PROYECTO DE SUSTITUCIÓN DE EQUIPOS HVAC REFRIGERADOS CON R22 EN LA C. N. ASCÓ

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1 PROYECTO DE SUSTITUCIÓN DE EQUIPOS HVAC REFRIGERADOS CON R22 EN LA C. N. ASCÓ JUAN JOSÉ JAIMOT JIMÉNEZ Ingeniería de Diseño C. N. Ascó JOSEP JORDI IMBERT Ingeniería en Planta C. N. Ascó RESUMEN En esta ponencia se describe el proyecto de cambio de unidades de aire acondicionado en la C. N. de Ascó que utilizan actualmente R22 como líquido refrigerante. El proyecto tiene un gran alcance, afectando 37 unidades, de las cuales más de la mitad son Clase. El documento describe el proceso de dimensionado, alcance del cambio y soluciones adoptadas para este cambio de diseño. 1. INTRODUCCIÓN Con la aparición del Protocolo de Montreal relativo a las sustancias que agotan el ozono se genera normativa para proteger la capa de ozono, reduciendo la producción y el consumo de las sustancias para las cuales se ha demostrado que reaccionan con el ozono. Las sustancias que agotan el ozono son aquellas que contienen cloro y bromo, entre las cuales se encuentran los refrigerantes utilizados en los equipos de aire acondicionado que contienen CFC y HCFC. Cada grupo de sustancias tiene establecido un cronograma de reducción en su producción y consumo hasta llegar a la eliminación total. En el caso de los equipos de aire acondicionado y, en particular, los equipos existentes en la C. N. Ascó, el refrigerante utilizado suele ser R-22 (clorodifluorometano), un HCFC. Para éste, el Reglamento Europeo CE nº 20037/2000, sustituido actualmente por el RE 1005/2009, sobre las sustancias que agotan la capa de ozono, determina las siguientes fechas límite: - No se puede emplear R-22 virgen desde el 01/01/2010; - Sólo se puede emplear R-22 reciclado hasta el 31/12/2014; - A partir del 01/01/2015 queda prohibido el uso del refrigerante R-22. La C. N. Ascó dispone de una serie de equipos de refrigeración de aire que basan su funcionamiento en las propiedades del refrigerante R-22, por lo que es necesario plantear su adecuación a la normativa vigente. En consecuencia, se ha generado el proyecto de sustitución y/o adaptación de los equipos de HVAC de forma que se elimine el uso de R-22 para dar cumplimiento a las directivas europeas.

2 2. ANTECEDENTES La mayoría de equipos de aire acondicionado instalados actualmente en la C. N. Ascó tiene como refrigerante R-22 y, por lo tanto, se ven afectados por este cambio. En particular, este refrigerante es el que se utiliza actualmente para el cien por cien de las unidades relacionadas con la seguridad (Clase ). Las unidades afectadas son las siguientes: Cantidad Potencia frigorífica Sala de control kw Salas eléctricas en ed. control Salas eléctricas en penetraciones eléctricas Salas eléctricas en ed. auxiliar Salas eléctricas en ed. diesel kw 4 57,6 kw 4 27,6 kw 4 36,0 kw Otras 17 Varias Refrigeración y regulación Agua, regulada por válvula de control de temperatura Agua, regulada por válvula de control de temperatura Aire, regulada por compuerta de caudal de aire Aire, regulada por compuerta de caudal de aire Aire, regulada por doble ventilador Circuito de agua fría (chiller) o aire, según modelo. Calificación No Todas las unidades Clase están instaladas desde la puesta en marcha de la planta y no han sufrido cambios significativos. Aunque el cambio de unidades de refrigeración industrial pueda ser un proyecto complejo, en el caso de unidades Clase, este problema se ve agravado por la normativa suplementaria existente, necesaria para cumplir con los criterios de diseño de la C. N. Ascó. De acuerdo a la ITC de renovación de licencia, en su punto 14.d) del CSN, cualquier modificación de sistemas de HVAC Clase, o sistemas nuevos de HVAC Clase, deben ejecutarse de acuerdo a la normativa ASME AG-1 del año 1997 y addenda del año 2000.

3 3. DESARROLLO Por la peculiaridad de este proyecto, en la adecuación de las unidades de aire acondicionado es imprescindible cuestionarse las alternativas existentes, idoneidad de las mismas y los problemas emergentes que puedan preverse, lo cual se describe en este apartado Dimensionado de equipos El primer paso a realizar, previo al cambio de unidades, es la actualización de los cálculos originales, teniendo en cuenta, tanto la variación de las condiciones medioambientales exteriores, como las cargas de calor existentes en cada área Condiciones medioambientales Así pues, al tener en cuenta las condiciones climatológicas actuales, y no las del origen del proyecto, se han estudiado las temperaturas máximas y mínimas horarias, para determinar la potencia frigorífica requerida y el dimensionamiento de las nuevas unidades y componentes. Gráfica 1: Representación gráfica de los datos climáticos horarios del año La envolvente, en rojo, indica el rango de valores que se ha tenido en cuenta en el diseño de las nuevas unidades. En verde, criterio de diseño para las medias diarias máximas. Los datos provienen de la estación meteorológica en la C. N. Ascó. Se han utilizado los pares de temperatura / humedad (valores horarios) de los últimos tres años (Gráfica 1, datos de 2012), y se han determinado los valores envolventes tomando como válido aquellos incluidos en un percentil de 0,4% (según la Guía técnica: condiciones climáticas exteriores del proyecto).

