecuencia en compresores. 1496.6 Sistemas de control. 152

CAPITULO 77. Acumulacin de fro. 1547.1 En el propio producto almacenado. . 154

7.2 Mediante calor sensible en lquidos. 1547.3 Por medio de la acumulacin de hielo. 1547.3.1 Descripcin de la acumulacin de hielo. .. 1557.3.2 Generacin de hielo. . 1567.3.3 Informacin imprescindible para el diseo. . 1577.3.4Aplicaciones ms frecuentes de la acumulacin de hielo. 1577.3.4.1 Sistemas con formacin de hielo en el exterior de tubos. .. 1577.3.4.2 Sistemas con formacin de hielo fuera del tanque de almacenamiento.. 1587.3.4.3 Sistemas con formacin de hielo en esferas o bolas. 158

CAPITULO 88. Recuperacin del calor de condensacin... 1608.1 Sistemas de aprovechamiento directo. . 1628.1.1 Recuperacin del calor sensible. .. 1628.1.2 Recuperacin del calor latente. . 1638.1.3 Recuperacin del calor de condensacin total. . 1638.1.4 Recuperacin del calor de enfriamiento del aceite. .. 1658.1.5 Circuitos de la recuperacin de calor directo. 1658.2 Sistemas con aprovechamiento indirecto. Bombas de calor. 166

8.2.1 Tipos de bombas de calor. . 1668.2.2 Refrigerantes para las bombas de calor. . 168


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8.2.3 Sistemas bsicos para bombas de calor. 1698.2.3.1 Bombas de calor de simple etapa. .. 1698.2.3.2 Bombas de calor de doble etapa. 1708.3 Recuperacin de calor en sistemas transcrticos. . 1738.4 Prdida de presin en los circuitos de recuperacin de calor. .. 1738.5 Temperaturas y presiones de diseo en los circuitos de recuperacin de calor. 173

CAPITULO 99. Mantenimiento de las instalaciones frigorficas.. 1749.1 Mantenimiento del interior de los circuitos frigorficos. 1749.1.1 Contaminacin interior y como combatirla. Incondensables y agua. 1759.1.2 Incidencia del agua en los circuitos de NH3. 1759.1.2.1 Eliminacin del agua de los circuitos. .. 1769.1.3 Incidencia de los incondensables en las instalaciones. 178

9.1.3.1 Eliminacin de los incondensables del circuito. 1799.1.4 El aceite en los circuitos de refrigeracin. 1809.2 Mantenimiento de los intercambiadores de calor. 1819.2.1 Limpieza de los intercambiadores de calor. .. 1829.3 Control de la carga de refrigerante. .. 182

CAPITULO 1010. Coste del ciclo de vida. 184

CAPITULO 1111. Inversiones y sus clculos financieros... 18611.1 Mtodos de clculo. 187

BIBLIOGRAFA.. 193

ANEXOS

ANEXO l1. Ahorro de energa en instalaciones existentes. 1941.1 Estimacin de ahorros potenciales. ... 1941.2 Ahorros por inversiones en modificaciones. .. 1951.3 Ahorros potenciales por modificaciones concretas. .. 196

ANEXO ll2. Introduccin. 1972.1 Diferencias de temperatura en intercambiadores de calor para refrigeracin. 1972.1.1 Definicin de las diferencias de temperatura usadas en este anexo. 1972.1.2 Valores medios usuales y aconsejables. .. 198


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ANEXO III3. Consideraciones sobre el COP. 2023.1 Introduccin. .. 2023.2 Ciclos de Compresin Mecnica: Ideal, Terico-Prctico y Real. 2033.2.1 COP de la compresin. ... 2033.2.1.1 Mquina Ideal Ciclo de CARNOT. .. 2033.2.1.2 Mquina Terico-Prctica Ciclo de Rankine Modificado. 2053.2.1.3 Mquina Frigorfica Real. . 2063.2.2 COP de la instalacin. .. 2083.3 Ejemplo prctico. 208

ANEXO IV4. Datos de inters.... 212


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PRLOGO

La produccin de fro y su aplicacin es una tcnica de absoluta necesidad para el plenodesarrollo de nuestras actividades y subsistencia cotidiana, como lo podemos observar encasi todas las ramas industriales, terciarias y domstica que nos rodean. Por potencia y

capacidad frigorfica destaca la actividad industrial sobre la terciara y domstica, donde elsector agroalimentario se sita por delante de la industria qumica, farmacutica ymecnica.

Esta tcnica es una de las actividades ms sensibles de las cadenas de produccin en lossectores mencionados por el grado de fiabilidad que deben ofrecer al funcionamiento y alas variaciones de cargas, y cuya prestacin genera un elevado consumo de energa.

Sin embargo, la produccin de fro est experimentando avances tecnolgicos y

legislativos que justifican analizar los potenciales de ahorro y de mejora energtica quetienen las instalaciones existentes, y cuya reforma producir elevados beneficiosenergticos y econmicos para sus titulares y el pas.

La sustitucin de equipos de compresin que han quedado obsoletos ante mquinastecnolgicamente ms avanzadas, con altas capacidades en ahorro de energa por sucapacidad de modulacin a variaciones de la demanda del servicio (multietapa, variacinde las temperaturas de condensacin y/o evaporacin); la implantacin de nuevos sistemasde control, regulacin y monitorizacin, e incluso los nuevos fluidos refrigerantes y susexigencias especficas, son todas cuestiones de indudable inters desde un punto de vistatcnico cuya exposicin y desarrollo se contemplan en esta Gua para la mejora de laeficiencia energtica de las instalaciones frigorficas.

Este documento es un libro de fundamentos tcnicos de la produccin del fro muycompleto y cuya redaccin va abordando las distintas etapas donde la eficienciaenergtica, por una buena seleccin o diseo de los componentes, puede jugar un papelfundamental en el consumo posterior de la instalacin, criterios todos ellos que ha de tener

presente cualquier profesional vinculado a este tipo de instalaciones, bien en la fase deproyecto como en las posteriores de explotacin y mantenimiento.

Desde IDAE hemos valorado muy positivamente el contenido de esta gua y el esfuerzoasumido por AEFYT en su redaccin por ofrecer un documento de esta trascendencia yque servir de ayuda en la formacin de los tcnicos en fro que quieran abordar un buendiseo y uso, bajo criterios de eficiencia energtica, de las instalaciones de fro.

IDAEINSTITUTO PARA LA DIVERSIFICACIN Y AHORRO DE LA ENERGA


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INTRODUCCINEste manual pretende ser una gua sencilla y practica de medidas que se pueden adoptar a finde reducir el consumo de energa en las instalaciones frigorficas.Se puede aplicar total o parcialmente para:

a) El diseo y ejecucin de nuevas instalaciones.b) Las modificaciones de instalaciones existentes.c) El mantenimiento de las instalaciones.

La industria frigorfica es un considerable consumidor de energa. Datos de pases quepodran asimilarse a Espaa en este aspecto, y que disponen de estadsticas fiables (porejemplo Alemania), indican que la generacin de fro para este sector de aire acondicionado,refrigeracin industrial y comercial consume entre el 14 y 15 % del total del consumo de laenerga elctrica. En Espaa, considerando su situacin geogrfica y la mayor incidencia de laindustria alimentaria, importante usuario de estas instalaciones, en el total de su tejidoindustrial este porcentaje es probablemente superior.

En muchas industrias del sector alimentario el consumo de energa es uno de los mayorescostes de la produccin y tienen una influencia decisiva en la competitividad de los productosque produce o comercializa.Hasta fechas recientes el aspecto del consumo energtico de las instalaciones no tena lanecesaria consideracin ni en su diseo, ni en la ejecucin y mucho menos en su uso ymantenimiento.Sin embargo, los incrementos de los precios de la electricidad y los continuos ajustes en los

precios de los productos que se llevan al mercado, estn provocando en los ltimos aos uncambio radical en la manera de enfocar este aspecto por parte de los responsables de estas

industrias.Como consecuencia de la insuficiente trascendencia que se le daba al consumo, nosencontramos ahora con un fuerte potencial de mejora de la eficiencia tanto a nivel de diseode nuevas ejecuciones como en modificaciones de plantas en servicio, as como de ahorro deenerga en el mantenimiento de las existentes y de las nuevas.Este elemental manual pretende aportar ideas para reducir los costes de la energa consumidaen este tipo de instalaciones con los medios materiales disponibles y experimentados en elmercado, es decir sin recurrir a temas como nuevos desarrollos e investigaciones.Por otra parte, al plantearse la reduccin del consumo elctrico mediante el incremento de laeficiencia energtica de las instalaciones, se est afectando muy positivamente la proteccindel medio ambiente. Aunque este no sea el objetivo de partida de la esta GUIA.El comienzo del anlisis de este estudio parte del diseo de las instalaciones, en donde existeuna considerable mejora en la posterior eficacia de la planta, pasa luego por la eleccin de loselementos y componentes ms idneos y termina recordando los mtodos y trabajos demantenimiento que mayores aportaciones ofrecen al ahorro de energa. Los tres aspectostienen relevancia similar y los tres deben de considerarse como partes importantes de la

presente gua.Queda fuera de este anlisis el establecimiento de los puntos de partida bsicos del proyecto,los cuales son igualmente de la mxima importancia, pero que entendemos no corresponden

ni al ingeniero frigorista ni al instalador, aunque sera deseable que se les consultase antes dela toma de decisiones. Algunos de ellos son por ejemplo:


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Determinacin de las temperaturas de trabajo en las cmaras frigorficas.

