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Miércoles, 03 Mayo 2017 12:33

Estudio comparativo de los nuevos gases ecológicos

artgasecolog 0El Objeto del estudio es dotar de una herramienta tanto a Instaladores y Mantenedores, como Proyectistas y Distribuidores de gases refrigerantes

 

Para poder elegir el refrigerante más adecuado a sus necesidades, debido a la gran cantidad de nuevos gases que han aparecido en el mercado. Hay que mencionar que este trabajo se ha realizado dentro del programa TKgune del Gobierno Vasco.

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TKgune es una Red de Innovación, Transferencia de Tecnología y Desarrollo Competitivo de las empresas para la implantación y mejora de la tecnología, desarrollando una oferta especializada, que incluye formación avanzada y servicios técnicos de valor añadido en el ámbito de proyectos de I+D+i, para el desarrollo de dinámicas de innovación y mejora continua de los procesos y productos clave de las PYMEs, que les ayude a acceder a mercados emergentes y de alto valor añadido.

En TKgune participan centros de Formación Profesional con la colaboración del Gobierno Vasco. TKgune se articula en cinco ENTORNOS ESTRATÉGICOS, los cuales abarcan los siguientes ámbitos tecnológicos: Automatización, Energía, Automoción, Fabricación e Industrias Creativas. 

A través de la red de centros y profesorado de Formación Profesional del entorno de ENERGÍA en el que participa el Centro Integrado de Formación Profesional de Construcción y Eficiencia Energética de Vitoria, Eraiken CIFP Construcción LHII., ofrecemos la posibilidad de asistencia en la implantación y/o mejora de nuevos procesos de trabajo. La empresa dispondrá así de tutorización personalizada de nuestros profesionales, como la posibilidad de utilizar nuestra red de centros como banco de pruebas, previo a la implantación del proceso productivo.

Por iniciativa de la empresa FRINSA S.L., el centro ERAIKEN ha realizado este proyecto que consiste en analizar cómo se comportan los nuevos gases refrigerantes, entre los que se encuentran los nuevos refrigerantes ecológicos, destinados a sustituir los que se utilizan actualmente, en instalaciones tradicionales de climatización, conservación y congelación.

Como es sabido, no podemos hablar de un gas ideal que encaje en todo tipo de instalaciones. Por ello, es necesario estudiar cada caso particular, las condiciones de aplicación, teniendo en cuenta que tenemos que conseguir la máxima eficiencia energética, cumpliendo la normativa medioambiental, sin perjudicar el rendimiento de la instalación y siendo viable económicamente. 

Este escenario obliga a proyectistas e instaladores, sobretodo, sin olvidar a los conservadores reparadores, a tener en consideración una nueva generación de gases refrigerantes o frigorígenos que aún no se encuentran suficientemente testados.

Como consecuencia de este nuevo escenario, se ha realizado un estudio para clarificar las características y consecuencias de utilizar estos nuevos refrigerantes tanto en instalaciones nuevas como en instalaciones que se encuentran en funcionamiento. 

El estudio ha consistido en la comprobación tanto del comportamiento, así como de las características determinadas por los fabricantes de los refrigerantes nuevos, es decir, algunos refrigerantes que tengan vigencia hasta el 2020. 

Para ello se instalaron dos cámaras frigoríficas de idénticas características constructivas que se encontraban en idénticas condiciones ambientales y se comprobaron sus propiedades y características.

CARACTERÍSTICAS DE LA INSTALACIÓN

 

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Esquema frigorífico · Emplazamiento de las cámaras · Equipos e instalación · Planta de las cámaras frigoríficas

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Comprobación y ajuste de la instalación · Toma de datos de la instalación

 

Los gases refrigerantes testados en este ensayo se han probado en media (-5 / 0º C) y baja temperatura (-25/-20 º C) y han sido los siguientes:

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Gases refrigerantes testados

 

En la siguiente tabla aparecen los datos correspondientes a los refrigerantes utilizados para el estudio.

En las tablas de datos que se adjuntan, se pueden observar los valores correspondientes a cargas de refrigerante, PCA, precios, impuestos de cada uno de los refrigerantes…, que nos permitirán seleccionar la opción más conveniente en cada una de las situaciones.

