6.Análisis+de+enfriadoras+a+carga+parcial

Análisis de enfriadoras a carga parcial

6. Análisis de enfriadoras a carga parcial 6.1 Funcionamiento a carga parcial Actualmente las enfriadoras de líquido y bombas de calor se seleccionan en unas condiciones de evaluación que no son representativas de las condiciones normales de funcionamiento del equipo a lo largo de una estación. Muchos aparatos de aire acondicionado, bombas de calor y enfriadoras de líquido trabajan con cargas variables variando el tiempo de funcionamiento. El rendimiento del sistema depende en este caso en gran medida de la eficacia del sistema de control. Los sistemas de potencia variable, mediante el control continuo o por pasos del compresor, pueden adaptarse mejor a la carga variable mejorando el rendimiento del sistema. La ganancia potencial de eficiencia asociada al funcionamiento con regulación de la carga parcial en enfriadoras de agua es elevada, pudiendo llegar a ser de hasta un 30% del EER. Las eficiencias de cada una de las etapas de capacidad de una enfriadora difieren entre sí incluso si las condiciones de operación (temperatura de entrada del aire o del agua al condensador y temperatura de salida del evaporador) son idénticas. Es necesario explicar en detalle qué significa reducir la capacidad de una enfriadora para entender el concepto de temperatura reducida y el comportamiento a carga parcial. Ambos dependen del tipo de circuito de compresión empleado. En el capítulo 2 se vio cómo funcionan los compresores alternativos, scroll y de tornillo a carga parcial, pero es preciso ver con mayor detalle de detalle cómo reducen la capacidad cada uno de ellos. A continuación vamos a ver las distintas tecnologías para controlar las etapas de capacidad, dependiendo del tipo de compresor. La descarga de capacidad se produce variando el número de circuitos o variando el caudal en un circuito. Para desarrollar el control del caudal de refrigerante en el ciclo, se pueden usar compresores de velocidad variable, Vi variable (sólo para compresores de tornillo) o descarga de un compresor multi-etapa (tornillo o alternativo) o apagando un compresor de dos o más (scroll).

6.1.1 Compresores alternativos a carga parcial Un compresor alternativo tiene una válvula de resorte a la entrada y a la salida. En la succión, la válvula a la entrada permanece abierta hasta que la presión en la cámara es menor

215


que la presión de succión. La válvula a la salida sólo se abre cuando la presión en la cámara ha alcanzado la presión de condensación. En ese momento, al final de la carrera del pistón, penetra gas en el lado de alta presión. Por tanto, cuando las condiciones externas varían, el compresor adapta sus presiones de evaporación y descarga a las condiciones exteriores. El otro punto de vista del funcionamiento a carga parcial en compresores alternativos es relativo a la reducción de capacidad. Los compresores alternativos no funcionan bien si trabajan con relaciones de compresión elevadas y con fluidos poco densos. La capacidad de un compresor depende del gasto másico de fluido que circula por el compresor, que debe ser controlado en forma manual o automática. El rendimiento que tienen a cargas parciales no es bueno a no ser que se haya equipado con un sistema de variación proporcional al gasto. El método más utilizado en el control de la capacidad de compresores alternativos es la descarga de uno o más cilindros (dispone de tantas etapas como número de cilindros tiene) Los métodos más comúnmente usados son el de aspiración bloqueada y el de apertura de válvulas de aspiración. La aspiración bloqueada se consigue con una válvula solenoidal en el conducto de aspiración que vaya al cilindro que se quiere descargar. Si el gas refrigerante no alcanza el cilindro, no se bombea ningún gas. Si el compresor tiene 4 cilindros y el gas de aspiración se bloquea en uno de ellos, la capacidad también se bloquea en uno de ellos y por tanto, la capacidad del compresor se reduce en un 25% y el compresor bombeará a un 75% de su capacidad. La apertura de válvulas consiste en que si la válvula de aspiración se eleva de su asiento en un cilindro mientras el compresor está bombeando, el cilindro dejará de bombear. El gas que entre al cilindro será devuelto hacia la zona de aspiración durante la carrera ascendente. Pero se producen pérdidas por bombeo al bombear el refrigerante de nuevo hacia la aspiración. Una de sus ventajas es que el gas que entra en el cilindro contiene aceite con lo que el cilindro estará bien lubricado aunque no esté bombeando. Existen otros métodos que se vieron en el Capítulo 2 como: el control todo-nada, el empleo de motores de velocidad variable, by-pass del gas de descarga hacia la aspiración o by-pass de una culata de cilindros. En todos estos casos las presiones de descarga y aspiración se mantienen invariables en el proceso. Sólo se regulan las cantidades de gases enviadas. El más usado entre los métodos de regulación es el de descarga de cilindros, pero presenta problemas de desequilibrio.

6.1.2 Compresores de tornillo a carga parcial En su configuración básica, los compresores de tornillo, al contrario que los alternativos, no tienen ninguna manera de adaptar la presión de compresión a la salida a la

216


presión de condensación. Por tanto, cualquier diferencia entre la presión de de descarga y la presión de condensación es sinónimo de pérdidas de energía. Para disminuir la potencia frigorífica suministrada por el compresor se utiliza usualmente la válvula de corredera o un sistema equivalente para controlar la capacidad. Cuando la válvula de corredera se mueve, una fracción del gas que entra por la succión vuelve a la entrada sin ser comprimido. Una segunda válvula permite adaptar la relación de compresión a la presión de condensación para cada etapa de capacidad mientras que la primera es capaz de adaptar el volumen y por tanto la capacidad frigorífica. La regulación de potencia es continua y puede reducir hasta un 10% la capacidad frigorífica del compresor. El consumo a carga parcial no es lineal debido a dos razones: −

El rozamiento del gas que es recirculado hacia la entrada

−

El cambio del Vi (relación volumétrica) del compresor que se supone diseñado para

condiciones de plena carga y máximo rendimiento Existe también la posibilidad de utilizar motores de dos velocidades conjuntamente con la válvula de corredera, o añadir un variador de frecuencia al motor para poder variar la velocidad de giro del motor (sin válvula de corredera).Sin embargo, esta opción es cara, ya que para reducir la velocidad del compresor hay que disminuir el espesor de los lóbulos, obligando a los fabricantes a incrementar la velocidad a plena carga para ser capaces de reducirla a carga parcial.

6.1.3 Compresores scroll a carga parcial Los compresores scroll tampoco tienen ninguna manera de adaptar la presión de compresión a la salida a la presión de condensación ni poseen ningún sistema de descarga de capacidad frigorífica. Generalmente, se emplean varios compresores en paralelo conectados en el mismo circuito que funcionan cíclicamente. Para dos compresores scroll en el mismo circuito, se dispone de dos etapas de capacidad más la de plena carga, si es que las capacidades nominales de cada uno de los compresores son distintas. Actualmente, están ganando mucho terreno, para las medias potencias, los compresores scroll inverter, que como se vio en el Capítulo 2, son compresores rotativos que mediante un sistema electrónico regulan las revoluciones del motor a través de la frecuencia y hace que se adapten a las diferentes necesidades de la instalación, ya que son capaces de variar la corriente en el compresor de alterna a continua y variar su velocidad para ajustar las potencias frigoríficas a las demandas energéticas. El sistema inverter consta del convertidor, que transforma la corriente alterna en corriente continua y del inverter, dispositivo electrónico de control situado en la unidad exterior que consigue cambiar la frecuencia y por tanto variar la velocidad del

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compresor. Cuando la frecuencia aumenta, la velocidad de rotación del compresor aumenta, lo que produce un aumento de la circulación de refrigerante, consiguiendo un mayor intercambio de calor y cuando la frecuencia disminuye, la velocidad de rotación del compresor disminuye y se produce una reducción de la circulación de refrigerante, consiguiéndose por tanto, un menor intercambio de calor.