4 El resultado del análisis indica que, en cuanto a aspectos medioambientales es razonable mantener el valor de temperatura máxima de diseño de 38 ºC, aunque requiere la actualización del valor de la humedad relativa, que pasará del 31 % en el cálculo original al 40 % actual Cálculo de cargas térmicas En cuanto al cálculo de las cargas a disipar, se han tenido en cuenta: - la carga térmica transmitida por las paredes, suelo y techo frontera (hormigón); - la carga térmica generada por los equipos, teniendo en cuenta nuevos equipos, siendo conservadores en el caso de obtener valores divergentes. Se tiene en cuenta el calor generado tanto en operación normal, como en emergencia; - la carga térmica generada por la iluminación. A pesar de que la tendencia ha sido ir sustituyendo luminaria incandescente por fluorescente, se ha mantenido el valor más desfavorable. También se tiene en cuenta las diferencias entre operación normal y emergencia; - las renovaciones de aire, con nuevos criterios indicados anteriormente (la humedad pasa a ser del 40%, frente al 33% original) Los resultados obtenidos en el dimensionado de las unidades de aire acondicionado se indican en la Tabla 1: Unidad Cálculo 1981 Cálculo Sala de control 169 kw 166 kw Sala eléctrica ed. control Penetraciones eléctricas Sala eléctrica ed. auxiliar 352 kw 341 kw 57,6 kw 49,0 kw 27,6 kw 21,9 kw Sala eléctrica ed. diesel 36,0 kw 36,0 kw Tabla 1: Dimensionado de las unidades de aire acondicionado. Fuente: cálculos de diseño original de la C. N. Ascó y cálculos actualizados. Se observa en los resultados de la Tabla 1 una tendencia a disminuir la carga térmica existente en las distintas áreas, aunque no significativamente. Ello es debido a la progresiva sustitución de equipos por otros mas modernos: iluminación fluorescente, electrónica mas fría (de menor consumo), sustitución de transformadores de centros de potencia, entre otros Sustitución o adaptación Al sustituir las unidades de aire acondicionado, existe como alternativa a la sustitución completa o la adecuación de la unidad a un nuevo gas. Así, para sustituir una unidad con R-22, se puede optar por utilizar R410A, R407C, R134a o R-427A, en cuyo caso es

5 conveniente limpiar los circuitos de residuos de aceite mineral para evitar daños en los componentes. Sin embargo, y a pesar de la gran ventaja económica que ello implicaría, existe una serie de inconvenientes que deben valorarse: - Existe una disminución de rendimiento tras la sustitución de R-22. Según el gas, el rendimiento de la unidad puede bajar entre un 5 y un 15% de su valor original; - Los equipos existentes acumulan una larga vida y es difícil encontrar repuestos; - La experiencia indica que, aunque, a corto plazo, la limpieza del circuito refrigerante puede no dar problemas, estos suelen aparecer a medio o largo plazo. Por estas razones, y en pro de la seguridad, se opta por la sustitución quasi-completa del sistema Alcance de la modificación Al definir el alcance de la modificación, se ha optado por la sustitución de todo el circuito de refrigerante y los componentes que ello afecta. Las bancadas y los housings de las unidades serán los únicos componentes que no se modificarán significativamente. Como ejemplo, en el esquema se representan las partes de las unidades de aire acondicionado de las salas eléctricas del edificio de control afectadas por el cambio de unidades. Compresor. Los nuevos compresores serán de tornillo, con una potencia adaptada a las necesidades previamente calculadas. El compresor de tornillo permite una mejor regulación de la potencia, además de ser mas silencioso. Condensador y elementos de control de caudal del foco frío. Los sistemas actuales de control de temperatura son los siguientes: - Válvulas de control de temperatura, para las unidades cuyo foco frío sea agua; - Regulación del caudal de aire mediante posicionador de compuerta o ventiladores que arrancan por etapas. Se estudiará en cada caso la mejor alternativa.

