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Lunes, 06 Mayo 2019 08:18

EPTA, Instalaciones transcritas de CO2 con FTE

foto principal 000TECNOLOGÍA. Descripción del sistema FTE, la solución FTE prevé, respecto a un sistema transcrítico booster básico, la instalación de un recipiente de líquido adicional situado entre la salida de los evaporadores de temperatura positiva y la aspiración de los compresores de media temperatura

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Este recipiente recoge el refrigerante a la salida de los servicios de MT que llegará principalmente en fase líquida puesto que en paralelo se obliga a los evaporadores a trabajar en régimen inundado al reducir a cero el sobre-calentamiento. El recipiente intermedio dispone de una serie de sensores electro-mecánicos que controlan el nivel de refrigerante en los mismos. Cuando el nivel es suficiente, el FTE alimenta directamente desde este recipiente intermedio los servicios de negativa (con una línea añadida de líquido hasta los mismos), cuando el nivel del recipiente baja la lógica de control devuelve la alimentación del evaporadores de BT al recipiente principal. El control actúa sobre una electroválvula que cierra/abre de acuerdo con lo dicho anteriormente.

foto 2En cuanto a la gestión del flash gas este se conduce hasta la entrada del recipiente de líquido secundario facilitando así el ciclo del mismo en lugar de llevarlo directamente a la aspiración de los compresores de MT. Esta solución no necesita incorporar compresores en paralelo para la gestión del flash gas puesto que este se canaliza a través del depósito intermedio, aprovechando incluso las gotas de refrigerante que pudieran acompañarlo.

Las instalaciones ya realizadas por Epta con esta solución demuestran además innecesaria la válvula de gas caliente (utilizada para evitar la entrada de líquido en los compresores de MT) eliminando así un factor de ineficiencia.

Funcionamiento del sistema FTE

Las ventajas de operar de esta manera son las siguientes:

El ahorro que se consigue gracias a la elevación de la temperatura de evaporación en los servicios de Tª positiva. El ahorro mínimo medido es del 10%.

La reducción de la temperatura de descarga de los compresores.

La reducción del caudal de refrigerante necesario gracias a que la alimentación de los evaporadores de negativa desde el recipiente intermedio se realiza con el refrigerante a una temperatura inferior respecto a la que tiene cuando llega directamente desde el recipiente principal (-4ºC frente a +3ºC). 

La excelente fiabilidad gracias al comportamiento del sistema en su conjunto por lo que se refiere a la recirculación del aceite: los compresores trabajan a temperaturas menores y además siempre correctamente lubrificados. El recipiente intermedio no constituye una trampa para el aceite tal como certifican los fabricantes (Bitzer).

Estas cuatro ventajas principales del sistema se obtienen en cualquier clima y los 365 días del año a cualquier hora, independientemente de la temperatura exterior.

Se añade además la ventaja de poder integrar el clima con la central de refrigeración utilizando intercambiadores con agua como veremos en una de las instalaciones analizadas.

Las medidas tomadas en las siguientes instalaciones muestran las ventajas señaladas. Para la primera haremos además un estudio de consumos teórico-práctico.

  • Carcare (Savona, Italia)
  • Bolonia (Italia)

Comprobación cálculos teóricos Field Test

A continuación, se analizan los datos de campo recopilados de la instalación de Carcare (Savona, Italia). La instalación consiste en un sistema transcrítico estándar con la adición de solución FTE, debido a esto el sistema puede funcionar en modo estándar (con recalentamiento en los evaporadores de TN y evitando FTE) o en modo FTE (inundando  los evaporadores y llenando el recipiente FTE). Teniendo en cuenta que la misma instalación permite comparar los datos antes y después de la activación del FTE sin variables externas como el tipo de compresores, la demanda de carga de refrigeración, etc., solo el funcionamiento del FTE influye en los diferentes comportamientos del sistema.

Se muestran en la figura 3 los valores de COP total experimental de los dos modos de operación diferentes para el mismo valor de temperatura externa. Como podemos ver, el delta entre las dos líneas de tendencia es constante para las diferentes temperaturas externas y, por lo tanto, el ahorro es constante e independiente de la temperatura externa.

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 Se calcula el consumo, figura 4, a partir del COP experimental y la demanda total y se comprueba que el delta es constante de nuevo independientemente de la temperatura:

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Con el fin de comprobar y validar las estimaciones del consumo de energía obtenidas a partir de los cálculos teóricos se han comparado datos reales tomados en campo. La figura 5 demuestra la coherencia de los resultados teóricos al estar alineados con los medidos por los analizadores de redes.

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Los datos de campo de la presión de evaporación para compresores de media temperatura se muestran en la Fig. 6. 

Con la activación de FTE, se garantiza el aumento de la presión / temperatura de evaporación en cualquier condición externa debido a la sobrealimentación de los evaporadores de los servicios de temperatura media.