6.1.4 Compresores centrífugos a carga parcial La eficiencia de este tipo de enfriadoras en el punto de diseño depende del tamaño del compresor (menos etapas significa mayor eficiencia debido a las pérdidas intermedias asociadas). En un compresor centrífugo, el control de capacidad se consigue por medio de paletas directrices de prerrotación situadas a la entrada del impulsor. Estas paletas pueden rotar para aumentar o reducir el flujo hasta un 15 o 20%.Si las paletas están cerradas, el compresor sólo bombea a un 15% o 20% de su capacidad y cuando están completamente abiertas, el compresor bombea al 100%. Las paletas directrices también se emplean con otros dos fines: evitar la sobrecarga del motor y arrancarlo a capacidad reducida para reducir la corriente absorbida en el arranque. Cuando el compresor funciona en condiciones fuera de

diseño, por ejemplo, cuando se

arranca el sistema de un edificio caliente un lunes por la mañana, el motor del compresor funcionará en condiciones de sobrecarga. El agua de retorno enfriada puede estar a 24° C en vez de a 12° C. El panel del controlador tendrá un limitador de carga, que detectará la corriente del motor y cierra parcialmente las paletas directrices para limitar la corriente del compresor al valor de plena carga. Cuando se arranca el compresor, las paletas directrices se cierran y no se abren hasta que el motor haya alcanzado la plena velocidad. Por tanto, el compresor arranca en estado descargado y consume mucha menos energía durante el arranque. En la actualidad también se están comenzando a introducir compresores centrífugos inverter, especialmente en los compresores centrífugos sin aceite que se vieron en el Capítulo2.

Figura 6.1.4.1. Paletas directrices en un compresor centrífugo.

218


6.1.5 Control de las etapas de capacidad Generalmente, las enfriadoras con etapas de capacidad, son controladas empleando un punto de consigna a la entrada o salida del agua con un margen inactivo. Las etapas se activan sucesivamente cuando la temperatura aumenta y se aleja del punto de consigna. Este punto de consigna es siempre un parámetro de control que el usuario tendrá que introducir mientras que el margen inactivo puede ser fijado o no por el fabricante (que suele ser de 1° C). Suponiendo que las enfriadoras funcionan a plena carga y a condiciones nominales de temperatura con un salto de temperatura entre la entrada y la salida de 5° C, la temperatura variará entonces entre 6 y 8° C para todas las etapas, dependiendo de la inercia del ciclo del agua y de la temperatura de condensación que modifica la capacidad frigorífica de las etapas. La siguiente figura representa el esquema típico de control de la temperatura de entrada del agua, para una enfriadora con cinco etapas de capacidad en modo refrigeración, suponiendo control ideal.

Figura 6.1.5.1. Esquema típico de control de una enfriadora de cinco etapas de capacidad. Fuente: EECCAC (estudio de la DGTREN para la Comisión Europea, 2003). La siguiente representación es relativa a la eficiencia de las enfriadoras cuando la carga es mayor que la de la etapa de mínima capacidad. Si la carga está entre dos etapas de capacidad, la enfriadora operará en cada uno de los dos escalones vecinos. La carga frigorífica entonces se calcula como, la media ponderada entre las capacidades frigoríficas de las dos etapas vecinas para las mismas condiciones de temperatura de entrada de condensación y temperatura de salida. Mediante los correspondientes tiempos de operación para cada etapa de capacidad, se puede determinar la potencia eléctrica absorbida y por tanto la eficiencia para cada hora.

219


Cuando la carga frigorífica es menor que la menor capacidad frigorífica que el equipo puede dar, la enfriadora opera solamente durante una parte del tiempo, para ajustar esa capacidad frigorífica a la carga. En este caso, cada arranque, es una pérdida de energía. En cada arranque, el compresor tendrá que establecer la diferencia de presión entre el lado de baja y alta presión. La unidad sólo comienza a enfriar agua cuando la temperatura promedio de evaporación del refrigerante es menor que la temperatura promedio del agua. Entonces, el sobrecalentamiento del refrigerante se tiene que estabilizar: sólo en ese momento se alcanza la capacidad plena de dicha etapa. Por el contrario, establecer la plena potencia eléctrica es bastante instantáneo. Esto implica una pérdida importante de energía al arrancar la enfriadora. La alta presión no puede bajar demasiado, hay que mantenerla lo suficientemente alta controlando el caudal del aire en las enfriadoras condensadas por aire. El control clásico consiste en mantener la alta presión por encima de 15 bar, apagando un ventilador. Disminuir el caudal en el condensador aumenta la alta presión y por tanto disminuye el rendimiento. Se representa a continuación la eficiencia reducida (eficiencia a carga parcial entre eficiencia a plena carga) respecto a la capacidad frigorífica a carga parcial entre la capacidad frigorífica a plena carga para las mismas condiciones de temperatura de condensación y de temperatura de salida del agua.

Figura 6.1.5.2. Eficiencia reducida frente al factor de carga. Fuente: EECCAC (estudio de la DGTREN para la Comisión Europea, 2003). La figura representada corresponde a la siguiente fórmula:

EER / EERFL =

CC / CC FL CC / CC FL ⋅ C cyc + 1 − C cyc

Donde: Ccyc=0.9 −

CC=Capacidad frigorífica a carga parcial

−

CCFL=Capacidad frigorífica a plena carga

220

(6.1.5.1)


Esta fórmula se emplea para obtener eficiencias a carga parcial en unidades con un único circuito frigorífico o en unidades multietapas cuando la carga es inferior a la de la etapa de mínima capacidad. El

Ccyc=0.9

es

un

coeficiente

propuesto

por

defecto

que

se

podría

determinar

experimentalmente para cada máquina (como ya se vio en el Capítulo 5). El control de la alta presión a carga parcial es importante ya que esta no se puede reducir demasiado,

porque

disminuiría

mucho

la

eficiencia.

Normalmente

se

mantiene

lo

suficientemente alta controlando la cantidad de aire en condensadores enfriados por aire. El control clásico mantiene la alta presión por encima de 15 bar con los ventiladores. Este fenómeno se ha medido en unidades scroll con dos circuitos de refrigeración y etapas de capacidad del 25, 50, 75 y 100%. A continuación se representa la evolución de la eficiencia en estas enfriadoras al disminuir el caudal del aire:

Figura 6.1.5.3. Eficiencia reducida frente al factor de carga. Fuente: EECCAC (estudio de la DGTREN para la Comisión Europea, 2003). Se observa que la eficiencia disminuye cuadráticamente al reducirse el caudal de aire. En el mismo estudio se ha observado que al aumentar la temperatura exterior, la eficiencia cae de manera más rápida a carga parcial que a plena carga.

6.2 Análisis de equipos a carga parcial La única información con datos concretos de enfriadoras funcionando a carga parcial de que se dispone es la de algunos modelos del fabricante Carrier, por lo que, lamentablemente, no vamos a tener la posibilidad de comparar los resultados obtenidos con los de los otros fabricantes bajo estudio.

221


Es importante destacar que, al igual que sucedía con los datos disponibles de modelos de enfriadoras en funcionamiento fuera de las condiciones nominales de temperatura (analizadas en el Capítulo 5), estos datos son también de catálogo (disponible en forma de software) y no resultados experimentales, que es lo que hubiese sido realmente interesante estudiar. Los modelos seleccionados para el análisis a carga parcial son los siguientes: Capacidad Nro. modelo Pf Frigorífica RefrigeranteCompresorCondens.Revers. modelos seleccionado (kW) (Kw) 30GX Phase III 16 284-1214 R-134a Tornillo Aire sólo frío 122 414 30RA017-033-B 4 17.7-31.7 R-407C Scroll Aire sólo frío 100 97 30RA040-240-B 12 39-245 R-407C Scroll Aire sólo frío 30RY017-080-B 9 18-79 R-407C Scroll Aire sólo frío 060 58 30HXC Phase III 17 290-1299 R-134a Tornillo Agua sólo frío 120 425 Serie

Tabla 6.2.1. Modelos seleccionados para su estudio a carga parcial de Carrier. Dentro los equipos seleccionados, tres de ellos son condensados por aire y uno de ellos condensado por agua. De los cuatro modelos, dos de ellos emplean compresores scroll y los otros dos emplean compresores de tornillo. No se dispone de datos a carga parcial de ninguna enfriadora con compresor alternativo para poder compararlos con los anteriores. Tampoco se disponen datos a carga parcial de ninguna bomba de calor. Los dos modelos con compresor de tornillo emplean R-134a como refrigerante y los dos modelos con compresor scroll emplean R407-C. Así mismo, se han seleccionado: un equipo de pequeña potencia (58 kW), uno de media potencia (97 kW) y uno de alta potencia (414 kW) para los equipos condensados por aire y uno de media potencia (425 kW) condensado por agua. Los datos a carga parcial que disponemos son del software de selección de equipos ECAT del fabricante Carrier. Mediante este programa de selección de enfriadoras, se pueden obtener, para cada serie y para cada modelo de enfriadoras incluidos en el catálogo las características a plena carga que se muestran en la siguiente figura:

