FACTORES QUE AFECTAN AL RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE UNA INSTALACIÓN FRIGORÍFICA(II)

Respecto a los factores que influyen en la respuesta que da el sistema frigorífico frente a la carga térmica podemos citar:

•             Condiciones climatológicas

•             Parámetros operativos

•             Diseño del sistema

•             Rendimiento de los equipos

 

Hemos visto anteriormente como las condiciones climatológicas pueden afectar a las cargas del sistema. También puede afectar a la manera en que el sistema responde a estas cargas debido al efecto que tiene en la temperatura de condensación.

En sistemas que usan condensadores evaporativos  para la disipación del calor al medio ambiente la temperatura de condensación está directamente influenciada por la temperatura de bulbo húmedo del aire exterior.

Si la temperatura de bulbo húmedo sube, la capacidad del condensador disminuye, lo que provoca que para alcanzar el equilibrio termodinámico el sistema frigorífico deba operar con temperaturas de condensación superiores para disipar la misma cantidad de calor al foco caliente ( en este caso el aire exterior ambiente) , disminuyendo así la eficiencia energética del sistema. Para sistemas con condensadores por aire  la eficiencia del sistema actúa de la misma manera solamente que con la temperatura de aire seco, no la húmeda.

Los parámetros operativos más determinantes son sin duda la presión de aspiración del compresor y su presión de descarga.

Cuanta más pequeña sea la diferencia entre ambas el rendimiento energético teórico del ciclo termodinámico aumentará, pero no necesariamente la real:

A la hora de representar el ciclo termodinámico solamente se tiene en cuenta el consumo asociado al proceso de compresión, donde además de incluir la potencia isentrópica o a entropía constante  se debe considerar la anisentropía del ciclo, es decir, el factor de la eficiencia  que aleja el proceso de compresión de uno reversible y adiabático y por tanto ideal( sin fricciones internas ni transferencias de calor…).

Sin embargo, no se consideran los consumos asociados a la condensación, evaporación, sistemas de bombeo( si se trata de sistemas de alimentación de líquido refrigerante por recirculación por bombas,etc).

Por tanto, no siempre ni en cualquier condición reducir el «gap» entre la zona de alta y baja es la solución más eficiente; lo será para el ciclo del compresor pero no para la de la instalación frigorífica global, ya que el consumo del resto de constituyentes de la planta puede en función de la demanda representar una cantidad importante del consumo total.

Hacer trabajar a determinados equipos en sus puntos de funcionamiento de mínimo consumo puede provocar que otros equipos trabajen más y por tanto consumiendo más, empeorando la eficiencia energética del ciclo. Esto, por nuestra experiencia,  es algo que generalmente no se tiene  en cuenta en muchas instalaciones.

En los sistemas con más de una etapa de compresión ( multietapa)  comprimiendo el flash-gas a la presión de aspiración más alta posible lograremos  mejorar el rendimiento de los compresores de alta de la instalación aunque a costa de empeorar el rendimiento de los compresores de baja, que descargarán a presiones más altas y por tanto consumiendo más.

Se trata de buscar un punto de equilibrio que minimice el consumo global del sistema booster ( o de doble escalón). Encontrar este punto de equilibrio requerirá conocer los puntos de funcionamiento del sistema global, las producciones y los consumos.

La máxima presión de aspiración que podemos permitirnos estará determinada inevitablemente por la temperatura de evaporación requerida por la carga a enfriar, que a su vez dependerá de la temperatura del producto y de las características de transferencia de calor del evaporador.

Las pérdidas de carga en las tuberías de aspiración forzarán a los compresores a trabajar a presiones de aspiración más bajas en orden a mantener  la temperatura de evaporación necesaria. Por lo tanto provocarán  una disminución en la eficiencia de los compresores y por tanto de la instalación en su globalidad.

Un sistema con un área de transferencia mayor en el evaporador y con mejoras en el rendimiento de los  procesos de transferencia de calor que suceden en la batería evaporadora  permitirán mantener la temperatura requerida de los productos trabajando con temperaturas de evaporación mayores y por tanto con mayores presiones de aspiración en los compresores, aumentando su eficiencia.