Temperaturas hasta las que se deben de enfriar los productos congelados antes deintroducirlos en las cmaras.

Tipo, forma y orientacin de las edificaciones.

Eleccin de los refrigerantes o grupos de refrigerantes. Ubicacin de las salas de mquinas, evitando distancias largas entre la generacin

del fro y los puntos de consumo.

Los mtodos de condensacin ms idneos.Para hacer una valoracin de la instalacin frigorfica y las consecuencias que acarrea desdelos puntos de vista de costes para el industrial y efectos para el medio ambiente, ya no essuficiente el considerar como principal parmetro el coste de la inversin. Es necesarioampliar el anlisis al concepto denominado costes del ciclo de vida .En este ltimo debende intervenir los costes totales de la instalacin durante los aos de vida esperados o

previstos:a. costes de la inversin y amortizacin,

b. costes de la energa consumida durante ese periodo,c. costes de mantenimientod. costes de desmantelamiento.

No debera sorprender el hecho de que, en el fro industrial y comercial para el sectoralimentario, los costes que se producen por el consumo energtico durante su ciclo de vidausual pueden llegar a ser varias veces superiores al coste de la inversin.Segn literatura especializada, de fcil constatacin mediante los necesarios clculos, elconsumo de energa suele representar como media hasta el 70% de los costes totales del ciclo

de vida.Un ejemplo ms, son los datos que facilita la VDKL, Asociacin alemana de almacenesfrigorficos (*). Segn los cuales la instalacin de fro alcanza como media dos terceras

partes del consumo total de energa de los almacenes frigorficos (el resto proviene de lascarretillas, calefaccin, iluminacin, etc.). Supone, por otra parte, el 25 % del total de loscostes generales de estas empresas.(*)www.vdkl.de.Apartado Strompol.2012

No es de extraar, con los datos anteriores, la marcada tendencia de la industria frigorfica a

buscar soluciones para conseguir instalaciones ms eficientes desde el punto de vista delconsumo de sus mquinas y elementos o componentes. En todos ellos se pueden conseguirmejoras: desde los compresores y motores elctricos hasta los componentes ms pequeos,

pasando por los depsitos, evaporadores, vlvulas, condensadores, tuberas y sistemas deregulacin y control.Por otra parte no debe de olvidarse el hecho de que todos los componentes de cualquierinstalacin productora de fro han necesitado de energa para su fabricacin .Cuanto msahorro se consiga en su cantidad y tamao sin disminucin del nivel de un funcionamientofiable y seguro, ms econmica saldr la instalacin y ms se estar contribuyendo a la

proteccin del medio ambiente.
http://www.vdkl.de/http://www.vdkl.de/http://www.vdkl.de/http://www.vdkl.de/


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En este sentido, no es prctica aceptable el sobredimensionar los equipos y componentes sinque aporten nada positivo a la funcionalidad pretendida.La buena prctica industrial significa sacar el mximo provecho a los recursos disponibles.Como observacin de gran trascendencia cabe subrayar que las directivas relacionadas con elECODISEO estn generando grandes cambios en los productos relacionados con laenerga (Directiva 2009/ 125/EC. Sobre requisitos de diseo ecolgico aplicables a los

productos relacionados con la energa, incorporada al Ordenamiento Jurdico Espaolmediante el RD 187-201).Estas no se limitan a los consumidores de energa directos (motores de compresores,ventiladores, etc.), sino que alcanza igualmente a otros conceptos que segn su diseo yfuncin, puedan afectar al consumo de energa (aislamiento, cerramientos, tuberas, etc.), esdecir se extiendena todos los productos relacionados con la energa.Con la entrada escalonada de todas esas directivas habr que ir adaptando el diseo de lasinstalaciones para cumplirlas. Con ello est asegurado en el prximo futuro un consumo ms

eficiente de los recursos energticos en todos los casos que aplican las citadas directivas.Por ltimo una mencin a la expresin Smart Grid que viene emplendose recientemente.Un novedoso intento de incrementar la coordinacin entre la produccin y distribucin de laenerga elctrica consu consumo.Esto que quizs se podra traducir por redes inteligentes pretende que los consumidores deenerga elctrica en los sectores de fro/aire acondicionado/bombas de calor tomen laelectricidad de la red en los momentos en que ms les convenga a las empresas generadoras yde distribucin, con lo que estas ltimas pueden ofrecer precios ms reducidos. Por ejemplodesplazando parcialmente la capacidad frigorfica de los consumidores a periodos del da en

donde la demanda de la red sea ms baja. En un frigorfico no sera inviable el emplearelectricidad econmica para bajar la temperatura de consigna nominal y luego parar lasinstalaciones frigorficas en las horas de precios ms altos aprovechando su inercia trmica.En definitiva es un intento de consumir la energa elctrica cuando las compaas detectenvalles en el suministro y les interese ofrecer precios ms econmicas.

Naturalmente que no ser tarea fcil, porque por una parte requiere que los consumidorespuedan aceptar la necesaria reduccin de potencia durante esas horas punta y por otro laexistencia de protocolos de comunicacin establecidos de forma que la coordinacin entre elgenerador y el consumidor transcurra de manera automtica e inteligente. Pero es indudableque el tema promete. En algunos pases esta nueva metodologa ya se est empezando autilizar en equipos de aire acondicionado y bombas de calor, y es de esperar y desear que enlos prximos tiempos se vaya extendiendo su uso.


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CAPITULO 1

1. Consideraciones Generales .La refrigeracin es un gran consumidor de energa elctrica. El consumo de esta forma deenerga en Espaa durante el 2010 (1) fue el 21,5 % de la energa total, lo que supuso250.422.124 MWh (vase Fig.1.1); segn datos extrados de la Estadstica de la energaelctrica del 2010, publicada por el MIEyT (2) alrededor de un 19 % fue consumido por laindustria (Fig. 1.2) y admitiendo que el 15 % aproximadamente se utilizara en lasinstalaciones frigorficas, supondra que stas precisaron cerca de 7,1 x 10 6MWh

Fig. 1.1 Grfico representativo de la estructura de consumo energtico en Espaa durante 2010. Fuente:Secretara de Estado de Energa

Fig.1.2 Grfico de la estructura del consumo de electricidad en Espaa durante 2010. Extrado a partir dela tabla V.1 Clasificacin de la energa comercializada por sectores en el documento: Estadstica de laenerga elctrica por el MIEyT.

Adems, para poder resaltar la capacidad de ahorro por lo que respecta a la energa elctricatpicamente consumida en sus diferentes usos por las instalaciones frigorficas, sin incluir elsector del aire acondicionado, veamos el grfico de la figura 1.3:


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De forma anloga a como se incrementa el trabajo realizado por una bomba de agua si debetransportar el mismo caudal a una altura mayor.

2.2 El ciclo de Rankine.El ciclo frigorfico ideal para representar tanto las bombas de calor como las instalaciones

frigorficas es el ciclo inverso de Rankine (formado por dos isobaras reversibles y dosadiabticas reversibles o isentrpicas). En la figura 2.2 est representado, en el diagramaentrpico o de Izart, el ciclo frigorfico terico-prctico (o modificado de Rankine)considerando que la expansin (3 4 ) no es isentrpica (es adiabtica irreversible oisentlpica) y aunque la compresin (1 2 ) si lo es, la temperatura de descarga (punto 2) essuperior a la de condensacin. Las flechas indican el sentido del proceso para el ciclofrigorfico.

Fig. 2.2 Ciclo frigorfico terico(o ciclo inverso modificado (de Rankine) en el diagrama entrpico

En el diagrama entrpico se puede apreciar que la potencia frigorfica Q ees proporcional alrea encerrada entre la isoterma Tey el eje de abscisas, mientras que el consumo de energa es

proporcional al rea comprendida entre los puntos 1, 2, 3, 3, 4, 4 y 1, el cual como indica elprimer principio de termodinmica, equivale a una cantidad de calor que contribuye alincremento de energa del fluido comprimido.