222


Figura 6.2.1. Aspecto de la interfaz del software de selección de equipos ECAT2 de Carrier. Vemos que este programa tiene la opción de variar algunos de los parámetros que se dan por defecto, como por ejemplo cambiar el refrigerante secundario de agua a una mezcla de agua glicolada, variar la altitud del lugar donde va a estar emplazada la máquina o añadirle diversos elementos opcionales al equipo. También tiene la opción de variar las temperaturas de entrada al evaporador y del aire de entrada al condensador, con lo que se podrían obtener las enfriadoras óptimas según Carrier para un funcionamiento fuera de las condiciones nominales de temperatura. Vemos que estos equipos tienen el etiquetado de la Certificación de Eurovent. Se pueden consultar además más detalles técnicos de la máquina, el comportamiento a carga parcial y el comportamiento sonoro, como se observa en la figura anterior. A continuación, mostramos, a modo de ejemplo, el resultado que nos da el programa de selección al cambiar las condiciones nominales a plena carga: la temperatura del aire exterior a 40º C, la temperatura de entrada al evaporador a 15º C, 7m de altitud y empleando una mezcla glicolada al 20% como refrigerante secundario:

223


Figura 6.2.2. Aspecto de la interfaz del software de selección de equipos ECAT2 de Carrier. El programa específica además que los datos a plena carga están certificados por Eurovent y que dicho estándar define que: −

La capacidad frigorífica neta es la capacidad frigorífica bruta corregida por el calor

generado por la bomba, teniendo en cuenta la pérdida de presión interna en la unidad. −

El consumo de potencia expresado en kW, incluye los consumos del compresor, ventilador

(si lo hay), bomba (si la unidad va con módulo hidrónimo incorporado) y la potencia consumida por las bombas para asegurar el transporte de agua corregido por la resistencia ofrecida al flujo. −

El COP de la unidad es la capacidad frigorífica neta dividida por el consumo de la unidad

en kW. −

Para los datos a carga parcial que se incluyen en el catálogo electrónico se especifica que

los cálculos a carga parcial no están basados en la certificación Eurovent: −

La capacidad frigorífica de la unidad es la capacidad frigorífica bruta.

−

El consumo de potencia de la unidad incluye el consumo del compresor y el del ventilador

(si lo hay)

224


−

El COP de la unidad es la capacidad frigorífica de la unidad dividida entre el consumo de la

unidad medido en kW. Ha de notarse que para unidades con módulo hidrónico los datos de consumo aportados excluyen el consumo de la bomba. En los cálculos a plena carga la tolerancia de acuerdo a Eurovent es: −

Capacidad frigorífica o calorífica: 5%

−

Consumo efectivo:5%

−

Salto de presión del agua: 15%

−

Presión sonora: 3 dB

La tolerancia en la variación del COP a carga parcial de acuerdo con Eurovent es: 15.35 - 0.07 * etapa + 830 / (delta_T°_a plena carga * etapa) Por ejemplo: Si etapa=50% y delta T° a plena carga=5K, la tolerancia máxima admisible sería : 15.35 - 0.07 * 50 + 830 / (5 * 50) =15.17% Los estándares aplicados por Eurovent son: EN12055, EN255, ISO3744, Eurovent 8/1, ISO9614-1 A continuación pasamos a describir en detalle las características de los modelos seleccionados:

Enfriadora modelo 30GX122PH3 de Carrier

Figura 6.2.3. Enfriadora 30GX122PH3 de Carrier. Enfriadora de líquido compacta condensada por aire perteneciente a la serie 30GX de Carrier de fácil instalación con compresor semihermético de tornillos gemelos, ventilador silencioso con anillo exterior giratorio. Carga de refrigerante R-134a. Evaporador y condensador tipo carcasa y

225


tubo. Dos circuitos de refrigerante independientes: El segundo entra en funcionamiento si falla el primero manteniendo refrigeración parcial en cualquier momento. El modelo 122 está compuesto por dos circuitos frigoríficos y 2 compresores de tornillo permiten un control de capacidad en 6 etapas con un paso mínimo del 19% de la capacidad. Concepto de compresores múltiples para optimizar la eficiencia a carga parcial y minimizar la corriente de arranque. Control automático por microprocesador, que supervisa continuamente todos los parámetros. Se trata de un control PID numérico con compensación permanente de la diferencia entre las temperaturas de entrada y salida del intercambiador de calor, prevé variaciones de carga, garantiza estabilidad de la temperatura de salida del agua e impide el funcionamiento cíclico innecesario de los compresores. Las válvulas de expansión electrónicas EXVs de carrera larga junto con el control de nivel de refrigerante en el intercambiador de calor del evaporador, permiten mejorar la eficiencia a carga parcial. Varias posibilidades de regulación de la capacidad que mejoran el arranque a bajas temperaturas exteriores y permiten el uso de uno de los circuitos de refrigerante como reserva. Sus características principales son (a las condiciones nominales de 7° C de temperatura de salida del agua fría y 35° C de temperatura da salida del agua caliente del condensador):

Capacidad frigorífica nominal neta: 414 kW

Potencia absorbida (compresor, ventiladores, circuito de control y consumo por la pérdida

de carga en el evaporador): 145 kW

Volumen neto de agua: 69 L

Ventiladores axiales: 6, velocidad 15.8 r/S

Caudal de aire : 32070 L/s

Intensidad máxima absorbida( 400V/ 3fases/ 50Hz): 470 A

Carga de refrigerante: 56kg (circuito A) y 54 kg (circuito B)

Peso (en funcionamiento): 3364kg

Límites de funcionamiento:

−

Temperatura mínima del aire: 0° C

−

Temperatura máxima del aire: 46° C

−

Temperatura mínima del agua a la salida del evaporador: 4° C

−

Temperatura máxima del agua a la salida del evaporador: 15° C

Para la serie 30GX no se dan tablas de capacidad de refrigeración en función de distintas temperaturas del agua o del aire exterior.

226


En la tabla siguiente se resumen las principales características que nos da el software de selección ECAT2 de Carrier. No se han incluido todos los datos que proporciona este programa, ya que por ejemplo, se da mucha información a cerca de la presión sonora, que no vamos a comentar por salirse del objeto de nuestro estudio. modelo seleccionado Datos a plena carga Capacidad bruta Evaporador Tsalida Delta T Tentrada Caudal Factor ensuciamiento Condensador Aire Agua/mezcla glicolada Altura Detalles Consumo Absorbido por la unidad Consumo Bomba del evaporador COP Flujo evaporador Pérdida de carga evaporador Consumo compresor Longitud/Anchura/Altura

30GX122PH3 414

kW

7 5 12 19.1 0.04

°C kelvin °C L/s

35 Agua 0

m2k/kW

°C m

Detalles Nro de etapas de capacidad Mínima etapa de capacidad Refrigerante Diámetro conexión agua Máxima presión lado agua Nro de compresores Tipo de compresor Velocidad del compresor Tipo de arrancador Válvula de expansión Alimentación eléctrica Factor de potencia Intensidad a plena carga (Unom) Intensidad máxima de arranque Límites de voltaje Peso en operación Carga de refrigerante

145 kW 3.9 kW 2.85 20 L/s 66 kPa 127 kW 3425/2254/2297 mm

6 19 R-134a 141.3 1000 2 tornillo 49 EXV 400-3-50 0.85 328 470 360/440 3364 110

También se incluye a continuación la tabla del comportamiento a carga parcial que por defecto,

227

mm kPa

r/s

WYE/DELA

Tabla 6.2.2. Datos ECAT enfriadora 30GX122PH3 de Carrier.

nos da el programa para este modelo de enfriadora:

%

V/Ph/Hz

A A V kg kg


Figura 6.2.4. Datos ECAT a carga parcial enfriadora 30GX122PH3 de Carrier.

Enfriadora modelo 30RY060 (con módulo hidrónico incorporado) de

Carrier

Figura 6.2.5. Enfriadora modelo 30RY060 de Carrier. Enfriadora de agua conectable a conductos con módulo hidrónico integrado, perteneciente a la serie 30RY Aquasnap. Diseñada para su instalación interior. Compresor scroll con control autoadaptativo, ventiladores axiales de bajo nivel sonoro que cambia automáticamente de velocidad en condiciones de carga parcial o de bajas temperaturas exteriores. Condensador de carcasa y tubos. Evaporador de placas de expansión directa.