6 39ª Reunión Anual de la SNE El evaporador y control de caudal del foco caliente se sustituirá. Se estudiará la viabilidad de instalar una regulación de caudal, o no modificar el diseño original (caudal fijo regulado por orificio restrictor). No se modificarán los filtros de aire existentes. Los nuevos sistemas se adaptarán a los componentes externos existentes, incluido el ventilador de impulsión de aire o los humidificadores en sala de control. Está prevista la modificación de estos componentes para las unidades compactas. Los paneles anexos, con el control e indicación de parámetros del sistema, valvulería, racorería, etc. serán nuevos, y adaptados a las necesidades de las nuevas unidades. El housing (envolvente) de las unidades se mantendrá inalterado, evitando tener que realizar nuevas envolventes, y su calificación sísmica. La bancada de soporte se mantendrá. Los componentes de adaptación necesarios para adaptar los componentes a la bancada serán considerados parte del componente, y por lo tanto cualificados como parte del equipo (por ejemplo, soporte del compresor). Tabla 2: Alcance de las modificaciones a realizar en unidades HVAC.

7 39ª Reunión Anual de la SNE 3.4. Calificación/dedicación de equipos Para poder asegurar la función de seguridad de los equipos, todos los nuevos componentes se someterán a las pruebas y protocolos necesarios para su cualificación. De los componentes principales, destacan los siguientes: - Compresor. Al no haber encontrado unidades calificadas, será de origen convencional, elegido por su fiabilidad probada en instalaciones industriales. Por el origen de este equipo, se deberá cualificar sísmicamente, comprobando su buen funcionamiento después de un seísmo tipo. La calificación del compresor incluirá su bancada correspondiente. Además, estas unidades deberán cumplir con la normativa aplicable según especificación de compra; - las unidades de condensación y sísmicamente, o validadas por cálculo; evaporación también serán probada - los demás componentes mecánicos (valvulería, calderín, etc) estará calificada, o se dedicará para calificarla; - se evitará la regulación de la unidad con componentes electrónicos. De ser necesario, se elegirían aquellos que estuviesen validados, ya existentes en el mercado. La validación no aplicará al housing de las unidades, ni a la bancada, al estar ya calificada. Se comprobará que las modificaciones en estas, si las hubiere, no afecten a su calificación Implantación del cambio Estos equipos cumplen una función soporte de los equipos de seguridad situados en las salas a las que sirven, por lo que no es viable realizar el cambio de unidades en periodos en los que pueda ser requerida su función de seguridad. Además, en el caso particular de Sala de Control, la sustitución implica entrar voluntariamente y durante un plazo de tiempo elevado, en la acción de la ETF 4/4.7.7 sistemas de ventilación de emergencia de la Sala de Control, al no disponer de dos sistemas redundantes de emergencia, y romper la envolvente de sala de control (CRE) (los housings de las unidades de aire acondicionado así como las unidades de filtrado son parte de la envolvente de Sala de Control). En consecuencia, la previsión de sustitución de los equipos de aire acondicionado estará limitada al periodo de recarga, aunque en casos concretos se podrá estudiar la implantación durante la operación de la planta a potencia. La implantación de estas unidades está prevista que se realice durante las tres recargas existentes entre los años 2015 y 2017, tanto para Ascó I, como para Ascó II.

8 39ª Reunión Anual de la SNE 4. CONCLUSIONES La sustitución de las unidades de aire acondicionado es un proyecto complejo, al estar involucradas unidades relacionadas con la seguridad. Además de redimensionar los equipos según las cargas existentes y condiciones climáticas actuales, es necesario adaptar unidades disponibles en el mercado industrial pero no nuclear, mediante la validación y dedicación de sus componentes. Finalmente, el tercer gran problema detectado es la implantación del cambio, que debería coincidir con periodos en que las unidades no son requeridas y que, en principio, coincidirán con los periodos de recarga. 5. REFERENCIAS 10CFR50.49: Environmental qualification of electric equipment important to safety for nuclear power plants ASME AG y addenda del 2000: Code on nuclear and air gas treatment. DBD 81.08: documento base de diseño sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado de penetraciones eléctricas mecánicas (operación de emergencia). DBD 81.10: documento base de diseño - calefacción, ventilación y aire acondicionado de del edificio de generadores diesel. DBD 81.12: documento base de diseño - calefacción, ventilación y aire acondicionado de penetraciones eléctricas (refrigeración de emergencia). DBD 81.14: documento base de diseño - calefacción, ventilación y aire acondicionado de. Salas de control y del ordenador. DBD-GA-02.01: documento base de diseño diseño sísmico. DBD-GA-04.01: documento base de diseño diseño ambiental. Guía técnica: condiciones climáticas exteriores del proyecto, editada por el ministerio de industria, turismo y comercio. Instituto para el ahorro y diversificación de energía. IEEE 323 standard for qualifying Class equipment for nuclear power generating stations and nuclear facilities. IEE recommended practice for seismic qualification of class 1e equipment for npgs RG Rev.3: seismic qualification of electrical and active mechanical equipment and functional qualification of active mechanical equipment for nuclear power plants