2.3 Coeficiente de eficiencia (COP).ElCoefficient Of Performance, en ingls, ms conocido como coeficiente de utilizacino defuncionamiento, tambin denominado, cuando se hace mencin especfica de la mquinafrigorfica, coeficiente frigorfico, puede comprender o definir tres conceptos diferentes:

a. Coeficiente del ciclo de Carnot (COPF(CARNOT) )Es el coeficiente termodinmico terico funcionando segn un ciclo de Carnot, constituido

por dos isotermas reversibles y dos isentrpicas, y por consiguiente el mximo COPalcanzable. Partiendo de la base de que el ciclo es reversible (puede ser recorrido en ambos

sentidos sin prdidas energticas), el objetivo de la instalacin frigorfica es absorber unacantidad determinada de calor del foco fro Qey, mediante la aplicacin de una cierta cantidad


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de trabajo, hacer que se desprenda en el foco caliente una cantidad de calor Qc > Qe, por lotanto el coeficiente de utilizacin o frigorfico vendr dado por:

[1]

Te = Temperatura absoluta del foco fro.Tc = Temperatura absoluta del foco caliente*

b. Coeficiente termodinmico terico prctico: COPTTC.Es el Coeficiente de funcionamiento o de utilizacin termodinmico terico-prctico decompresin del ciclo frigorfico (ciclo terico modificado de Rankine). Este concepto indicala relacin entre el efecto frigorfico obtenido y el trabajo terico de compresin necesario

para ello:

[2]

La relacin entre ambos COP determina el rendimiento termodinmico terico prctico decompresin del ciclo frigorfico (en la literatura tambin se denomina rendimiento econmicoterico):

[3]

El rendimiento termodinmico terico-prctico de compresin depende del refrigerante y de

las condiciones de trabajo. En la tabla adjunta (T.2.1) se muestran distintos valores halladosal modificar stas, suponiendo en el clculo de todos los casos considerados un sub-enfriamiento de 2 K y un recalentamiento de 7 K

*Advirtase que en este caso se establecen las condiciones de trabajo de la mquina f r igorfica ideal dereferencia adoptndose como temperatur as absolutas de los focos fr o y caliente , respectivamente, lastemperaturas de evaporacin Te y de condensacin Tc de la mquina real objeto de la comparacin, esdecir, las condiciones internas de funcionamiento de la misma. Sin embargo, existe otro criterio msexigente (vase Anexo I I I ) ,segn el cual para establecer el COPF(CARNOT)de la mquina ideal de referenciase adoptan, como temperatur as de los focos fr o y caliente, la temperatur a de consigna del servicio o local arefrigerar y la temperatura ( de clculo) del medio disponible para disipar el calor de condensacin,

respectivamente, es decir , funcionando de acuerdo con las condiciones externas.

( ) ( )ece

ec

e(CARNOT)F

TT

T

QQ

QCOP

=

=

CD

BCTTC

hhhhCOP

=

F(CARNOT)

TTCCOP

COP

TTC=


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Tabla T.2.1 Valores de rendimiento termodinmico terico-prctico de la maquina frigorfica decompresin simple, en funcin del refrigerante y de las condiciones de trabajo, supuesto unrecalentamiento de 7 K y un sub-enfriamiento de 2 K (condiciones con temperaturas absolutas"internas")

En la Fig. 2.3 se puede apreciar el punto terico de descarga debido a la compresinisentrpica (punto D) y el punto real (punto D ) a causa de que la compresin no esisentrpica, sino que hay una serie de prdidas que contribuyen a alejar la compresin real de

la isentrpica.

Fig.2.3 Representacin en el diagrama de Mollier (presin P, entalpa h) de los ciclos terico prctico yreal de la mquina frigorfica de compresin de un escaln.

La relacin entre los segmentos y recibe el nombre de rendimiento isentrpico:[4]

El rendimiento indicado o isentrpico determina la relacin que existe entre el trabajo tericoy el trabajo real de compresin.

CD'

CDi

hh

hh

=


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c. Coeficiente termodinmico real: COPTRCEs el coeficiente de funcionamiento termodinmico real (o coeficiente frigorficotermodinmico real), tiene en consideracin la relacin entre el efecto frigorfico obtenido y eltrabajo realmente requerido para ello (trabajo indicado):

[5]

El COPTRC, una vez corregido con el rendimiento mecnico del compresor, el rendimiento delacoplamiento y el del motor de accionamiento, ser el que en lo sucesivo en esta gua sedenominar sencillamente COPRC real de la compresin. Y es al que en general nos referimosen la prctica cuando hablamos del COP de la compresin

d. Grado de calidad

El grado de calidad o rendimiento termodinmico real de la compresin, expresa lo prximoque termodinmicamente est el proceso real al ciclo de Carnot, tambin se denomina "gradode reversibilidad del ciclo real":

= () =.

() = . [6]

Para las instalaciones frigorficas el grado de calidad, corregido con el rendimiento mecnicodel compresor, puede estimarse entre 0,5 y 0,6 en funcin del refrigerante y la dimensin dela mquina. Considerando unas condiciones de trabajo o de servicio de -10/+45C, los HFC

estarn ms cerca de los valores inferiores, mientras que el R717 estar alrededor de los 0,6.Si la presin de descarga disminuye el grado de calidad presenta una ligera mejora. Engeneral se puede tomar un valor promedio de 0,55 y aceptar un 10% de margen (con R717 seadmitir un valor de 0,6 y un margen del 5%).Usando estos valores se puede hacer una rpida aproximacin del COP al eje del compresor,(COPRC). Por ejemplo para un compresor que trabajase con R507A a -10/+40C y

proporcionara una potencia frigorfica de 900 kW, la potencia de accionamiento sera de:COPRC= 0,55 *[273-10]/ [40-(-10)] = 0,55 *263/50 = 2,9 y el consumo en el eje sera igual a900/2,9 = 310 kW.Teniendo en cuenta el margen indicado anteriormente entre consumo al eje del compresor y la

potencia nominal del motor se debera acoplar un motor de accionamiento de 355 kW.Introduciendo los datos del supuesto anterior en el programa de seleccin de un determinadofabricante de compresores se establece una potencia absorbida en el eje del compresor (Pe)igual a 325 kW con lo que seguira siendo suficiente el mismo tamao de motor. Si seutilizase, en ste caso un compresor con economizador, el consumo se reducira un 10%aproximadamente.Hay que resaltar en este punto, que al hacer el estudio de una instalacin no debe considerarsenicamente el COP de compresin, sino que se tendr que tener en consideracin y aadir elconsumo real simultaneo de todos los motores de la misma, tales como: motores paraaccionamiento de ventiladores de evaporadores, condensadores y de bombas, resistenciaselctricas de desescarche, etc. Este ltimo ser el COPglobal de la instalacin frigorfica y es

( ) iTTC

i

CD

BCTRC COPhh

hhCOP

=

=


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el que realmente marcara la eficiencia en la instalacin estudiada, a la hora de realizar unacomparativa de sistemas.

2.3.1 Estimacin del COP.En 1.988 AC Cleland (4) public un procedimiento emprico rpido para estimar los ahorros

energticos resultantes de modificaciones en las plantas de refrigeracin. En el resumenintroductorio del mismo expone:"Muchos de los sistemas de refrigeracin mecnicos instalados en el acondicionamiento deaire, procesamiento de alimentos y aplicaciones industriales en general, han sido diseadosfundamentalmente para satisfacer el criterio de baja inversin. Es tambin frecuente el deseode modificar estas instalaciones para lograr menores costes de funcionamiento,

particularmente de energa. Para facilitar el clculo del consumo de energa se presenta unmtodo simple de clculo, sobre la base de una frmula emprica. El mtodo permite estimarrpidamente los ahorros derivados de cambios en la instalacin, en el consumo energtico dela planta y por tanto la reduccin de los costes de operacin, sin necesidad de detalladosclculos termodinmicos.Adems de su utilidad en el anlisis de las posibles modificaciones de mejora de las plantasexistentes el mtodo se puede utilizar para predecir el consumo de energa con posiblesalternativas en la fase de diseo de nuevas instalaciones. Pueden analizarse de forma rpidadiversas variantes, incluyendo la compresin en varias etapas, el trabajo con distintastemperaturas de evaporacin, etc. y de este modo identificar las mejores opciones desde el

punto de vista de la eficiencia energtica. A partir de los resultados de estas comparaciones,se llevara a cabo un estudio ms detallado de la solucin que resulte en primera instanciaaparentemente ms favorable.

Las pruebas realizadas con el mtodo propuesto para los refrigerantes R12, R22, R502, R114y R717 mostraron que predice resultados con una tolerancia del 3,4% (nivel de fiabilidaddel 95%) respecto a los hallados con las tcnicas de diseo usadas tradicionalmente en la

prctica industrialEl mtodo se basa en una ecuacin, que mediante la utilizacin de ciertos factores, facilita elCOP TRC de compresin:

COPTRC= COPF(CARNOT) (1-)(1/n)i [7]

COPTRC= Coeficiente termodinmico de funcionamiento real. COPF(CARNOT)= Coeficiente de funcionamiento ideal segn ciclo de Carnot

= Te / (Tc Te)

= Factor dependiente del refrigerante = Fraccin o ttulo de gas a la entrada del evaporador n = Factor funcin del sistema elegido i= Rendimiento isentrpico o indicado de la compresin

En su propuesta fij el valor para algunos refrigerantes (Tabla T.2.2):Refrigerante R12 R22 R114 R502 R717Factor 0.67 0.77 0.53 0.75 1.11

Tabla T.2.2 Valores del coeficiente para diversos refrigerantes.


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Fig.2.5 Curva del rendimiento isentrpico de los compresores de tornillo abiertos en funcin de la relacinde presiones.

Es importante recordar que el rendimiento isentrpico de un compresor se ve reducido cuandoeste trabaja a cargas parciales, por lo que, en este caso, en los clculos anteriores deberaplicarse un factor corrector.

2.3.2 Influencia del recalentamiento y del subenfriamiento.El efecto del recalentamiento y del subenfriamiento sobre el COP para una aplicacinconcreta, puede apreciarse con los programas de clculo existentes en el mercado, pero esconveniente conocer los efectos que cada uno de ellos pueda ejercer en un momento dadosobre los compresores frigorficos en marcha y cuando pueden aprovecharse para mejorar la

eficiencia energtica.