228


Módulo hidrónico compuesto por una única bomba centrífuga mixta monocelular, tamiz desmontable, depósito de expansión, interruptor de flujo de carga, válvula de seguridad, manómetros y válvulas de purga. Control por microprocesador supervisa continuamente todos los parámetros del compresor, ventilador y bomba de agua, de forma que elimina todo riesgo de funcionamiento excesivo de los compresores en ciclos cortos. El modelo 100 está compuesto por un circuito frigorífico y 2 compresores scroll conectados que permiten un control de capacidad en 2 etapas con un paso mínimo del 42% de la capacidad. Sus características principales son (a las condiciones nominales de 7° C de temperatura de salida del agua fría y 35° C de temperatura exterior):

Capacidad frigorífica: 58 kW

Potencia absorbida (compresor, ventiladores y circuito de control): 24.5 kW

Volumen de agua: 5.9 L

Caudal de aire: 4720 L/s

Intensidad máxima absorbida( 400V/ 3fases/ 50Hz): 54.3 A

Carga de refrigerante: 11.8 kg

Peso (en funcionamiento con módulo hidrónico): 587kg

Caudal de agua mínimo en el evaporador: 1.46 L

Caudal de agua máximo en el evaporador: 5.8 L

Consumo módulo hidrónimo: 1.1 kW


−

Temperatura mínima del aire: -10° C

−


−


−


−

Temperatura máxima del agua a la entrada en el evaporador: 30° C al arrancar

Las tablas de capacidad de refrigeración, aportan para este modelo los siguientes parámetros que especificamos en condiciones nominales de funcionamiento: −

CAP: capacidad frigorífica de 58 kW

−

COMP: potencia absorbida por los compresores de 21.1 kW

−

UNIT: potencia absorbida por la unidad (compresores, ventiladores y circuito de control) de

24.5 kW

229


−

COOL: Caudal de agua en el evaporador de 2.77(l/s)

−

COOL: Pérdida de presión en el evaporador de 23 kPa

−

Presión disponible en la salida de la unidad, con un módulo hidrónico de una sola bomba,

PRES (1) de 132 kPa o con una bomba doble, PRES (2) de 188 kPa. Estos datos, siempre se dan teniendo en cuenta que el incremento de temperatura del intercambiador del lado del agua es de 5° C y que el factor de ensuciamiento es 0.44x10-4 (m2K)/W. modelo seleccionado Datos a plena carga Capacidad bruta Evaporador Tsalida Delta T Tentrada Caudal Factor ensuciamiento Condensador Aire Agua/mezcla glicolada Altura Detalles Consumo Absorbido por la unidad Consumo Bomba del evaporador COP Flujo evaporador Pérdida de carga evaporador Consumo compresor Longitud/Anchura/Altura

30RY060 58 7 5 12 2.87 0.044 35 Agua 0

kW °C kelvin °C L/s m2k/kW

°C m


24.1 kW 2.39 kW 2.77 22 L/s 146 kPa 21.1 kW 2071/1081/1329 mm

2 42 R-407C 2" gas thread

300 2 scroll 48.3 Direct TXV 400-3-50 0.82 53.4 162.9 360/440 600 11.8

Tabla 6.2.3. Datos ECAT enfriadora 30RY060 de Carrier. A continuación se muestra la tabla del comportamiento a carga parcial que por defecto, nos da el programa para este modelo de enfriadora:

230

% mm kPa

r/s

V/Ph/Hz

A A V kg kg


Figura 6.2.6. Datos ECAT a carga parcial enfriadora 30RY060 de Carrier.

Enfriadora modelo 30RA100 (con módulo hidrónico incorporado) de

Carrier

Figura 6.2.7. Enfriadora modelo 30RA100 de Carrier. Enfriadora de líquido perteneciente a la serie 30RB Aquasnap Puron de Carrier con compresor scroll, ventiladores axiales de bajo nivel sonoro. Equipada con módulo hidrónico integrado (opcional) de bajo nivel sonoro y vibración. Las baterías del condensador están dispuestas en forma de V con un ángulo abierto para la circulación silenciosa del aire. Evaporador carcasa y

231


tubo de expansión directa. Dispositivo electrónico de expansión EXV que permite el funcionamiento a menores presiones de condensación, optimizando el EER. Control por microprocesador supervisa continuamente todos los parámetros. El modelo 402 está compuesto por dos circuitos frigoríficos y 6 compresores scroll (tres por cada circuito) que conectados en paralelo, permiten un control de capacidad en 6 etapas con un paso mínimo del 17% de la capacidad. Sus características principales son (a las condiciones nominales de 7° C de temperatura de salida del agua fría y 35° C de temperatura exterior):


Potencia absorbida (compresor, ventiladores y circuito de control): 35.2 kW

Volumen mínimo de agua: 245 L (Capacidad frigorífica(kW)·2.5 (L))

Caudal de aire: 8165 L/s

Intensidad máxima absorbida( 400V/ 3fases/ 50Hz)=229 A

Carga de refrigerante: 10 kg (circuito A) y 14 kg (circuito B)

Peso (en funcionamiento): 1075kg


−

Temperatura mínima del aire: -10° C

−


−

Temperatura mínima del agua a la salida: 5° C

−

Temperatura máxima del agua a la salida: 15° C

Las tablas de capacidad de refrigeración, dan para cada modelo y en función de la temperatura del agua a la salida y de la temperatura del aire a la entrada del condensador, los siguientes parámetros: −

CAP: capacidad frigorífica de 97 kW

−

COMP: potencia absorbida por los compresores de 35.2 kW

−

UNIT: potencia absorbida por la unidad (compresores, ventiladores y circuito de control) de

37.6 kW −

COOL: Caudal de agua en el evaporador de 4.65 (l/s)

−

COOL: Pérdida de presión en el evaporador de 33 kPa

−

Presión disponible en la salida de la unidad, con un módulo hidrónico de una sola bomba,

PRES (1) de 114 kPa o con una bomba doble, PRES (2) de 157 kPa.

232


Estos datos, siempre se dan teniendo en cuenta que el incremento de temperatura del intercambiador del lado del agua es de 5° C y que el factor de ensuciamiento es 0.44x10-4 (m2K)/W. modelo seleccionado Datos a plena carga Capacidad bruta Evaporador Tsalida Delta T Tentrada Caudal Factor ensuciamiento Condensador Aire Agua/mezcla glicolada Altura Detalles Consumo Absorbido por la unidad Consumo Bomba del evaporador COP Flujo evaporador Pérdida de carga evaporador Consumo compresor Longitud/Anchura/Altura

30RA100 98

kW

7 5 12 4.78 0.044

°C kelvin °C L/s

35 Agua 0

m2k/kW

°C m


37.4 kW 2.61 kW 4.65 28 L/s 111 kPa 35.2 kW 2071/2278/1329 mm

3 25 R-407C 2" gas thread

300 3 scroll 48.3 Direct TXV 400-3-50 0.82 83.5 229 360/440 1112 24

Tabla 6.2.4. Datos ECAT enfriadora 30RA100 de Carrier. Se incluye a continuación la tabla del comportamiento a carga parcial que por defecto, nos da el programa de selección para este modelo 30RA100 de enfriadora:

233

% mm kPa

r/s

V/Ph/Hz

A A V kg kg


Figura 6.2.8. Datos ECAT a carga parcial enfriadora 30RY060 de Carrier.

Enfriadora modelo 30HXC120PH3 de Carrier

Figura 6.2.9. Enfriadora modelo 30HXC120PH3 de Carrier.

Enfriadora de líquido de condensación por agua montada en fábrica en un solo conjunto perteneciente a la serie 30HX.