Por lo tanto ,dos estrategias que redundan en un beneficio del rendimiento  desde el punto de la operativa de la instalación son: minimizar las pérdidas de carga en la aspiración de los compresores y mejorar el proceso de transferencia de calor en los evaporadores.

La presión de descarga de los compresores  está determinada por la presión de condensación. Ya hemos visto que  la temperatura de bulbo húmedo exterior (aire seco para condensadores de aire) juega un papel relevante junto con la capacidad de disipación de los condensadores existentes.

Un óptimo proceso de transferencia calorífica en las baterías de los condensadores entre el refrigerante en proceso de condensación y el medio condensante provocará una disminución en la temperatura de condensación.

Las pérdidas de carga en las tuberías de descarga forzarán a los compresores a trabajar a presiones mayores y por tanto a reducir su eficiencia.

Un  condensador con un gran rendimiento puede disipar la misma cantidad de calor a una temperatura de condensación menor, lo que permite al compresor  trabajar a presiones de descarga menores y por tanto a mejorar su rendimiento, disminuyendo su consumo y aumentando además su capacidad frigorífica.

En cuanto al diseño, el sistema frigorífico responderá mejor sirviendo a múltiples cargas a diferentes temperaturas  mediante distintas líneas de aspiración evitando con ello que los compresores de una línea deban de trabajar para servicios con temperaturas de trabajo muy diferentes entre sí.

Así, configurando diferentes líneas de aspiración, para  adecuar la presión de aspiración a los requerimientos de las cargas, lograremos un mejor COP global  además de que en el caso de servicios a diferentes temperaturas evitaremos  el uso de válvulas reguladoras de presión de evaporación en la aspiración para evitar que el compresor aspire a presiones excesivamente bajas cuando éste tenga que dar servicio a cámaras con diferentes temperaturas de evaporación.

Adecuando los diámetros de las tuberías de baja y alta presión para que las pérdidas de carga sean  las mínimas posibles también optimizaremos el rendimiento de la planta.

En cuanto al rendimiento de los equipos, donde se incluyen compresores, evaporadores, bombas, válvulas y condensadores, su efecto e importancia en la eficiencia global también es relevante.

En los compresores cuando la carga varía, el método de modular la capacidad del compresor y su secuencia de trabajo a carga parcial presenta una gran importancia en la eficiencia global del sistema frigorífico. Cuanto mejor sea la eficiencia del compresor a cargas parciales mayor será el rendimiento de la instalación.

En los evaporadores el uso que se haga de los ventiladores variando su velocidad  puede tener un impacto en la eficiencia. Ya hemos señalado como el coeficiente global de transferencia térmica en los intercambiadores de calor de los evaporadores influye poderosamente en el valor de la presión de aspiración de los compresores.

Finalmente, en cuanto a los condensadores, el rendimiento y capacidad de estos influyen en la presión de condensación  del sistema. Además los ventiladores y en menor medida las bombas pueden contribuir energéticamente de manera importante en el consumo global sobre todo cuando se trabaja a cargas parciales.

Como conclusión podemos afirmar que una gestión y control  dinámico en tiempo real del ciclo termodinámico y de los elementos que participan en la producción y consumo de la  instalación pueden inducir a  mejoras energéticas significativas de la planta.

En Enerlogix, entre otras soluciones, diseñamos ,desarrollamos y ponemos en marcha sistemas de control personalizados para cada instalación, con algoritmos basados en estudios energéticos y/o simulaciones térmodinámicas de la planta,  donde precisamente buscamos que el sistema frigorífico en su conjunto trabaje con los equipos y regulación de capacidad adecuadas en los puntos de funcionamiento óptimos, por tanto dinámicos y dependientes de las condiciones productivas y climáticas, que maximicen el COP global de la planta , minimizando el consumo y satisfaciendo la demanda frigorífica necesaria.

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