2.3.2.1 Recalentamiento.Hay que distinguir entre el recalentamiento no til de origen externo y el til de origeninterno:

Recalentamiento externo no til

Recibe el nombre de recalentamiento no til, porque no se aprovecha para elenfriamiento de los productos o locales, sino que es un calor que,procedente del exterior,

penetra a travs de la tubera de aspiracin del circuito entre consumidores y compresores,habitualmente como consecuencia de una insuficiencia de aislamiento o bien del deteriorodel mismo. Esto ocasiona un aumento de entalpa del refrigerante, una elevacin de latemperatura del gas aspirado y, en consecuencia, un incremento del volumen del vapor.El incremento de temperatura tiene lugar a la presin de aspiracin y viene representado

en la Fig.2.6 por el segmento , a su vez la temperatura de descarga se desplaza alpunto D Sin embargo el segmento no tiene la misma longitud que pues lalocalizacin del punto D depende de la inclinacin de las isentrpicas.


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Fig. 2.6 Ciclo frigorfico de una etapa representando el recalentamiento y subenfriamiento.

Sus efectos se resumen en los siguientes puntos:1) Incremento del volumen especfico del gas aspirado por el compresor con lo que

disminuir el caudal msico y en consecuencia su potencia frigorfica, en lamisma proporcin que el cociente de los volmenes especficos sin/conrecalentamiento.La disminucin de potencia frigorfica es sensiblemente igual para todos losrefrigerantes y del orden de 0,5 % por grado K de recalentamiento.

2) Conforme las isentrpicas se separan de la lnea de saturacin aumenta suinclinacin, con lo que se incrementa a su vez el trabajo especfico de compresin

(por kg de refrigerante circulante).Tambin el incremento de consumo es similar para todos los refrigerantes y delorden de 0,5 % por grado K de recalentamiento.Puesto que el COP de compresin viene dado por el cociente entre el efectofrigorfico especifico y el trabajo especfico de compresin (por kg de refrigerantecirculante), su variacin ser la inversa de la del recalentamiento, es decir, habruna disminucin del COP de aproximadamente un 0,5% por grado K derecalentamiento.

3) Finalmente se debe tener en consideracin que este recalentamiento repercute enmayor o menor medida sobre la temperatura de descarga, dependiendo de la

pendiente de las isentrpicas.En el caso del amoniaco el recalentamiento en la aspiracin aumenta entre un

35 y un 50% la temperatura de descarga, por ejemplo trabajando a -10/+35 C unrecalentamiento de 7 K en la aspiracin se transformar en un aumento detemperatura de unos 10,4 K en la descarga.

Recalentamiento externo til

Puede tener lugar en el evaporador o en el tramo de la tubera de aspiracin existente en elinterior del local a refrigerar con lo que contribuye a la absorcin de calor del mismo y porello recibe el nombre de recalentamiento til. El efecto negativo debido al incremento de


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volumen del refrigerante con el recalentamiento se ve en parte compensado por el aumentodel efecto frigorfico. Con la formula siguiente se calcula en porcentaje por cada grado K:

[10]El efecto positivo puede ser mayor o menor que el negativo, en funcin del calor devaporizacin. Circunstancia que se ilustra con un ejemplo (Tabla T 2.3) para unascondiciones de trabajo de -10C de evaporacin y +45C de condensacin con refrigerantesusuales:

Tabla T.2.3 Comparacin del efecto del recalentamiento externo til entre el R-717 y el R-404A en

condiciones de trabajo -10 / + 45C.

Advirtase que el anlisis se ha realizado slo desde la ptica del COP sin considerar el efecto que tienedicho recalentamiento sobre la superficie de transmisin eficaz del evaporador, puesto que paraconseguirlo se requiere una mayor superficie de intercambio.

2.3.2.2 SubenfriamientoSi el refrigerante lquido se subenfra, antes de su llegada al dispositivo de expansin,dispondr de un mayor efecto frigorfico a su entrada en el evaporador, con lo que la potenciafrigorfica disponible para ste, a igualdad del caudal msico, tambin se ver incrementada.

El factor de correccin para cada grado K de subenfriamiento, de acuerdo con la Fig. 2.7, secalcula con la ecuacin siguiente en porcentaje por cada grado K:

[11]

Refrigerante Calor vaporizacin kJ/kg Ganancia o prdida en %/KR717 1294,79 -0,21R404A 177,38 +0,39


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Fig. 2.7 Representacin en el diagrama de Mollier del efecto del subenfriamiento en un ciclo frigorficode compresin simple.

En este caso el factor de correccin es siempre positivo y est comprendido entre el 0,5 y el2% en sistemas de una sola etapa. Para los sistemas que trabajen con economizador o encompresin mltiple de dos etapas el valor es muy bajo. Cuanto mayor sea el calor devaporizacin menor ser el factor de correccin.Este hecho se ilustra con un ejemplo (Tabla T.2.4) para unas condiciones de trabajo de -10Cen evaporacin y +45C en condensacin con refrigerantes usuales:

Tabla T.2.4 Comparacin del efecto del recalentamiento externo til entre el R-717 y el R-404A encondiciones de trabajo -10 / + 45C.

El subenfriamiento externo es siempre favorable, desde el punto de vista energtico, yconsiguientemente aconsejable propiciarlo.

2.3.2.3 Efecto del subenfriamiento interno con un intercambiador liquido-vapor.Los intercambiadores de calor lquido-vapor de aspiracin, cuyo esquema se representaseguidamente en la Fig. 2.8, pueden emplearse por alguna de las razones que se exponenseguidamente:

Fig. 2.8 Esquema de principio de un subenfriamiento interno mediante un intercambiador lquido-vapor.

Refrigerante Calor vaporizacin kJ/kg Ganancia o prdida en %/KR717 1294,79 0,46R404A 177,38 1,85


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a) Para mejorar el ciclo de refrigeracin mediante un incremento del COP, lo cual depende delexponente isentrpico del refrigerante. En funcin del valor del coeficiente k = Cp / Cv se

pueden clasificar los refrigerantes en tres categoras:Categora A: Sistemas con compresin casi isentrpica. Con un intercambiador interno (gas-

liquido) se aumenta fuertemente el COP y gracias al recalentamiento se eleva ms latemperatura de descarga y permite recuperar ms calor de la misma. Si el exponenteisentrpico k fuera igual a la unidad (k=1) tendramos una transformacin isoterma.Categora B: Con intercambiador interno aumenta ligeramente el COP y la temperatura dedescarga cuando el valor k est comprendido entre 1 y 1.1. (1< k 1,1).En la Tabla T 2.5 se dan las categoras resultantes dependiendo del valor k.

Tabla T.2.5 Categoras resultantes de los refrigerantes en funcin de los valores k.

b) Para facilitar el retorno de aceite en instalaciones con bajas temperaturas, colocndolo a lasalida del evaporador, as se aumenta la temperatura del aceite y su fluidez.c) Para aumentar la superficie inundada por el refrigerante en fase lquida en los evaporadoresde los sistemas de expansin seca.

d) Para evitar, con la consecucin de un recalentamiento til, la entrada (al menosparcialmente) de calor exterior no til en la tubera. En recorridos largos cabria provocar unrecalentamiento que hiciera innecesario el aislamiento de las tuberas. Esta solucinrequerira un desrecalentamiento posterior para mantener la temperatura de los gases en laaspiracin y en la descarga de los compresores dentro de los lmites razonables (marcados

por el fabricante).e) En los sistemas con lneasde lquido largas y con tramos ascendentes, se puede formarvapor al reducirse la presin del lquido por debajo de la presin de saturacin. Esto se evitarrealizando un subenfriamiento de este tipo, mediante un intercambiador lquido-gas,asegurndose as la alimentacin del dispositivo de expansin con lquido exento de vapor,

con lo que se garantizara su buen funcionamiento.f) Para asegurar el recalentamiento necesario que evite la entrada de vapor sobresaturado ocon lquido en los compresores.

Refrigerante R717 R744 R290 R404 R600 R134Valor k 1,31 1,30 1,13 1,11 1,08 1,10

Categora C C C C B B


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CAPITULO 3

3. Estimacin de la carga trmica.El ahorro de energa en una planta de refrigeracin no es slo una cuestin de mejorar y

optimizar el sistema frigorfico, puesto que la funcin de ste es evacuar las entradas de calorque tienen lugar tanto en procesos industriales como en cmaras y otros locales refrigerados.El primer objetivo, una vez planteado el proyecto, deber enfocarse en reducir las cargastrmicas. .Ya en anteriores partes de esta gua se insiste en que la potencia frigorfica de cualquier

proyecto debe de calcularse con el mayor detalle y ajustada a la posterior realidad. El excesode potencia, adems de aumentar la inversin, significar que los equipos tengan que trabajara cargas parciales con el consiguiente deterioro de la eficiencia energtica.Por otra parte, la funcin de los sistemas frigorficos es la de bombear el calor desde latemperatura de trabajo hasta un nivel de temperatura superior que permita disiparlo,usualmente en el medio ambiente o en otro receptor que pueda absorberlo. En el nivelsuperior habr que evacuar la potencia frigorfica entregada ms el trabajo de compresinutilizado para elevarlo a dicho nivel. En algunos casos esta energa del lado de alta de lasinstalaciones se aprovecha en gran medida, por ejemplo para precalentar el agua de calderas uotros servicios con necesidades regulares. Se produce entonces un aprovechamiento integraldel fro y del calor, pudiendo darse la circunstancia de que las necesidades de calor a lo largodel ao sean las que determinen el rgimen de funcionamiento de la instalacin e incluso

puedan llegar a influir sobre el tamao de la misma.Las posibilidades de reducir la carga trmica de las instalaciones son diversas y diferentes en

cada caso particular. Desde la eleccin de las temperaturas de trabajos, consideraciones en laconstruccin de los almacenes frigorficos, espesores de aislamiento, desplazamiento horariode cargas, etc. En los puntos siguientes se dan algunas sugerencias de cmo reducir las cargastrmicas de las instalaciones.