234


Compresores de tornillos gemelos semiherméticos con silenciador interno y válvula de retención. Cada compresor estará equipado con una válvula de cierre en la descarga. El control de capacidad se realiza por válvula de solenoide accionada por piloto, capaz de reducir la capacidad de la unidad al 20% de la de plena carga. La refrigeración del motor se realiza por inyección directa de líquido. La unidad tiene un solo evaporador tipo carcasa y tubo con cabezales desmontables y se podrá limpiar mecánicamente. El diseño incorpora dos circuitos independientes de refrigerante y un sistema de control del nivel de refrigerante. Posee un solo condensador tipo carcasa y tubo con cabezales desmontables que se podrá limpiar mecánicamente. Los componentes del circuito de refrigerante incluyen separadores de aceite, dispositivos limitadores de la presión en los lados de alta y baja presión, válvulas de cierre en las líneas de descarga y de líquido, filtros secadores, visores con indicadores de humedad y dispositivos electrónicos de expansión. El modelo 120 está compuesto por dos circuitos de refrigerante independientes. El segundo entra en servicio automáticamente cuando falla el primero, manteniendo refrigeración parcial en cualquier circunstancia. Tienen 6 compresores scroll (tres por cada circuito) que conectados en paralelo, permiten un control de capacidad en 6 etapas con un paso mínimo del 17% de la capacidad. Control de capacidad basado en la temperatura de salida del fluido enfriado, con detección de la temperatura de retorno del fluido. Control por microprocesador: Se vigila continuamente la temperatura de salida del agua para detectar variaciones de carga y caudal. Posibilidad de utilizar dos puntos de consigna para la temperatura de salida del agua enfriada activados mediante una señal de cierre de contactos remotos. Sus características principales son (a las condiciones nominales de 7° C de temperatura de salida del agua fría y 35° C de temperatura de salida del agua del condensador):


Potencia absorbida (compresor, ventiladores y circuito de control): 86 kW

Volumen neto de agua en el evaporador: 65 L

Volumen neto de agua en el condensador: 78 L

Intensidad máxima absorbida( 400V/ 3fases/ 50Hz): 267 A

Carga de refrigerante: 49 kg (circuito A) y 52 kg (circuito B)

Peso (en funcionamiento):2615bkg


−

Temperatura mínima del agua a la entrada al condensador: 4 ° C

−

Temperatura máxima del agua a la entrada al condensador: 50 ° C

235


−


−


Para la serie 30HX los catálogos no dan tablas de capacidad de refrigeración en función de distintas temperaturas de entrada o salida del agua al evaporador/condensador. modelo seleccionado Datos a plena carga Capacidad bruta Evaporador Tsalida Delta T Tentrada Caudal Factor ensuciamiento Condensador Agua/Aire Tentrada Delta T Tsalida

30HXC120PH3 425 kW 7 5 °C 12 kelvin 19.11 °C 0.04403 L/s m2k/kW Agua Agua 30 5 35

°C kelvin °C

Factor ensuciamiento

0.04403

m2k/kW

86

kW

Consumo Absorbido por la unidad Consumo Bomba del evaporador COP Flujo evaporador Pérdida de carga evaporador Consumo compresor Longitud/Anchura/Altura

3.09

Detalles Nro de etapas de capacidad Mínima etapa de capacidad Refrigerante Diámetro conexión agua Máxima presión lado agua Nro de compresores Tipo de compresor Velocidad del compresor Tipo de arrancador Válvula de expansión Alimentación eléctrica Factor de potencia Intensidad a plena carga (Unom) Intensidad máxima de arranque Límites de voltaje

6 21 R-134a 141.3 1000 2 tornillo 49

r/s

EXV 400-3-50

V/Ph/Hz

0.87 213

A

267

A

360/440

V

2615 101

kg kg

Tabla 6.2.5. Datos ECAT enfriadora 30HXC120PH3 de Carrier. La tabla del comportamiento a carga parcial que por defecto, nos da el programa ECAT para

236

mm kPa

WYE/DELTA

4.92 L/s Peso en operación 20.5 kPa Carga de refrigerante 46 kW 24.1 kW 3275/980/1816 mm

este modelo de Carrier, se muestra en la siguiente figura:

%


Figura 6.2.10. Datos ECAT a carga parcial enfriadora 30HXC120PH3 de Carrier. A continuación se muestran las tablas de datos a carga parcial de capacidad frigorífica, potencia absorbida por la unidad (ya hemos visto anteriormente que no es el certificado por Eurovent porque no incluye el consumo de la bomba) y EER de estas enfriadoras seleccionadas. En el software de selección de enfriadoras de Carrier, se indica que los datos a plena carga están basados en la certificación de Eurovent. Sin embargo, hay que tener en cuenta que las capacidades parciales (en %) como se muestra a continuación, no se corresponden con la definición vista en este estudio y la certificada según Eurovent. No podemos deducir cómo se obtienen estas capacidades parciales según Carrier por falta de datos: Enfriadora modelo 30GX122PH3 de Carrier Capacidad Temperatura Pf f.c.p Parcial de entrada bruta (Pf_bruta) Carrier (%) (°C) (kW) (%) 100 35 418 100 87 32.1 367 88.65 71 28.6 315 76.09 46 23.1 225 54.35 32 20 157 37.92 19 17.2 114 27.54

Pf bruta Carrier (%) 100 88 75 54 37.5 27.1

Pc unidad

Pc unidad

(kW) 141 119 92 53 34.4 26.8

(%) 97.24 82.07 63.45 36.55 23.72 18.48

Pc unidad Carrier (%) 100 84 65 37.4 24.3 18.9

Tabla 6.2.6. Enfriadora modelo 3GX122PH3 de Carrier a carga parcial.

237

EER

2.9645 3.0840 3.4239 4.2453 4.5640 4.2537


Enfriadora modelo 30RY060 de Carrier Capacidad Parcial Carrier (%) 100 42

Temperatura de entrada

Pf bruta

f.c.p (Pf_bruta)

(°C) 35 22.2

(kW) 58 41.9

(%) 100 72.24

Pf bruta Carrier (%) 100 62

Pc unidad

Pc unidad

(kW) 23.5 10.4

(%) 97.51 43.15

Pc unidad Carrier (%) 100 54

EER

2.4681 4.0288

Tabla 6.2.7. Enfriadora modelo 30RY060 de Carrier a carga parcial. Enfriadora modelo 30RA100 de Carrier Capacidad Parcial Carrier (%) 100 65 25

Temperatura de entrada

Pf bruta

f.c.p (Pf_bruta)

(°C) 35 27.3 18.5

(kW) 97 84 42

(%) 98.98 85.71 42.86

Pf bruta Carrier (%) 100 87 43.1

Pc unidad

Pc unidad

(kW) 37.6 22.8 8.48

(%) 100.53 60.96 22.67

Pc unidad Carrier (%) 100 61 22.5

EER

2.5798 3.6842 4.9528

Tabla 6.2.8. Enfriadora modelo 30RA100 de Carrier a carga parcial. Enfriadora modelo 30HXC120PH3 de Carrier Capacidad Temperatura Pf f.c.p Parcial de entrada bruta (Pf_bruta) Carrier (%) (°C) (kW) (%) 100 30 427 100 86 28 360 84.71 71 25.9 287 67.53 50 23 225 52.94 36 21 150 35.29 21 18.9 131 30.82

Pf bruta Carrier

Pc unidad

Pc unidad

(%) 100 84 67 53 35.1 30.6

(kW) 80 67 55 35 23.2 19.4

(%) 93.02 77.91 63.95 40.70 26.98 22.56

Pc unidad Carrier (%) 100 84 68 43.8 29 24.3

EER

5.3375 5.3731 5.2182 6.4286 6.4655 6.7526

Tabla 6.2.9. Enfriadora modelo 30HXC120PH3 de Carrier a carga parcial. En estas tablas, vemos que la primera columna corresponde a la capacidad parcial de la máquina según Carrier. Sin embargo, como ya se ha comentado, no se puede deducir, por falta de datos, cómo se han realizado estos cálculos, ni para el caso de la capacidad frigorífica ni para la potencia consumida. Se ha de notar, que en este programa de selección, los datos de carga parcial se refieren todos a la capacidad frigorífica bruta. Ya se vio en el Capítulo 3 la definición de Régimen de carga (LR) o Factor de Carga Parcial (f.c.p), como la razón entre la capacidad frigorífica demandada (a carga parcial) y condiciones reducidas de temperatura de entrada del agua o aire en el condensador y la capacidad frigorífica a las condiciones definidas estándar (a plena carga y condiciones nominales de temperatura), es decir:

f .c. p =

Pf _ c arg aparcial (otras _ condiciones ) Pf _ no min al (condiciones _ Eurovent )

238

(6.2.1)


Pero también se puede definir el factor de carga parcial como la razón entre la capacidad frigorífica demandada (a carga parcial) y condiciones reducidas de temperatura de entrada del agua o aire en el condensador y la capacidad frigorífica máxima que puede dar la enfriadora a las mismas condiciones reducidas de temperatura.