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Características de los gases. PCA(GWP): AR3 Versión III del IPCC

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Consumo diario de energía (KWh/día)

 

METODOLOGÍA

La metodología del ensayo ha consistido en la comprobación del comportamiento de la instalación en idénticas condiciones de funcionamiento (misma carga térmica, variando los gases refrigerantes.

TOMA DE DATOS REALIZADOS

> T de evaporación (aspiración)             > P de baja (aspiración)

> T de condensador (descarga)              > Consumo del compresor

> T del líquido condensado                     > Consumo energético

> T ambiente                                        > Generar fuga y comprobación del deslizamiento

> T interior cámara                                > Peso de gas real

> P de alta (descarga)

EQUIPOS DE MEDIDA

> Sondas de T, P                                   > Contador de energía: CIRCUTOR MOD. AR 6 

> Registrador de datos: CLIMACHECK      > Registrador de datos: AKM (Danfoss)

CONCLUSIONES

Detallar el comportamiento de los distintos refrigerantes determinando sus ventajas y desventajas.

> COP                                                  > Variación en la regulación del sistema de expansión respecto al R-404ª y al R134A                                  

> Capacidad frigorífica                           > Carga de gas usada (kg)

> Tª de descarga                                   > Consumo eléctrico en kWh

> Análisis del deslizamiento                    > Cálculo del TEWI

 

PROCESO A SEGUIR

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DESARROLLO Y RESULTADOS DEL ESTUDIO

1.  Datos y resultados obtenidos de los gases testados en la cámara 1 en media temperatura

En las tablas de datos que se adjuntan, se pueden observar, entre otros, los valores correspondientes a Capacidades Frigoríficas, COP, Tª de descarga de cada uno de los refrigerantes, que ayudarán a seleccionar la opción más adecuada en cada una de las instalaciones.

Por otro lado, y en referencia a la parte del ensayo correspondiente al estudio de las posibles variaciones en las propiedades de los refrigerantes que sean mezclas, al ir realizando sucesivas fugas, no se han detectado cambios muy significativos en dichos comportamientos.

En los siguientes diagrama se indican las propiedades de los distintos gases refrigerantes comprobados en la cámara 1. Los gases fluorados que se han observado en dicha cámara han sido el R 134 A y sus sustitutos.

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En la siguiente tabla se observan las características correspondientes a este primer grupo de refrigerantes en comparación al de referencia de este grupo que es el R134 A.

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En las siguientes gráficas se observan los comportamientos de un ciclo de funcionamiento de los gases refrigerantes probados en la cámara 1.

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En la operativa tipo “Drop in” que se ha utilizado en este ensayo, observamos el orden, de mayor a menor, de los refrigerantes que superan con mayor facilidad la carga térmica del calefactor (1000 W) y además del resto de cargas (transmisión por paneles frigoríficos, desescarches, ventiladores de evaporador...). 

Los gráficos siguientes corresponden a los resultados obtenidos de las características de los gases refrigerantes testados en la cámara 1. Las condiciones de ensayo que se han establecido para estos gases han sido; Carga térmica calefactor: 1000w · Ciclo calefactor: 50´(ON)/10´(OFF) · Tª Exterior: 25-27 ºC

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2. Datos y resultados obtenidos de los gases testados en la cámara 2 en media temperatura

En los diagramas siguientes se indican las propiedades de los distintos gases refrigerantes comprobados en la cámara 2.

Los gases fluorados que se han observado han sido el R 404A y sus sustitutos.

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En la siguiente tabla se observan las características correspondientes a este segundo grupo de refrigerantes en comparación al de referencia o patrón de este grupo que es el R404 A.

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En las siguientes gráficas se observan los comportamientos de un ciclo de funcionamiento (Carga térmica ON-OFF), de los gases refrigerantes probados en la cámara 2.

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Los siguientes gráficos corresponden a los resultados obtenidos de las características de los gases refrigerantes testados en la cámara 2. Las condicones de ensayo que se han establecido para estos gases han sido los siguientes; Carga térmica calefactor: 2000w · Ciclo calefactor: 50´(ON)/10´(OFF) · Tª Exterior: 25-27 ºC

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3. Datos y resultados obtenidos de los gases comprobados en las cámaras 1 y 2 en baja temperatura

En los diagramas siguientes se indican las propiedades de los distintos gases refrigerantes comprobados tanto en la cámara 1 como en la cámara 2 pero en este caso se han testado en baja temperatura. Los gases fluorados que se han observado han sido el R404 A y sus sustitutos para baja temperatura.