3.1 Formas de reducir la carga y puntas trmicas.Como se ha dicho anteriormente, depender de la aplicacin, es decir, si se atiende un procesoindustrial, unos locales refrigerados, enfriamiento o congelacin de productos alimentarios,instalaciones de ocio, etc.En el primer caso las necesidades frigorficas quedan determinadas por los parmetros del

proceso y el instalador slo puede colaborar destacando la repercusin que las demandas delusuario tienen en la inversin y el consumo energtico. Su informacin tendr el propsito deremarcarla conveniencia y ventajas que aporta, por ejemplo, el ajustar los mrgenes deseguridad sobre los clculos trmicos a niveles razonables, el hacer un programa a medio/largo plazo de las cargas de trabajo para evitar en lo posible que la instalacin funcionemuchas horas a cargas parciales con bajos COP, etc.En trminos generales, el instalador frigorista puede ofrecer al cliente su experiencia con elfin de ayudarle a encontrar mtodos para reducir las cargas puesto que ello conlleva unadisminucin de la dimensin del equipo frigorfico, hecho que a la larga ser beneficioso paraambos. Esto puede lograrse de varias formas, algunas de las cuales se exponen a continuacin.


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3.1.1 Aadiendo algn equipo de apoyo al circuito frigorfico.Un ejemplo clsico para reducir las puntas trmicas lo encontramos en industrias conconsumos muy irregulares de agua fra prxima a los cero grados, como se da con frecuenciaen la industria lctea y, en algunos pases, en el sector del acondicionamiento de aire. En

estas aplicaciones, sobre todo en la industria lctea, sigue siendo usual acumular grandescantidades de hielo para ir fundindolo y utilizndolo a temperaturas del orden de 0,5 hasta+1C segn demande el proceso. La idea fundamental es regular los desfases entre el variableconsumo de energa frigorfica y su produccin con dos finalidades:a) aprovechar mejor la potencia instalada, de manera que se pueda atender el consumo diariocon una instalacin ms pequea y

b) aprovechar en la medida de lo posible, tarifas elctricas reducidas.El sistema tradicional es, desde hace muchos aos, generar hielo de manera constante en unserpentn de tubos o placas con temperaturas de evaporacin desde los - 5 hasta los -10C,almacenndolo en el propio serpentn ubicado en un depsito y fundindolo cuando la cargatrmica lo requiera, segn las variables exigencias horarias de los consumidores.La situacin real es que por una parte, en la mayora de los casos, hay un consumo bsicoregular durante todo el da y por otro lado la generacin de hielo es ms costosaenergticamente, al tener que trabajar con temperaturas de evaporacin inferiores en 6-7 K alas necesarias para producir agua helada directamente, salvo cuando las horas de generacinde hielo coincidan con horas nocturnas y se pueda trabajar con temperaturas de condensacininferiores a las nominales. Aunque esta circunstancia se puede aprovechar igualmente en la

produccin de agua helada.Por otra parte, se debe tener en cuenta que el descenso de la presin de aspiracin necesario

para la acumulacin de hielo disminuye sensiblemente la capacidad de los compresores,siempre que se mantenga invariable la presin de condensacin.La mejor solucin en este caso se conseguir aadiendo al sistema un enfriador para produciragua helada. El equipo deber estar dimensionado, como mximo, para la carga bsicaexistente durante las 24 horas del da y solo se deber acumular el hielo necesario paracompensar el resto de cargas trmicas que oscilarn por encima de aquella. Este supuesto noreducir la carga trmica, pero elevar parcialmente el nivel medio de evaporacin pues partede la potencia frigorfica se utilizar para enfriar agua con el resultado de ahorro energtico.Esta enfriadora adicional funcionar permanentemente en los periodos de mayor consumo ycon ello se preenfriar el agua de retorno antes de entrar en el tanque acumulador hasta la

temperatura mnima que sea capaz de alcanzar la enfriadora; de esta forma, una parte de laenerga frigorfica se produce a temperaturas superiores.En el apartado 7.3.4 se proporciona ms informacin sobre los sistemas de acumulacin deenerga en forma de hielo. En la Fig.3.1 se puede observar un esquema de este tipo.


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Fig.3.1 Preenfriamiento del agua con enfriador de pelcula descendente en sistema de generacin de hielo .

3.1.2 Aprovechando el calor residual del aire de extraccin.

Otra posibilidad de reducir la carga trmica es el uso de recuperadores de calor en localesrefrigerados para procesos de produccin, salas de despiece en la industria crnica, etc. Conequipos como bombas de calor, intercambiadores, ruedas giratoria s o similares, se puedeaprovechar parte de la entalpa del aire de extraccin para enfriar el aire de renovacin. Porejemplo, en pocas clidas, haciendo condensar el refrigerante, existente en un circuitocerrado y hermtico, en un intercambiador colocado en la corriente de salida del aireexpulsado y evaporndolo en otro intercambiador ubicado en el conducto de entrada del aireexterior de renovacin, el cual ser enfriado desde la temperatura exterior hasta la que

permita la temperatura del aire extrado. En la Fig.3.2 se representa esquemticamente esteequipo.

Esta solucin puede emplearse tambin con fluidos secundarios en sustitucin delrefrigerante, con la ventaja de poder trabajar con presiones de diseo ms bajas en losintercambiadores, aunque con el inconveniente de requerir una bomba para la circulacin delfluido secundario con su correspondiente consumo de energa.

Fig. 3.2 Recuperacin de calor residual mediante dos intercambiadores con refrigerante o fluidosecundario.


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3.1.3 Recuperando calor residual procedentede lquidos de proceso.En las cerveceras, el agua no potable utilizada en el enfriamiento del mosto se enfratradicionalmente a unos 2C y luego circula por un intercambiador de calor en el cual serebaja la temperatura del mosto desde los aproximadamente 90C con los que sale de lacaldera hasta la de su fermentacin. Si esta ltima temperatura es de unos 13 a 15C, se

puede trabajar con agua a temperatura algo ms elevada, por ejemplo a +5C, con lo que seobtendr un ahorro de energa que puede compensar la mayor inversin para elintercambiador mosto-agua y conseguir beneficios econmicos una vez transcurrido el

periodo de amortizacin, probablemente bastante cortos.

Fig. 3.3 Enfriamiento de mosto en una cervecera con agua fra no potable y acumulador para regularproduccin-consumo.

3.1.4 Desplazando parte de las cargas trmicas a horas de tarifa baja.Aparentemente este solo hecho no ahorra energa, pues lo nico que se hace es reducir eltiempo de trabajo de los compresores en horario de tarifas elctricas punta desplazndolohacia las horas de tarifa de bajo coste. Pero, indirectamente s que hay un ahorro, puesnormalmente las horas de tarifa baja coinciden con los periodos con condiciones climticasexteriores ms favorables y en consecuencia la presin de descarga descender bajando conello el consumo elctrico de la instalacin. No obstante el simple desplazamiento en s ya

permite una significativa y eficaz reduccin de costes.Las tcnicas aplicables son:

Reducir el trabajo en horas punta de la instalacin, mediante: Acumulacinde fro en los propios productos almacenados Acumulacin de fro en el sistema:

o Con calor sensible Con calor latente

Como ejemplo, en cmaras de producto congelado, se puede trabajar con un sistema de dobleconsigna, en el que en las horas de baja tarifa elctrica, la consigna sea inferior. De esta forma

puede incluso llegar a conseguirse que la cmara no necesite refrigeracin durante el resto delda.


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3.1.5 Reduciendo las puntas de carga trmica.En la figura 3.4 se plantea un esquema para evitar que elevadas temperaturas de entrada delfluido a la planta enfriadora, al inicio de procesos industriales de enfriamiento por lotes,determinen el tamao del compresor.Para ello se puede colocar una vlvula de tres vas a la entrada del fluido a enfriar (vaseFig.3.4), controlada por un regulador en funcin de la temperatura de salida del mismo. Conste procedimiento se alarga el tiempo de preenfriamiento, pero se pueden usar equipos mejoradaptados a la evolucin del proceso, evitando un sobredimensionamiento de estos o quetrabajen en condiciones desfavorables desde el punto de vista de las presiones de evaporaciny condensacin.

Figura 3.4 Esquema para evitar puntas de carga trmica al comienzo del proceso de enfriamiento defluidos.

Este efecto tambin se puede conseguir mediante un control electrnico de la produccinfrigorfica para limitar el consumo del motor elctrico de accionamiento, con o sin variadoresde frecuencia en compresores, hasta que la temperatura de entrada del fluido alcance losvalores de diseo.