f .c. p =

Pf _ c arg aparcial (otras _ condiciones ) Pf _ máximo(otras _ condiciones )

(6.2.2)

Por último, se puede definir el factor de carga parcial como la razón entre la capacidad frigorífica demandada (a carga parcial) y condiciones nominales de temperatura y la capacidad frigorífica a las condiciones definidas estándar (a plena carga y condiciones nominales de temperatura), es decir.

f .c. p =

Pf _ c arg aparcial (condiciones _ Eurovent ) Pf _ no min al (condiciones _ Eurovent )

(6.2.3)

Aquí radica una de las principales trabas en este análisis y es que no hay unidad de criterios; cada fabricante o entidad toma la referencia que considera oportuna. De hecho, incluso la mayoría de las veces que se dan datos relativos a funcionamiento a carga parcial, ni si quiera se especifica en que condiciones están medidas estas capacidades frigoríficas. Incluso en los equipos de tipo inverter, se está comenzando a dar un dato de factor de carga parcial referido a la velocidad de giro del compresor a plena carga o a carga parcial, lo cual no guarda ninguna relación con los términos anteriores. Otros fabricantes consideran, que si la unidad tiene dos compresores y sólo está funcionando uno, implica que la unidad trabaja al 50% de su capacidad, lo cual no es cierto. Independientemente de las condiciones de referencia de temperatura a las que se midan las capacidades frigoríficas a plena carga y a carga parcial, cuando una máquina funciona al 50% de su capacidad, quiere decir, que si esta máquina puede dar un máximo de 100 kW de capacidad frigorífica, está dando 50 kW. Nótese que la fórmula adoptada para calcular el factor de carga parcial en las tablas anteriores ha sido la (6.2.1), aunque tal vez, ésta sea la definición menos coherente, ya que quizá sea más lógico que ambas capacidades frigoríficas estén medidas a las mismas condiciones, como sucede en las otras dos definiciones y además, mediante esta primera definición, podrían darse factores de carga parcial superiores a la unidad, lo cual parece poco representativo de una medida de carga parcial. Por tanto, se han tomado a continuación datos referidos a las condiciones estándar de Eurovent y así poder obtener información relativa al funcionamiento a carga parcial según la fórmula (6.2.3). Veamos una muestra de la tabla de datos a carga parcial aportada por el

239


programa ECAT para una de las enfriadoras bajo estudio, cuando se toman condiciones de temperatura estándar (temperatura de salida del agua del evaporador: 7º C y temperatura del aire exterior 35º C). Se han variando las etapas de carga parcial según Carrier, que se pueden introducir manualmente, para poder conseguir suficientes puntos para su representación. Estas tablas de datos se pueden consultar en el Anexo III.

Figura 6.2.11. Enfriadora modelo 30HXC120PH3 de Carrier a carga parcial. Se representan a continuación las gráficas de capacidad frigorífica bruta (kW), potencia absorbida por la unidad (kW) y EER en función del factor de carga parcial para los cuatro modelos de enfriadoras seleccionadas. Para el primer modelo de enfriadora, la 30GX122PH3 de Carrier, para la gráfica de capacidad frigorífica bruta, se observa que sigue un comportamiento bastante lineal desde un factor de carga parcial de 0.215 hasta 1. La gráfica de potencia absorbida por la unidad (sin tener en cuenta el consumo de la bomba) sigue un comportamiento de forma que el consumo aumenta con el factor de carga parcial. Sin embargo se produce una caída muy brusca del consumo para un factor de carga de 0.91, que no se explica y que pudiera deberse a un error en los datos.

240


Capacidad frigorífica bruta (kW)

Modelo 30GX122PH3 Carrier 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Factor de Carga Parcial

Figura 6.2.12. Capacidad frigorífica bruta (kW) frente al Factor de Carga Parcial para el modelo 30GX122PH3 de Carrier.

Potencia absorbida unidad (kW)

Modelo 30GX122PH3 Carrier 160 140 120 100 80 60 40 20 0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1


Figura 6.2.13. Potencia absorbida unidad (kW) frente al Factor de Carga Parcial para el modelo 30GX122PH3 de Carrier. En la gráfica siguiente del EER frente al factor de carga, se observan 4 zonas de eficiencia: de 0.21 a 0.5 de carga parcial el EER aumenta al aumentar la carga; para un factor de carga de 0.5 a 0.6 el EER disminuye al aumentar la carga; entre el 0.7 y el 0.9 de factor de carga aproximadamente, el EER se mantiene bastante inalterable con la carga parcial y a partir de 0.9 de factor de carga, de nuevo el EER aumenta con la carga. Se vio que esta máquina tiene 6 etapas de capacidad y dos compresores de tipo tornillo. Es probable que el máximo de eficiencia que se produce, corresponda al momento en el que un compresor trabaja a plena carga y después, empieza a decaer al entrar en funcionamiento el segundo compresor. También parece que el primer compresor utiliza solamente dos etapas de capacidad y el segundo compresor emplea las otras cuatro.

241


Modelo 30GX122PH3 Carrier 4,0 3,8

EER

3,6 3,4 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 0,2

0,4

0,6

0,8

1


Figura 6.2.14. EER frente al Factor de Carga Parcial para el modelo 30GX122PH3 de Carrier. Es interesante observar que, por ejemplo en este modelo, el EER a carga parcial toma valores desde un 2.6 hasta un 3.2, lo cual supone una diferencia importante, cuando estamos hablando de una máquina con una capacidad frigorífica neta de 414 kW en condiciones nominales. Si hallásemos el ESEER, puede ser que éste sea superior al EER en condiciones nominales, pero lo que está claro es que el EER es un parámetro insuficiente. La máquina, la mayor parte del tiempo funcionará fuera de las condiciones nominales y según este gráfico, observamos que si esta máquina funciona al 50% tendrá un EER entorno al 3.2, muy distinto del 2.8 al que funcionaría al 85% de la carga o del 2.6 si funcionase al 20% de su capacidad. Para la segunda enfriadora de Carrier modelo 30RY060, vemos la gráfica de capacidad frigorífica bruta frente al factor de carga, que sigue un comportamiento lineal y cuyo mínimo factor de carga disponible según los datos proporcionados es de 0.6.

242



Modelo RY060 Carrier 60 55 50 45 40 35 30 0,2

0,4

0,6

0,8

1

Factor de Carga

Figura 6.2.15. Capacidad frigorífica bruta (kW) frente al Factor de Carga Parcial para el modelo 30RY060 de Carrier. La gráfica de potencia absorbida por la unidad (sin tener en cuenta el consumo de la bomba) sigue un comportamiento de forma que el consumo aumenta con el factor de carga parcial de forma lineal.


Modelo 30RY060 Carrier 26 24 22 20 18 16 14 12 10 0,2

0,4

0,6

0,8

1


Figura 6.2.16. Potencia absorbida unidad frente al Factor de Carga Parcial para el modelo 30RY060 de Carrier.

243


Modelo 30RY060 Carrier 2,9 2,8

EER

2,8 2,7 2,7 2,6 2,6 2,5 2,5 0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1


Figura 6.2.17. EER frente al Factor de Carga Parcial para el modelo 30RY060 de Carrier. En la gráfica del EER frente al factor de carga, vemos que en este caso el EER disminuye todo el tiempo al aumentar el factor de carga. De hecho, sorprende que el mínimo corresponda al punto de plena carga. Este modelo de enfriadora posee dos compresores scroll conectados y su mínima etapa de capacidad es del 42% según Carrier y del 60% según nuestro criterio. Para la siguiente enfriadora de Carrier modelo 30RA100, vemos la gráfica de capacidad frigorífica bruta frente al factor de carga, que sigue un comportamiento lineal y cuyo mínimo factor de carga disponible según los datos proporcionados es de 0.35.


Modelo 30RA100 Carrier 100 90 80 70 60 50 40 30 0,2

0,4

0,6

0,8

1


Figura 6.2.18. Capacidad frigorífica bruta (kW) frente al Factor de Carga Parcial para el modelo 30RA100 de Carrier.

244


La gráfica de potencia absorbida por la unidad (sin tener en cuenta el consumo de la bomba) sigue un comportamiento de forma que el consumo aumenta con el factor de carga parcial y se pueden distinguir dos tendencias distintas en la pendiente de esta curva, de forma que para un factor de carga superior a 0.8 la pendiente de esta curva es mayor, por lo que el consumo aumentará de forma más acusada en ese intervalo.