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El beneficio indirecto que otorga la instalación FTE es la reducción de la temperatura de descarga de los compresores. De hecho, la temperatura de aspiración de los compresores de media temperatura se reduce gracias a que evitamos el sobrecalentamiento de refrigerante: comenzar el trabajo de compresión a menor temperatura significa terminar el trabajo de compresión, y por ende la temperatura de descarga, a menor temperatura.

foto 77Para comprobar que el refrigerante llega a la aspiración de los compresores de media temperatura solo en fase gas se muestran en la figura 8 los datos de campo medidos.  Comparando los valores, se ve que el funcionamiento de FTE no implica peligro para la vida útil de los compresores debido a que el sobrecalentamiento se mantiene siempre por encima de los 5 K. La seguridad también proviene del diseño apropiado del FTE para evitar el arrastre de gotas.

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MEDICIONES EN CAMPO

Carcare, Italia 

Datos de diseño

Demanda total BT= 11 k W

Demanda total MT = 46,5 kW

Central: Epta modelo ECO2 Small

Compresores de BT 1 x 2HSL-3K+2HSL-3K; T evap LT = -35 °C

Compresores MT  2 x 4HTC-20K+4HTC-20K T evap MT = -11 °C

Sistema de recuperación de calor para calefacción: 42kW

De los datos tomados en campo, además de las conclusiones ya indicadas en párrafos anteriores, deducimos que como muestra la figura 9, los consumos en el periodo invernal  siguen el perfil de la temperatura externa hasta los 8°C que es una de las ventajas de la utilización del CO2 del que podemos aprovechar los saltos de presión frente a sistemas con HFC donde el límite de la condensación se sitúa muy por encima. Esto hace que en momentos de baja temperatura la eficiencia de la instalación sea muy alta, hecho que pesa muy positivamente en el cómputo total anual de consumo de una instalación de estas características. De hecho de los perfiles de temperatura de los diferentes emplazamientos es importante considerar no sólo los sumatorios de horas de mayor calor en exterior sino también los momentos del año en los que se está entre 8 y 20 °C de temperatura ambiente.

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Los valores monitorizados en esta instalación muestran una primera fase de ajuste de los sobrecalentamientos en la que la T de  descarga es todavía elevada pero se observa cómo se ajusta y baja considerablemente (15K). Las presiones de aspiración de media y baja temperatura se mantienen constantes alrededor de 30 y 12 bares respectivamente en la fase de régimen. Es interesante la línea de los sobrecalentamientos que muestra picos cíclicos en coincidencia con momentos de baja demanda de los servicios de TN.

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También en esta instalación la T de salida de gas-cooler sigue hasta los 10 grados el perfil de temperaturas ambiente con el consiguiente beneficio para el consumo de la instalación.

Bolonia

Datos de diseño

Demanda total BT= 34,1 kW

Demanda total MT = 139,3 kW

Central: Epta modelo ECO2 Large

Compresores de BT 1x2FSL +2x 2ESL-4K T evap LT = -35 °C

Compresores MT  1x4CTC-30K +4x 4CTC-30K T evap MT = -11 °C

Sistema de recuperación de calor para calefacción: 60kW

En esta instalación se evalúa un sistema de recuperación de calor activo que fuerza los compresores a trabajar en transcrítico para conseguir desde la central de refrigeración el calor necesario para climatizar el punto de venta.

En la figura 11 se muestran las temperaturas de descarga funcionando con y sin FTE y con y sin recuperación de calor. Se deduce que la activación del FTE permite reducir las temperaturas a la salida de los compresores de MT alrededor de 15K permitiendo un reaprovechamiento seguro y eficiente (comparado con el conjunto de una instalación que tuviera separado frío comercial y calefacción). El reaprovechamiento se hace con un intercambiador de agua que se calienta a 45°C con temperatura de entrada entre 30 y 35 °C. La potencia disponible es de hasta un 40% de la potencia frigo de TN de la central.

foto 111

En la figura 12 se muestra el consumo de la instalación en un periodo invernal sigue el perfil de temperatura exterior hasta valores de 10°C a pesar del funcionamiento combinado de la central que suministra calor de calefacción.

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CONCLUSIONES

Se ha demostrado  que la tecnología FTE permite mejorar el rendimiento de sistemas de CO2 transcríticos en cualquier condición ambiental sin incrementar la complejidad. En momentos fríos hace el sistema súper-eficiente y en momentos cálidos mejora notablemente el rendimiento.

Los datos medidos en campo en instalaciones en funcionamiento confirman la corrección de los cálculos teóricos de consumos, temperaturas de descarga y valores de sobrecalentamiento en la aspiración de baja y media presión.

La solución FTE consigue reducir entre 10 y 15 grados la temperatura de descarga contribuyendo en días de calor a la buena conservación del lubrificante y a la fiabilidad de los compresores. Los consumos al trabajar con evaporadores inundados en servicios de positiva se reducen para cualquier valor de temperatura exterior entorno a un 10% respecto al mismo sistema sin FTE.

Las ventajas del sistema FTE se aprovechan también de manera eficiente en instalaciones que combinan climatización y frío comercial pudiendo proveer la demanda de calor, conteniendo los consumos y la vez manteniendo valores limitados de temperatura de descarga.

Por último la tecnología está probada en más de 100 instalaciones, algunas de las cuales ya operan desde hace más de dos años demostrando en la práctica al sector de la refrigeración para la distribución alimentaria las ventajas señaladas.

foto autor epta

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