3.1.6 Disminuyendo el consumo de las bombas de los sistemas indirectos.El consumo de las bombas de circulacin en sistemas indirectos est comprendidogeneralmente entre el 2 y el 3% de la potencia nominal absorbida por los compresores delcircuito frigorfico y este consumo pasa en su totalidad a elevar la potencia necesaria en elequipo frigorfico. Estas cifras pueden incrementarse notablemente si el sistema trabaja lamayor parte del tiempo parcializado y las bombas a caudal fijo.El uso de bombas accionadas mediante variadores de frecuencia es en estos casos

particularmente ventajoso, pues su caudal se reduce proporcionalmente a su velocidad,mientras que el consumo lo hace al cuadrado de la misma. Los variadores de frecuenciafacilitan la adaptacin del caudal en circulacin a las necesidades de los usuarios de lainstalacin ahorrando considerables costes de energa.


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Conseguir aplicar esta solucin es ms fcil cuando la temperatura de retorno es alta, porejemplo, en sistemas de acondicionamiento de aire, locales de procesos refrigerados oalmacenes refrigerados para las vegetales. El diseo debe garantizar la temperatura de retornolo ms alta posible, lo que se puede lograr con vlvulas de dos vas a la entrada de losservicios y bombas accionadas mediante variador de frecuencia.

3.1.8 Adoptando determinadas medidas en los locales refrigerados.Tambin en los locales refrigerados y acondicionados es posible llevar a cabo medidas parareducir el nivel de la carga trmica que incide en las instalaciones frigorficas. Se sugieren acontinuacin algunas de ellas:

a) Subiendo la temperatura del local.La temperatura de servicio en almacenes de productos, locales comerciales, salas detrabajo, locales de ocio y oficinas, ofrece un potencial terico significativo de reduccinde la carga trmica de la instalacin frigorfica con sus correspondientes ahorros en la

inversin y posteriores facturas de la electricidad.En ocasiones el aumento de la temperatura en uno o dos grados, dentro del rango de latemperatura de conservacin del producto o del confort, no tiene consecuencias negativasen la calidad ni caducidad de los productos almacenados, ni en el bienestar de las personasque estn dentro, pero su repercusin en los aspectos que se tratan en esta gua sonimportantes.

b) Controlando las renovaciones intencionadas de aire.Eligiendo adecuadamente el nmero de renovaciones necesarias en funcin de la

utilizacin del local, con la ayuda de tablas publicadas en libros y manuales solventesAplicando luego sistemas de ventilacin controlada.

c) Utilizando ventiladores de alta eficacia.Utilizando ventiladores y motores de alta eficiencia en evaporadores y unidadesterminales se reduce la carga trmica del proyecto, pues la totalidad de la potenciaabsorbida por los motores pasa a engrosar la potencia frigorfica necesaria.

d) Evitando la entrada de calor de desescarche.Otra posibilidad de minorar la carga trmica en almacenes de temperatura negativa, es

evitar la entrada del calor de desescarche al interior de los locales.

Uno de los mtodos consiste en el uso de evaporadores tipo "nicho", basados en unaenvolvente con compuertas para la entrada y salida del aire de retorno y de impulsinrespectivamente, fabricada con paneles aislantes dentro de la cual se instalan las bateras delos evaporadores, los ventiladores, y los mecanismos de accionamiento para lascompuertas. Durante el periodo de refrigeracin las compuertas estn abiertas pero duranteel desescarche estn cerradas, evitando la entrada del aire recalentado en el almacn. Comoson equipos normalmente prefabricados y auto- portantes, pueden soportase sobreestructuras metlicas por fuera de los almacenes o sobre su techo, con las bocas de salida yretorno del aire dentro. Tienen otra ventaja adicional, al no ocupar espacio en el interior del


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almacn con el consiguiente aumento de la capacidad de almacenamiento de los productosy ahorro de energa al aprovechar mejor el espacio refrigerado.Otra forma de evitar esta carga adicional, es considerar sistemas de desescarche"inteligente", en los que se controla el inicio y fin del ciclo, manteniendo su duracin en loestrictamente necesario.

Para ilustrar con ms extensin este apartado se desarrolla seguidamente un ejemplo en basea un almacn de productos congelados.

3.2 Clculos en almacenes frigorficos.En este apartado, y como ejemplo de aplicacin de parte de las medidas comentadas en puntosanteriores, se considera un almacn pblico, con planta rectangular, destinado a laconservacin de productos congelados.Todos los datos son ficticios, puesto que no se trata de manejar cifras concretas sino de daruna visin general de los conceptos ms significativos que intervienen en el clculo de su

carga trmica y con ello naturalmente en el nivel de la inversin y sus posteriores costes deexplotacin.Queda muy patente la importante influencia de los costes que suponen los consumos deenerga en el transcurso de la vida til estimada para la instalacin.

3.2.1 Datos del almacn:o Volumen neto 50.000 m3.o En principio se prev implantar un sistema de dos etapas de compresin y dos de

expansin. El programa permitir comprobar la idoneidad de dicha eleccin.

o Refrigerante NH3.o Temperatura de rgimen de -22C.o Aislamiento:

-Techo 2 x 130 EPS + plancha 20 mm + cubierta-Paredes Panel sndwich con 180 mm PU (aconsejable 180/220).-Suelo 2 x 60 mm poliestireno extruido.-Paredes y techo, a pesar de ser exteriores estn protegidas de la radiacin solar,mediante paneles y cubierta.-Suelo calefactado por medio de un circuito de agua glicolada calentada enrecuperador de calor de condensacin, con lo que no se requiere un consumo deenerga adicional.

oEntrada de mercancas: 1.000 Tm diarias, de productos varios a -17C

o Puertas- Una puerta de 4 x 3 m, sin proteccin contra el paso de aire al abrirlas y cerrarlas

para la carga y descarga de mercancas.o Alumbradoo Intensidad prevista 250 lux y una eficacia de 40 lux/W.

Permanecer encendido durante la jornada laboral de 16 h.


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Fig. 3.6 Perfiles de cargas trmicas y consumos en un almacn frigorfico.


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La efectividad se define como:

=1 100 [16]En donde:E = Efectividad

Gp= Caudal de aire que entra en el recinto con puerta protegida.Gl= Caudal de aire que entra en el recinto con puerta sin proteccin (paso libre).En el Anexo V se presenta, a ttulo informativo, los resultados de pruebas realizadas parahallar el grado de eficiencia de diversos sistemas de proteccin contra infiltraciones a travsde puertas, que figuran en el artculo "Eficacia de los dispositivos de proteccin deinfiltraciones en puertas frigorficas (7).

En consecuencia, aplicando alguno de los mtodos de proteccin contra infiltraciones en elejemplo que se est analizando, se estara en condiciones de poder reducir la carga trmica en

las siguientes magnitudes:1) Independientemente de los resultados de las pruebas indicadas en el artculomencionado, con una cortina de aire se podra obtener una eficacia del 55 %, loque significara reducir la carga debida a infiltraciones, indicada anteriormente,hasta 220 x 0,45 = 99 kW.

2) Por lo que respecta a las cortinas de lamas la eficacia puede llegar a alcanzarhasta el 65 %, con lo que las infiltraciones se reduciran hasta 220 x 0,35 = 77kW.

Otras observaciones:- Si la puerta diera a una zona climatizada a +10C, sin ninguna proteccin contra

infiltraciones, la carga debida a infiltraciones estara alrededor de los 100 kW.Obviamente si se redujese la temperatura disminuira la carga.-Puesto que un porcentaje importante de la carga trmica se debe al contenido deagua en el aire infiltrado y que esta se transformar en hielo, otra posible alternativaconsiste en deshidratar el aire mediante una antecmara y el uso de un recuperadorentlpico del que se evaporara el agua retenida mediante aportacin de calor. Estono comporta una penalizacin energtica si se utiliza el gas caliente de lainstalacin frigorfica como fuente de calor, lo que no siempre es posible.

3.2.3.3 Iluminacin.El consumo de energa requerido para el alumbrado de los locales depende de cuatro factores:

o La altura del recinto.o Las necesidades de iluminacin en lux, segn las tareas a realizar.o El tipo de lmparas utilizadas.o Los factores de reflexin.

La eficacia de las lmparas generalmente se indica en W/m2 x100 lux. Los fluorescentesantideslumbrantes presentan el consumo ms alto (3,5 W/m2 x100 lux) y las lmparas desodio de alta presin el ms bajo (1,4 W/m2x100 lux).

Elegir el sistema de alumbrado correcto es ms importante en una cmara de techo alto que enuna de techo bajo.


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CAPITULO 4

4. Eleccin del tipo de refrigerante y del sistema frigorfico.Al elegir un sistema de refrigeracin, desde el punto de vista energtico, una vezracionalmente definidas sus condiciones de trabajo y su capacidad frigorfica, se debensopesar diversos aspectos, de entre los cuales se destacan.

1) Tipo de refrigerante.2) Sistema de alimentacin de los evaporadores: expansin seca/inundado.3) Sistemas directos, indirectos.4) Etapas de compresin: una etapa, economizador, doble etapa, o cascada.5) Tipos de economizadores.6) Mtodos de condensacin: aire, agua, evaporativos.7) Alternativas al sistema de compresin.