Potencia Absorbida unidad (kW)

Modelo 30RA100 Carrier 40 35 30 25 20 15 10 0,2

0,4

0,6

0,8

1


Figura 6.2.19. Potencia Absorbida unidad (kW) frente al Factor de Carga Parcial para el modelo 30RA100 de Carrier.

Modelo 30RA100 Carrier 3,1 3,0 EER

2,9 2,8 2,7 2,6 2,5 0,2

0,4

0,6

0,8

1


Figura 6.2.20. EER frente al Factor de Carga Parcial para el modelo 30RA100 de Carrier. En la gráfica del EER frente al factor de carga, se observan aproximadamente 4 zonas de eficiencia: de 0.35 a 0.5 de carga parcial, el EER disminuye al aumentar la carga; para un factor de carga de 0.5 a 0.6 el EER aumenta al aumentar la carga; entre el 0.7 y el 0.8 de factor de carga aproximadamente, el EER disminuye al aumentar la carga, varía muy poco con la

245


carga parcial y a partir de 0.8 de factor de carga, de nuevo el EER disminuye con la carga, esta vez con una pendiente bastante acusada, alcanzando el mínimo al 100% de la carga. Se vio que esta máquina tiene 3 etapas de capacidad y dos compresores scroll. Es probable que el máximo de eficiencia que se produce entorno al 50%, corresponda al momento en el que un compresor trabaja a plena carga. A continuación se representan las gráficas para la última enfriadora, el modelo 30HXC120PH3 de Carrier condensada por agua. Vemos la gráfica de capacidad frigorífica bruta frente al factor de carga, que sigue un comportamiento lineal y cuyo mínimo factor de carga disponible según los datos proporcionados, es de 0.05.


Modelo 30HXC120PH3 Carrier 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1


Figura 6.2.21. Capacidad frigorífica bruta frente al Factor de Carga Parcial para el modelo 30HXC120PH3 de Carrier.


Modelo 30HXC120PH3 Carrier 80 70 60 50 40 30 20 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1


Figura 6.2.22. Potencia absorbida unidad frente al Factor de Carga Parcial para el modelo 30HXC120PH3 de Carrier.

246


La gráfica de potencia absorbida por la unidad (sin tener en cuenta el consumo de la bomba) está dividida en 2 zonas: en la primera parte, desde el 0.05 al 0.3 de factor de carga, el consumo disminuye al aumentar la carga, lo cual nos hace dudar de la bondad de estos datos; en la segunda zona, se sigue un comportamiento de forma que el consumo aumenta con el factor de carga parcial y se pueden distinguir dos tendencias distintas en la pendiente de esta curva, de forma que para un factor de carga superior a 0.6 la pendiente de esta curva es menor que en el intervalo del 0.3 al 0.6 del factor de carga. Modelo 30HXC120PH3 Carrier 6,1 5,1 EER

4,1 3,1 2,1 1,1 0,1 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1


Figura 6.2.23. EER frente al Factor de Carga Parcial para el modelo 30HXC120PH3 de Carrier. En la gráfica del EER frente al factor de carga, se observan aproximadamente 4 zonas de eficiencia: de 0.05 a 0.3 del factor de carga, el EER aumenta al aumentar la carga; para un factor de carga de 0.3 a 0.5 el EER aumenta al aumentar la carga con una pendiente menos acusada; entre el 0.5 y el 0.6 de factor de carga, el EER disminuye bruscamente al aumentar la carga y a partir de 0.6 de factor de carga, de nuevo el EER aumenta con la carga, alcanzando el máximo al 100% de la carga. Se vio que esta máquina tiene 6 etapas de capacidad y dos compresores de tipo tornillo. Es probable que el máximo de eficiencia que se produce entorno al 50%, corresponda al momento en el que un compresor trabaja a plena carga. En la siguiente gráfica se van a representar conjuntamente para los tres modelos condensados por aire, el EER frente al factor de carga parcial y seguidamente una gráfica donde aparecen EER frente al factor de carga parcial para los cuatro modelos, para poder comparar entre que órdenes de magnitud difieren unas de otras

247


4,0

EER

3,5 3,0 2,5 2,0 0,2

0,4

0,6

0,8

1

Factor de Carga Parcial Modelo 30GX122PH3

Modelo 30RA100

Modelo 30RY060

Figura 6.2.24. EER frente al Factor de Carga Parcial para los modelos condensados por aire. En esta gráfica se comprueba, que según las condiciones reales de carga parcial a las que vaya a funcionar la planta enfriadora, nos interesa más un equipo que otro. Se distingue claramente el comportamiento de la curva de eficiencia para los modelos con compresor scroll (30RA100 y 30RY060) frente al modelo 30GX122PH3, con compresor de tornillo. Vemos que el modelo 30RY060 es el que tiene peor eficiencia para todo el rango del factor de carga y que el modelo 30RA100, tiene un EER, entorno a 3, bastante invariable con la carga en el rango desde 0.35 hasta 0.8 aproximadamente.

5,5 5,0

EER

4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 0,2

0,4

0,6

0,8

1


Modelo 30RA100

Modelo 30RY060

Modelo 30HXC120PH3

Figura 6.2.25. EER frente al Factor de Carga Parcial para los cuatro modelos. Vemos que las curvas de los modelos con compresor de tornillo, el

30GX122PH3

y

30HXC120PH3, siguen un comportamiento muy similar, aunque, como se ha visto a lo largo de

248


nuestro estudio en repetidas ocasiones, la enfriadora condensada por agua, presenta unos valores de eficiencia muy superiores a las demás. En la siguiente gráfica vemos, para los tres modelos de enfriadoras condensadas por aire, la representación de la capacidad frigorífica bruta entre la capacidad frigorífica bruta en condiciones nominales en función del factor de carga parcial, teniendo en cuenta que las

Pf_bruta/Pf_bruta_nominal

temperaturas de las fuentes deben ser las mismas, para poder comparar los datos.

1,05 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,2

0,4

0,6

0,8

1


Modelo 30RA100

Modelo 30RY060

Figura 6.2.26. Capacidad frigorífica bruta/Capacidad frigorífica bruta nominal frente al Factor de Carga Parcial. Para los tres modelos de enfriadoras condensadas por aire, se representa la potencia absorbida por la unidad entre la potencia absorbida por la unidad en condiciones nominales en

Pc_udad/Pc_udad_nominal

función del factor de carga parcial:

1,05 0,95 0,85 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 0,15 0,2

0,4

0,6

0,8

1


Modelo 30RA100

Modelo 30RY060

Figura 6.2.27. Potencia absorbida unidad/Potencia absorbida unidad nominal frente al Factor de Carga Parcial.

249


Por último, para los tres modelos de enfriadoras condensadas por aire, se representa el EER entre el EER en condiciones nominales en función del factor de carga parcial.

EER/EER_nominal

1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,2

0,4

0,6

0,8

1


Modelo 30RA100

Modelo 30RY060

Figura 6.2.28. EER/EER nominal frente al Factor de Carga Parcial. En esta gráfica observamos que, la enfriadora que mejor eficiencia tiene respecto a su eficiencia en condiciones nominales es la 30RA100, lo cual parece coherente, ya que esta enfriadora con compresor scroll, tenía su EER mínimo en condiciones nominales, luego, podemos decir que, esta enfriadora presenta mucha mejor eficiencia en condiciones de carga parcial. Lo mismo le sucede, aunque en menor medida, a la enfriadora 30RY060, que presenta también un buen comportamiento fuera de las condiciones nominales. La enfriadora 30GX122PH3 con compresores tornillo, es la que presenta una eficiencia más ajustada a su valor nominal, aunque en este caso (no vamos a tener en cuenta el pico que ya se observó en las gráficas anteriores, y que es probable que se deba a un error). Para esta enfriadora, se ve que entre 0.6 (aproximadamente) y 1 de factor de carga parcial, su eficiencia es inferior a la nominal, pero entre 0.3 y 0.6, también presenta una eficiencia superior a la nominal.

