La
disminución del consumo de las plantas frigoríficas es una cuestión crítica
actualmente y un diseño bien afinado será la clave del sistema que necesitamos.
En este artículo vamos a explicar el funcionamiento del software Pack
Calculation II (descarga gratuita) para analizar el consumo energético de una
planta frigorífica.
Esta
aplicación se utiliza para comparar algo bien interesante en las plantas de refrigeración,
el consumo anual de energía entre distintas soluciones viables. Entre otras
características, los sistemas de CO2 transcríticos pueden compararse
con sistemas tradicionales y ver las diferencias entre sí. En este artículo
explicamos en detalle cómo funciona este fantástico programa y sus
posibilidades para el diseño de ciclos frigoríficos optimizados.
Como
veremos, el grado de desarrollo es tal que podemos considerar todas las
configuraciones posibles del ciclo frigorífico, así como los sistemas de
control de eficiencia energética más avanzados.
INICIO
DEL ANÁLISIS
Para ver
cómo funciona el programa vamos a hacer un análisis sencillo usando un sistema
pequeño de una sola etapa. En el manual de instrucciones del programa se
incluye un análisis algo más complejo pero para iniciarse con él es conveniente
estudiar una instalación pequeña más simple.
El análisis
de un sistema comienza seleccionando las opciones de diseño del ciclo de
refrigeración como son:
Configuración del sistema
Las opciones
que tenemos para la configuración del sistema son las siguientes:
- Una etapa: Con la opción de una etapa transcrítica.
- Dos una etapa.
- Cascada, cascada transcrítica, CO2.
- Evaporadores inundados.
Selección del compresor
La selección
del compresor idóneo para nuestra aplicación es clave de cara a optimizar su
consumo energético y a conseguir un perfecto funcionamiento del sistema. En el
ejemplo seleccionamos un compresor de una etapa.
Si elegimos
dos etapas seleccionaríamos también la temperatura baja (LT) y la temperatura
media (MT). Cuando seleccionamos un sistema transcrítico de dos etapas ello
implica que usaremos CO2 como refrigerante.
La selección
del compresor se hace a partir de las especificaciones técnicas que en el
propio programa incluye para los principales fabricantes. Aquí determinamos
especialmente la temperatura de evaporación y la temperatura de condensación.
En el
ejemplo dimensionamos un compresor Bitzer 4FC-3.2Y. Se trata de un compresor
semihermético a pistón con una intensidad máxima de funcionamiento de 9,2 A que
trabaja a 380...420 V a 50 Hz. El volumen que desplaza es de 18,05 m3/h
a 1450 epm a 50 Hz.
Seleccionamos
asimismo una temperatura de evaporación de Te =– 30 ºC y una temperatura de
condensación de Tc = + 20 ºC.
En la
pantalla observamos que tendríamos una capacidad de enfriamiento Qe = 5,2 kW y
una capacidad de condensación Qc = 7,5 kW
Del
compresor seleccionado lo que nos interesa son sus capacidades máximas. En este
caso la temperatura de evaporación y la
temperatura de condensación. También la capacidad de enfriamiento y la
capacidad de condensación. Estos números son importantes para el análisis
posterior.
Es
importante observar que las opciones/parámetros que consideremos en el diseño
deben ser lo más próximas posibles a las condiciones de diseño, ya que es lo
que nos determinará la eficiencia del sistema y su buen funcionamiento.
Si en un
lugar demasiado caluroso seleccionamos una Tc de + 20 ºC y luego las
temperaturas son más elevadas durante gran parte del año es posible que estemos
diseñando un sistema demasiado pequeño, y su capacidad real será inferior a la
prevista.
Por el
contrario, si como medida de seguridad seleccionamos una temperatura de
condensación demasiado alta estaremos sobredimensionando el sistema
innecesariamente. El consumo será mayor y también su coste.
Lo
interesante del programa es que una vez sabemos utilizarlo las capacidades nos
las calcula automáticamente y el avance es muy rápido.
Definición de la línea de succión
Una vez que
hemos definido la configuración de partida y hemos seleccionado los compresores
el siguiente paso es definir la línea de succión.
En la línea
de succión tenemos
- Capacidad de enfriamiento.
- Evaporadores de expansión seca.
- Circuito secundario.
- Perfil de la temperatura de evaporación.
- Intercambiador de calor.
En la línea
de succión definiremos la capacidad de enfriamiento real del sistema. Esta capacidad la habremos calculado en
función de las necesidades reales de la aplicación que estamos resolviendo, con
medios alternativos y a partir de variables como:
- Características del recinto a refrigerar. Si es por ejemplo una cámara frigorífica se requiere saber volumen, dimensiones, espesor de aislamiento, localización y temperatura ambiente.
- Características del producto: Condiciones de conservación, contenido en agua, temperatura de congelación, calor de respiración, carga del producto, rotación diaria, entrada diaria del producto, tiempo de enfriamiento, temperatura de entrada y tipo de embalaje.Los cálculos de la aplicación nos permiten obtener las necesidades frigoríficas diarias y la potencia de funcionamiento necesaria en kW.
Cuando
definimos la capacidad de enfriamiento, tenemos las siguientes opciones:
- Perfil: Podemos especificar el perfil de carga para el sistema. El programa tiene un perfil predeterminado constante pero podemos definirlo por semana o por día.
- Capacidad de dimensionado. Este valor define el tamaño del perfil seleccionado (el perfil es relativo). El programa automáticamente selecciona un valor, que es igual a la capacidad de dimensionado de la capacidad de los compresores.
- Tamb at… Los últimos tres parámetros definen cómo el perfil seleccionado varía con las temperaturas ambientes.
Si el
sistema tiene evaporadores de expansión seca, definiremos el recalentamiento
total y el no útil. Si el recalentamiento total es de 20 K y el no útil es 10 k,
lo cual significa que el recalentamiento en el evaporador es 10 k
(recalentamiento útil), y el gas de succión de esta forma desde el evaporador
al compresor se calienta 10 K (no sobrecalentamiento útil).
Ver 2ª Parte
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