4.1 Tipo de refrigerante.Una de las decisiones fundamentales, en la actualidad, a la hora de proyectar las instalacionesfrigorficas es la eleccin del tipo de refrigerante a utilizar, habida cuenta de la inestabilidaden tendencias y marcos de aplicacin derivados de los continuos cambios de la legislacinmedioambiental. El grupo de los denominados refrigerantes naturales es el que ofrece msestabilidad y seguridad a medio/largo plazo.Habr que tener en cuenta, por lo tanto, en primer lugar las reglamentaciones que limitan el

uso de los diferentes refrigerantes (ltimamente sujetas a constantes y en parte inesperadoscambios, especialmente los refrigerantes de efecto invernadero ), el rango de utilizacinderivado de sus propiedades fsicas, as como las condiciones establecidas por elR.D.138/2011 (RSIF) en funcin de la categora de los locales ( ITC IF-04 y su Apndice 1Tabla A del citado RSIF) antes de proceder a una estimacin del COP de los refrigerantes que

parezcan aplicables.

Para hacer esta estimacin existen en el mercado programas que pueden facilitar lacomparacin, algunos preparados por los propios fabricantes de los refrigerantes y otros

procedentes de instituciones destacadas en los campos de la investigacin y formacin, entre

los cuales mencionamos muy especialmente el CoolPack (10) y el Pack Calculation II (11).

El diagrama de barras representado en la Fig. 4.1 ofrece una comparacin muy ilustrativa delos COP, en el eje del compresor, para dos tipos de compresores, algunos de los refrigerantesms utilizados, en relacin con el R-22. Se puede apreciar el porcentaje de mejora o prdidade COP respecto del R-22.


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Fig. 4.1 Comparacin de los COP terico-prctico (COPTTC) y el termodinmico real (COPTRC) de variosrefrigerantes, con dos tipos de compresores.

Las condiciones de servicio del diagrama de la Fig.4.1 son de 0C en la aspiracin y 35C enla condensacin sin ningn recalentamiento, con 2 K de subenfriamiento y sin prdidas de

presin en las lneas de aspiracin y descarga. El COP Terico se ha determinado en base a

las caractersticas propias de cada refrigerante, considerando una compresin isentrpica, elreal a partir de compresores existentes en el mercado.

4.2 Sistemas de expansin: seca o inundada.La decisin entre estos sistemas no suele plantear muchas dudas.El de expansin seca se emplea casi en exclusiva en instalaciones pequeas y medianas defrio industrial y comercial, as como en la mayora de los equipos destinados alacondicionamiento de aire, trabajando con refrigerantes halogenados, hidrocarburos yrecientemente en instalaciones en cascada con dos refrigerantes, por ejemplo con el CO2en el

sector de baja y algn halogenado en el escaln de alta.Sus principales ventajas son el menor coste de la inversin y la menor carga de refrigerantecon repercusin negativa en el medio ambiente. Dado el extenso periodo de tiempo durante elcual se han venido realizando este tipo de instalaciones, actualmente se tiene una ampliaexperiencia tanto en la realizacin como en el mantenimiento de las instalaciones.El NH3con expansin seca se emplea en pocas aplicaciones. Los principales motivos son:- El recalentamiento esttico mnimo que requieren las vlvulas de expansin termostticas,

pues principalmente a bajas temperaturas supera el DT1 usual de diseo en los evaporadorescon amoniaco, dificultando la apertura total de las mismas.-La lentitud de la respuesta que presentan estas vlvulas termostticas convencionales, de

funcionamiento mecnico.- La falta de solubilidad entre aceite y refrigerante.


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Esto repercute sobre el consumo directo del compresor y en los costes de inversin alrequerirse compresores mayores y ms espesor de aislamiento en el sistema.Adems hay que aadir al superior consumo del sistema frigorfico el de las bombas delcircuito secundario. Sin embargo estos incrementos del consumo de energa sepueden llegara compensar de diferentes formas:

- Con el empleo de refrigerantes ms eficientes, como el R-717 en lugar de refrigeranteshalogenados en instalaciones de supermercados.

- Con el uso de fluidos secundarios permite obtener un diferencial de temperatura menorentre el fluido dentro del enfriador y el aire ambiente, permitiendo una HR ms elevada ygenerando menos escarcha facilitan un control ms estable, con menores oscilaciones y porello en algunas aplicaciones, por ejemplo en los almacenes de refrigerados, se pueden ajustarlas temperaturas de consigna algo superiores, sin afectar a la calidad ni a los tiempos deconservacin de los productos.- Instalando bombas en los circuitos secundarios con variadores de frecuencia para adaptar

los caudales a las demandas de los enfriadores de aire o resto de usuarios del frio.-Empleando evaporadores-enfriadores del fluido secundario de placas, con lo que se puedereducir considerablemente el diferencial de temperatura en el intercambio. Por ejemplo consalida del secundario de solo 1 o 2 K por encima de la temperatura de evaporacin a la salidadel intercambiador, con una inversin razonable en este ltimo.- Empleando fluidos con cambio de fase en los circuitos secundarios, principalmente, demomento el CO2.Con todas o parte de estas medidas no es difcil conseguir en muchas aplicaciones unaequivalencia de consumos anuales de energa entre los sistemas directos e indirectos. Incluso

pueden ser menores en los indirectos, si las instalaciones funcionan de manera constantedurante todo el ao.En la figura Fig.4.2 se representa una comparacin de un sistema directo con R-404 A conotro indirecto con NH3 (R-717). Como base de comparacin se ha utilizado el R-22 enexpansin directa. Se puede apreciar que, tomando las medidas oportunas dentro de lasmencionadas anteriormente, se consiguen resultadas de COP muy atractivos, por lo que antesde decidir cul de los sistemas es ms ventajoso desde el punto de vista energtico, tiene quehacerse un estudio comparativo completo.


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tipo de equipos y componentes diseados para la utilizacin de ste refrigerante, y que losinstaladores han ampliado el campo de sus aplicaciones, los resultados lo estn confirmandocomo una alternativa muy vlida y bastante divulgada en estos sistemas indirectos.El consumo de energa de bombeo en los circuitos secundarios se puede reducir desde el 2-3% de la potencia absorbida nominal de los compresores del circuito frigorfico con fluidostradicionales, hasta valores prximos al 1 % con el CO2.

En reconversiones llevadas a cabo en supermercados, se ha comprobado que debido a losexcelentes coeficientes de trasmisin de calor del CO2, superiores a los de muchos de losrefrigerantes ms comunes, permite subir las temperaturas de evaporacin en muchos casos

por encima de las que necesitaban los refrigerantes sustituidos. Esta realidad constituye unaventaja adicional en las nuevas instalaciones.Por otra parte al sobre alimentar los evaporadores se consigue casi la misma temperatura entoda la batera, con distribucin ms uniforme y menor cantidad de escarcha.

En la Fig. 4.3 se puede contemplar el esquema bsico de este sistema indirecto con CO2como fluido secundario.

Fig.4.3 Esquema de una instalacin con NH3como refrigerante y CO2como fluido secundario.

En la tabla T.4.1 se expone otra comparacin de los valores COP entre tres sistemas directoscon uno indirecto NH3/CO2, con temperaturas de evaporacin y condensacin de -8C y+25C. Se observa como el R 717 destaca sobre los dems. Con el indirecto R-717/CO2 ensegundo lugar, por encima de los directos con R-404 A y R-22.


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4.4.2 Sistema de dos etapas de compresin.Generalmente, se recurre a comprimir en dos etapas cuando la relacin de presiones superalos valores entre 8 y 9 y hasta los aproximadamente 28.Si la relacin de compresin sobrepasa este ltimo valor habr que emplear tres etapas.

Fig. 4.6 Esquema de compresion en dos etapas con subenfriador intermedio abierto

Normalmente se suele calcular la presin intermedia mediante la frmula siguiente:

[17]Dnde:

PO= Presin absoluta de evaporacin.Pc = Presin absoluta de condensacinEn la figura 4.6 se representa un esquema de principio de una compresin de doble etapa conenfriador intermedio del tipo abierto, as como su correspondiente diagrama entlpico. Si enun mismo diagrama entlpico se dibujan los esquemas de una y dos etapas se apreciarn lasdiferencias entre ambos: en la compresin de doble etapa se reduce el trabajo, desciende latemperatura de descarga y aumenta el efecto frigorfico. Todo ello de manera sustancial.

4.4.3 Sistema con economizador para compresores de tornillo.La robustez de los compresores de tornillo hace innecesaria, desde el punto de vista

exclusivamente mecnico, la compresin en dos etapas en muchas de las aplicacionescomunes en la refrigeracin. Lo que ocurre es que a partir de una relacin de compresindeterminada utilizar una sola etapa puede no ser adecuado a causa del mayor consumoenergtico.

Al disponer de un compresor mecnicamente muy robusto y pretender conseguir unacompresin de bajo consumo se desarroll el denominado economizador, para mejorar elefecto frigorfico del refrigerante, aprovechando una conexin en un punto intermedio de lacompresin. Desafortunadamente la mejora va disminuyendo cuando la vlvula correderadel compresor de tornillo parcializa, y llega a desaparecer totalmente el efecto economizador,

cuando el punto de conexin economizador-compresor alcanza la presin de aspiracin. Elesquema de la compresin con economizador se representa en la Fig. 4.7

COm PPP =


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Fig. 4.7 Esquema de compresor de tornillo con economizador (tipo abierto).