6.3 Análisis de la eficiencia a carga parcial Como vimos en el Capítulo 4, el ESEER se calcula de la siguiente manera:

ESEER = A ⋅ EER ⋅ 100% + B ⋅ EER ⋅ 75% + C ⋅ EER ⋅ 50% + D ⋅ 25% Siguiendo la siguiente tabla de condiciones de carga parcial:

250

(6.3.1)


ESEER Régimen Temperatura Temperatura Coeficientes de carga del aire (° C) del agua (° C) de ponderación 100 35 30 3% 75 30 26 33% 50 25 22 41% 25 20 18 23% Tabla 6.3.1. Condiciones de referencia y coeficientes de ponderación para el cálculo del ESEER. Se vio también, que el procedimiento a seguir, para la certificación del ESEER según Eurovent, es tal que el fabricante tiene que rellenar una tabla, según el número de etapas de la enfriadora de forma que se calcula el EER para cada punto de carga parcial, obteniéndose finalmente el valor del ESEER ponderado. Si la unidad no puede ponerse al 25, 50 o 75% de capacidad, entonces, ésta debe ponerse lo más cerca posible de este nivel de su capacidad a la temperatura de entrada del agua al condensador, que figura en la tabla 3, para el 25, 50 y 75%. A modo de ejemplo, vamos a calcular el ESEER del modelo de enfriadora 30HXC120PH3 de Carrier, condensada por agua, en función de los datos a carga parcial obtenidos mediante el ECAT:

Figura 6.3.1. Obtención de los datos del EER a carga parcial y condiciones Eurovent para el cálculo del ESEER.

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Como en este caso, la unidad no puede ponerse al 25%, es necesario calcular el punto D empleando los datos del punto al mínimo de capacidad, lo más cerca del 25% de capacidad. Sin embargo aquí surge la problemática y es que, como podemos ver en las dos últimas filas de la siguiente tabla, la carga parcial más próxima al 25% que podemos seleccionar con esta enfriadora a una temperatura de entrada del agua al condensador de 18º C, como nos indica la certificación, es del 54%, obteniéndose, consecuentemente un EER de 7.6, valor que claramente no es representativo de la eficiencia de la máquina enfriadora funcionando al 25% de su capacidad. Si por el contrario, forzamos la máquina a dar realmente el 25% de su capacidad, es decir 107 kW, el programa nos fuerza a tener una temperatura de entrada del agua al condensador de 32º C, obteniéndose un EER para esta etapa de 3.6, que parece demasiado bajo en comparación con los valores de EER que presenta la máquina en las otras etapas. T de entrada al condensador

Capacidad frigorífica bruta

Capacidad frigorífica bruta

Pabs unidad

Pabs unidad

°C 30 26 22 32 18

kW 428 321 214 107 235

% 100 75 50 25 54

kW 79 58 32.1 29.7 30.9

% 100 73.4 40.63 37.59 39.11

EER

5.4177 5.5345 6.6667 3.6027 7.6052

Tabla 6.3.2. Obtención de los datos del EER a carga parcial y condiciones Eurovent para el cálculo del ESEER del modelo 30HXC120PH3 de Carrier. Como no disponemos de ese valor concreto de EER al 25% de la carga y para una temperatura de entrada del agua al condensador de 18º C, hemos calculado a continuación el ESEER alternativamente con los dos valores que disponemos para el punto D. Cálculo ESEER 30HXC120PH3 (opción 1) coeficientes EER 0,03 A 100% 0,33 B 75% 0,41 C 50% D 25% 0,23 Cálculo ESEER 30HXC120PH3 (opción 2) coeficientes EER 0,03 A 100% 0,33 B 75% 0,41 C 50% 0,23 D 25%

5,4177 5,5345 6,6667 3,6027 ESEER

0,1625316 1,8263793 2,7333333 0,8286195 5,5508638

5,4177 5,5345 6,6667 7,6052 ESEER

0,1625316 1,8263793 2,7333333 1,7491909 6,4714352

Tabla 6.3.3. Obtención del ESEER del modelo 30HXC120PH3 de Carrier.

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Vemos que tomando un valor y otro se obtiene una diferencia en el ESEER de casi un punto, lo cual, teniendo en cuenta que la enfriadora tiene una capacidad frigorífica bruta de 428 kW, no es en absoluto despreciable. Este cálculo ha sido de utilidad para demostrar la importancia de la claridad en la exposición del procedimiento a seguir para la obtención de un parámetro de eficiencia de este tipo, sin dejar lagunas poco claras o abiertas, así como la utilidad de que la información que aporten los fabricantes se corresponda con las necesidades para realizar estos análisis con éxito. El procedimiento a seguir , para el cálculo de un coeficiente de eficiencia a carga parcial según la UNE-CEN/TS 14825 (Norma Española experimental, para “Acondicionadores de aire, enfriadoras de líquido y bombas de calor con compresor accionado eléctricamente para la calefacción y refrigeración de locales-Ensayos y clasificación en condiciones de carga parcial”) que ya se mencionó en el Capítulo 4, es algo diferente y solamente contempla el concepto de “EER50%” ( EER de un aparato cuando este entrega el 50% de su potencia evaluada), que según nuestra opinión, resulta totalmente insuficiente, ya que como hemos podido ver a lo largo de este capítulo, resulta evidente que, sólo un porcentaje de carga parcial (como, por ejemplo, el 50%) no es suficiente para representar el comportamiento a carga parcial. Esto es así solamente cuando hay un sólo compresor por enfriadora o varios circuitos idénticos. Pero una parte importante de las enfriadoras existentes en el mercado tienen varios compresores y unos circuitos frigoríficos complejos con el fin precisamente de mejorar el rendimiento a carga parcial. Algunos aspectos interesantes que se mencionan en esta Norma experimental UNE-CEN/TS 14825, es definir y hacer una distinción entre el procedimiento a seguir en el caso de que sean:

Aparatos de potencia fija: Aquel que no tiene la posibilidad de cambiar

automáticamente (entre al menos, dos pasos de manera continua) la cantidad de refrigerante circulando a través del sistema.

Aparatos de potencia variable controlada por pasos: Caso en que la potencia se

modifica en una serie de pasos o incrementos reduciendo la carga del compresor o compresores, mediante un número de compresores funcionando secuencialmente, mediante una combinación de dos o por otros medios.

Equipos de potencia variable controlada en continuo: Caso en que la potencia varía de

manera continua variando la velocidad del compresor /compresores normalmente mediante un control inverter. Para los aparatos con potencia fija se realizaría un ensayo cíclico de potencia reducida: El aparato debe funcionar con periodos iguales de funcionamiento y parada del compresor de 30 minutos cada uno. Si la potencia reducida no está en el intervalo del 40 al 60% de la potencia evaluada y el rendimiento resultante del ensayo de potencia reducida difiere más de un 5% del rendimiento resultante del ensayo de potencia evaluada, debe realizarse un nuevo ensayo. En

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este nuevo ensayo, el periodo de parada debe cambiarse proporcionalmente al resultado, dentro del límite del periodo de paro forzado del dispositivo de control del aparato. Alternativamente, cuando resulte de aplicación se fija una carga de compensación a la mitad de la potencia evaluada del aparato. Para aparatos con potencia variable controlada por pasos: Debe forzarse éste a funcionar en un paso que esté lo más cerca posible del 50% de su potencia evaluada. El aparato debe funcionar de manera continua durante el ensayo de potencia reducida. La única discontinuidad admisible es el ciclo de desescarche para el ensayo de potencia reducida de una bomba de calor. Si la potencia reducida está dentro del intervalo del 47% al 53% no hay necesidad de un nuevo ensayo. Si el resultado del ensayo está por debajo del 47% de la potencia evaluada, el aparato tiene otro paso por encima del 50%, entonces debe realizarse un ensayo nuevo. Ya se comentó que la Norma experimental UNE-CEN/TS 14825 tiene muchos aspectos poco definidos y confusos, así como que poco exigente, al menos es un comienzo para una futura normativa europea al respecto. Ya vimos que una de las ventajas que tiene la certificación del ESEER de Eurovent es que no hay necesidad de realizar pruebas de todos los puntos que aparecen en el “mapa de eficiencia” del fabricante, sino que se reduce a una serie de puntos, resultando una prueba fiable e independiente. Sin embargo, es evidente que, a pesar de que ya se ha comenzado a certificar dicho parámetro, el procedimiento publicado aún está escasamente definido o simplemente es inviable, en muchos casos obtener el ESEER a través de los datos que proporcionan los fabricantes o si se tienen, se desconoce la forma de la que se han obtenido dichos datos.

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6.Análisis+de+enfriadoras+a+carga+parcial

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