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En las siguientes gráficas se observan los comportamientos de un ciclo de funcionamiento (Carga térmica calefactor ON-OFF) de los gases refrigerantes probados en ambas cámaras en baja temperatura (Tª≈ - 20 ºC).

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En la siguiente tabla se observan las características correspondientes a este segundo grupo de refrigerantes en comparación al de referencia o patrón de este grupo que es el R404 A. 

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En las siguientes gráficas se observan los comportamientos a lo largo de un ciclo de los gases que se han probado a una Tª de -25ºC con ajuste de orificio y regulación en la válvula de expansión. 

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Los siguientes gráficos corresponden a los resultados obtenidos de las características de los gases refrigerantes testados en las dos cámaras en condiciones de baja temperatura. Las condicones de ensayo que se han establecido para estos gases han sido los siguientes; 

Carga térmica calefactor: 500w · Ciclo calefactor: 50´(ON)/10´(OFF) · Tª Exterior: 25-27 ºC

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CONCLUSIONES

Con el fin de facilitar a Instaladores y Mantenedores, así como Proyectistas y Distribuidores de gases refrigerantes una herramienta eficiente para poder elegir el refrigerante más adecuado a sus necesidades, ante la gran cantidad de nuevos gases que han aparecido en el mercado. Después de llevar a cabo el estudio, y valorar los resultados obtenidos sobre los gases refrigerantes sustitutos, se pueden afirmar las siguientes conclusiones: 

:: Los gráficos de ciclo se han realizado de forma general para todos los gases de cada grupo, variando solamente la programación de los parámetros específicos de cada uno, sin variar toberas ni valores de recalentamientos. En los casos que sí se han producido ajustes, se indica en el título del mismo.

:: Las tablas que se adjuntan, en las que se indican los valores alcanzados por cada uno de los refrigerantes ensayados, nos aportan una información útil para hacer una estimación previa y aproximada del rendimiento de la instalación. En concreto relacionando el caudal de refrigerante, producción frigorífica específica y/o apertura de válvula.

:: Como complemento en la ayuda al instalador a la hora de elegir entre un refrigerante u otro, además de la información de los diferentes rendimientos frigoríficos, se adjunta la referente a los precios e impuestos de cada uno de ellos, con el fin de aportar otro tipo de criterios, en este caso, económicos y medioambientales.

:: Las sucesivas fugas y recargas de refrigerante no han supuesto cambios relevantes de funcionamiento en los diferentes ensayos realizados.

:: En relación a la configuración del sistema de expansión, se ha probado a programar los parámetros de otros refrigerantes (R22, R407A) en algunos de los ensayados con el fin de comprobar si se producían mejoras o funcionamientos más estables, no produciéndose esta mejora en ninguno de los casos.

:: Media Temperatura: Por lo general no se han precisado ajustes especiales del sistema de expansión una vez configurado el control electrónico para cada tipo de refrigerante. 

:: Baja  Temperatura: En este caso, en todos los gases sustitutos  sí se precisa un ajuste específico del sistema de expansión en lo referente a  tamaño de  toberas y valores de recalentamiento,  en relación a la configuración del refrigerante de referencia. Para realizar cualquier retrofit por lo menos hay que realizar ajustes en los elementos (válvula de expansión…) y en los casos más adversos habrá que cambiar alguno de los elementos de la instalación. 

En Baja Temperatura no todos los gases comprobados llegan a alcanzar -25ºC en las condiciones establecidas.

:: Así mismo, se han producido situaciones  con recalentamientos muy bajos. En concreto con el R453A el recalentamiento era muy bajo, incluso con riesgo de entrada de líquido en la aspiración del compresor. En este caso se actuó sobre el tamaño del orificio (menor) y el recalentamiento (mayor), eliminándose la problemática descrita anteriormente y consiguiendo un funcionamiento correcto en la instalación dándose la situación contraria, por ejemplo, en el R452 A .

:: Otra prueba realizada, ha consistido en el cambio de las llamadas Ctes. de Antoine, que son diferentes y únicas para cada gas y con ellas se puede adaptar el funcionamiento del control electrónico de válvula de expansión a las características específicas de cada refrigerante.

 

Con la colaboración del cni (Confederación nacional de instaladores y mantenedores)

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