El sistema puede ser utilizado con otros tipos de compresores como por ejemplo con losllamados Scroll o con los centrfugos, siempre que se aporte una mejora energtica que

justifique la mayor inversin.

4.4.4 Sistemas en cascada.Los sistemas en cascada se emplean en grandes instalaciones casi en exclusiva paratemperaturas de servicio muy bajas, fundamentalmente con los refrigerantes CO2hasta unos-52C y con R-23 hasta unos -80C. En instalaciones pequeas y medianas los sistemas encascada con refrigerante CO2en el escaln de baja y gases fluorados, como el R-134 o losdenominados naturales, como el R-717 e hidrocarburos, en el escaln de alta, estnalcanzando considerable importancia y se les presenta como una de las soluciones con ms

futuro en los prximos tiempos gracias a su elevada eficiencia energtica, su baja carga derefrigerante, con la consiguiente disminucin del riesgo de fugas en aquellas aplicaciones que

permitan confinarlos en una sala de mquinas especfica.

Fig.4.8 Sistema frigorfico en cascada.

En el esquema de la Fig.4.8 se ha representado un sistema en cascada.En estas instalaciones los dos circuitos, el de baja y el de alta, estn totalmente separados, porlo que se pueden utilizar diferentes refrigerantes y diferentes aceites en cada uno de ellos. Con

el evaporador del circuito de alta se condensa el refrigerante del circuito de baja en un


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4.4.5.1 Instalaciones de NH3En la Fig.4.9 se ofrece una comparacin de los COP entre sistemas de una y dos etapas ysistemas con economizador, en funcin de la temperatura de evaporacin.

Fig. 4.9 Curvas de COP de compresores de tornillo con NH3en funcin de la temperatura de evaporacin.

Hay que destacar, que al descender la temperatura de condensacin las mejoras que seconsiguen en el COP con la compresin de doble etapa y con la que usa economizadordisminuyen en porcentaje comparadas con la compresin de una sola etapa. Por el contrarioal subir ms esta temperatura las mencionadas diferencias se incrementan. Se deduce de estacircunstancia que la compresin en dos etapas y la que utiliza economizador es menossensible a las variaciones de la temperatura o presin de condensacin que la de simple etapa.En el grfico de la figura Fig. 4.9 se pueden observar las diferencias de los COP que existenentre estos tres sistemas de compresin.

Fig. 4.10 Grfico comparativo de COP entre compresin de doble etapa y compresin coneconomizador. Compresores de tornillo.

En el grfico de la Fig. 4.10 se aprecia con claridad cmo va aumentando la diferencia de losCOP entre la compresin con economizador y la de doble etapa, a favor de esta ltima, al irdescendiendo la temperatura de evaporacin, mantenindose la condensacin invariable. Estaes la razn por la que se insiste en esta gua en las mejoras de eficiencia energtica que

pueden conseguirse con la compresin de doble etapa, sobre todo con NH3para temperaturas


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4.7.2 Planta de absorcin de amoniaco agua.Las plantas de absorcin son en casos muy especficos una alternativa a las instalaciones decompresin mecnica.Los componentes que forman parte de una instalacin de refrigeracin por absorcin son muysimilares a los utilizados en una instalacin de compresin. En la Fig. 4.21 se puedeobservar la comparacin entre los componentes bsicos de ambas. En la planta de compresinlos sectores de alta y baja presin estn separados por el compresor y el dispositivo deexpansin y en la planta de absorcin por los dispositivos reductores de presin y la bombade impulsin de la solucin.A la izquierda de ambos esquemas se encuentran el condensador, los dispositivos dereduccin de presin y el evaporador y a la derecha se sitan el compresor mecnico, en el

primer caso, y lo que se denomina compresor trmico, en el segundo. Este ltimo formadopor el conjunto generador- absorbedor-bomba solucin-vlvula reductora de presin.

Fig. 4.21 Esquemas de mquinas frigorficas de compresin mecnica (izquierda) y trmica (derecha)

En el absorbedor tiene lugar la reduccin de volumen del refrigerante, al disolverse en lasolucin, y en el generador se separa nuevamente el refrigerante de la solucin (equivalente ala descarga del compresor). La diferencia de presiones entre el sector de baja y el de alta sevence con una bomba que trasiega la solucin, aqu es donde reside la ventaja de lasinstalaciones de absorcin pues el trabajo necesario para elevar la presin de un lquido esmucho menor que el requerido para subir la presin de un gas.Por sta razn el consumo elctrico de una instalacin de absorcin es aproximadamente un 5% del preciso para una instalacin de compresin convencional.

En la planta de absorcin hay pues dos recorridos: uno el que hace el refrigerante, entregenerador, condensador, evaporador y absorbedor y el otro entre absorbedor y generador quees el que realiza la solucin. En el caso de las plantas de amoniaco-agua la solucin ricacircula entre absorbedor y generador y la pobre desde el generador al absorbedor. Con las

plantas de BrLi sucede al revs pues en el generador se evapora el agua y aumenta laconcentracin del BrLi.Esto no significa que energticamente sea mejor la mquina de absorcin, pues si paraencontrar la eficiencia de una instalacin de compresin se estableci el cociente entre laenerga producida y la consumida, aqu deber ser:


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con dos generadores y dos absorbedores en serie (equipos de doble efecto). Adems, en casode tener que proporcionar fro a dos temperaturas diferentes (por ejemplo -10C y -40C) se

pueden montar dos absorbedores trabajando en paralelo con un solo generador.En la Fig. 4.24 se representa la temperatura mnima necesaria en la fuente de calor en funcinde la temperatura disponible del agua fra y la de evaporacin. Datos orientativos.

Fig. 4.24 Relacin entre las temperaturas de disponibles de agua fra y las necesarias de la fuente de calorpara diversas temperaturas de evaporacin.

En vista de la cantidad de calor precisa para el funcionamiento de estas plantas y de su bajaeficiencia, comparadas con las convencionales de compresin, debe desestimarse lageneracin de vapor exclusiva para su funcionamiento o hacer trabajar el generador comoquemador, mediante la combustin de fuel o gas natural.La nica aplicacin justificable de los equipos de absorcin, desde el punto de vistaenergtico, es cuando se disponga de fuentes de calor residual o excedente. El primer caso

puede tener lugar en un proceso de una fbrica de productos qumicos que en un puntodeterminado se desarrolle una reaccin exotrmica, sin posible aplicacin de ste calor enningn otro punto del proceso, y el segundo en instalaciones de cogeneracin o trigeneracin.En la Fig. 4.25 se representa el esquema de una planta de absorcin, para aprovechar los gasesde escape de un motor de gas destinado a la generacin de energa elctrica. En esta

aplicacion pueden ser rentables las maquinas de obsorcion.En las plantas de cogeneracion el objetivo `principal es producir electricidad y energiatermica til .Si la energa calorfica se utiliza en parte o en ciertos periodos del ao, para

producir frio en forma de agua o hielo,se les denomina plantas de trigeneracin.En estos casolas plantas de absorcin pueden ser tambien rentables al aprovechar el calor sobrante de lacogeneracion. Ejemplos pueden ser la generacion de energia electrica,calorifica y frigorificaen hospitales, grandes centros comerciales y similares,en los que se produzcan su propiaenergia electrica, el calor para la calefaccin y el frio para el acondicionamiento del aire. Esun proceso que permite obtener un mayor rendimiento trmico global, con ahorro de la

energa primaria y reduccin de emisiones.


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del sistema, y el gas se descomprime inmediatamente despus de alcanzar el orificio dedescarga con lo que se desarrolla un trabajo superior al necesario.Si por el contrario la presin de descarga determinada por el valor Vi es inferior a la presinde condensacin que hay en el sistema, cuando el fluido alcance el orificio de descarga, partedel gas existente en el lado de alta retornar a la cmara de compresin y los rotores tendrnque "empujarlo " , junto con el comprimido, de nuevo al sector de alta. Esto se conoce comosubcompresin y conlleva la realizacin de un trabajo que no es necesario para el ciclofrigorfico.El resultado es una prdida de COP en mbos casos (vase Fif.5.5).

Fig. 5.5 Representacin de los efectos del Vi inadecuado en los compresores de tornillo.

Este efecto tienen una considerable influencia negativa en el consumo energtico de loscompresores de tornillo y en definitiva en el de los sistemas frigorficos y por sta razn esconveniente utilizar compresores con el Vi variable. Esto significa que el Vi se va ajustando

en funcin de las presionesde trabajo del sistema de forma automtica. Puesto que el valor delVi depende de la construccin mecanica del compresor habr que modificar la estructura dela misma. Como el mximo espacio encerrado entre rotores (VA) no puede aumentarse , lanica forma de ajustar el Vi para adaptarlo a las condiciones cambiantes de la presin decondensacin ser variando el espacio en el que queda comprimido el refrigerante antes de ladescarga (VD). Esto se consigue modificando el paso en el orificio de descarga, para que lamquina pueda adaptarse al Vi requerido por las variaciones en la presin de condensacin ode aspiracin (si cambia PAtambin lo hace PD).Sobre el uso de Vi variables hay que mencionar que su mayor eficacia se consigue cuando el

compresor trabaja al 100%.El empleo de sistemas de condensacion flotante incre

aefyt guia para la mejora de la eficiencia energetica de las inst frig mayo 2014

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