Aplicaciones con CO2 en Refrigeración Comercial

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1 Aplicaciones con CO2 en Refrigeración Comercial Ibon Vadillo Rodríguez Key Account Manager Oscar Fernández Application Manager

2 Índice Aplicaciones CO 2 1 Primeros Sistemas de CO 2 2 Sistema Booster 3 Variantes en los Sistemas Booster 4 Sistemas Booster con Eyector

3 Sistemas con CO 2 Sistemas R404a CO2 Realidad o ficción? Permiten el ahorro de energía? Protocolo Kioto F-Gas + Tasas Evolución Tecnológica

4 Sistemas con CO 2 Sistemas subcríticos (Cascadas): Sistemas transcríticos: Central alta NH 3 /R290 con CO2 Central alta NH3/R290 con glicol para MT y CO2 para BT Central HFC de bajo GWP y CO2 Central HFC de bajo GWP, glicol para MT y CO2 para BT Sistema Booster Presión de diseño Control del gas Cooler Eficiencia Distribución: Expansión Seca Bombas Circulación por Bomba térmica

5 Sistemas con CO 2 - Cascada

6 Analizando el diagrama Molliere Proceso de refrigeración Sub-crítico Ejem plo 10/65 bar 65 bar (25 Deg.C) 10 bar (-40 Deg.C) Presiones muy altas a temperaturas ambiente normales CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN

7 Analizando el diagrama Molliere 1.50 Refrigerating capacity [kw] and COP [-] COP = 1.90 COP = 2.31 COP = 2.28 COP QE OPERATING CONDITION t E = -10 C, t SH = 10 K t GC,OUT = 35 C h EVAP h COMP Gas cooler pressure [bar] Hay una Presión de alta óptima para un COP máximo

8 Analizando el diagrama Molliere Hay una Presión de alta óptima para un COP máximo con cada temperatura de salida del gas-cooler

9 Sistemas clásicos con CO 2 Simulación realizada en 2010 sobre un supermercado con 500kW de potencia frigorífica en media temperatura y 100kW en Baja temperatura

10 Ahorros Transcritical & Subcritical CO2 Copenhagen 9% Madrid -7% Subcritical CO2 Subcritical CO2 POTENTIAL GLOBAL DISTRIBUTION Transcritical & Subcritical CO2 CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN Melbourne -4%

11 Sistema Booster de CO2 Inicial Exp. Valve Exp. Valve GC/Cond. MT Evap. MT Evap. Exp. Valve Circuito CO 2 Temperatura Postiva Expansion ICMTS (Control alta presión temp. gas) / (Control subenfriamiento) Expansión a 10ºC Separación de gas y líquido 10ºC evaporación Gas cooler/condensador Control del Separador con vávula CCM Gas cooling 2 4 Compresión de ALTA Exp. Valve BT/ LT Evap. BT/ LT Evap. Temperatura Negativa Expansión a 30ºC 11 30ºC evaporacion 1 Compresión de BAJA

12 Sistema Booster de CO2 sencillo Muy utilizados en países con climas fríos (refrigeración comercial, más de 6000 sistemas con Danfoss). En países fríos se suele usar recuperación de calor para ACS y CLIMA y forzar a trabajar en transcrítico en invierno, ya que el COP de la recuperación de calor es muy elevado. Las comparativas solo miran la parte de MT. No están considerados ahorros adicionales en BT. Consumo de energía relativa respecto R404A Sistema Booster Transcrítico comparado con R404A 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% % 10% Temperatura Ambiente

13 Mejoras en Sistema Booster: Recuperación de Calor y Sub-enfriador Es una solución para instalar sistemas transcríticos en climas cálidos. Si el ambiente esta por debajo de una cierta temperatura, el subenfriador no funciona. El consumo del subenfriador ha de considerarse para el rendimiento del sistema. Buena solución para supermercados de tamaño medio si se quieren utilizar refrigerantes naturales. Intercambiador Glicol

14 Mejoras en Sistema Booster: Recuperación de Calor y Sub-enfriador Ambiente > 25 ºC Subenfr. CO2 Gas Cooler Calor al agua (ACS) Calor al Evaporador Trabajo Compressor Ciclo de CO2, POSIT. (No se muestra NEG.) 95ºC

15 Sistema Booster de CO2 con Comp. paralelo Ciclo transcritico + Comp. en paralelo Gas cooling Compresor Paralelo Compresión de ALTA Separación de gas y líquido 10ºC evaporación 3 Gas cooling 2 Compresión de BAJA 11 30ºC evaporacion 1

16 Mejora el rendimiento en climas cálidos. Se reduce la capacidad volumetrica de los compresores instalados de AT, por tanto hay una reduccion del coste inicial de la inversion (no es significativa a menos de 100 kw) Normalmente son rentables en potencias medias o elevadas (hipermercados). Mas de 50 sistemas 5% Mejoras en Sistema Booster: Compresor Paralelo Compresor paralelo comparado con R404A Consumo de energia relativa respecto R404A 0% 5% 10% 15% 20% 25% El punto de intersección se mueve hasta casi 38 C Temperatura Ambiente

17 Sistema Booster de CO 2 + Comp. paralelo + Recuperación de calor y Subenfriador

18 Sistema booster de CO 2 con eyector

19 Un eyector es un dispositivo antiguo que ha sido utilizado para sistemas de vapor y agua durante años. En la refrigeración también se ha utilizado en el pasado, pero no a gran escala. Los eyectores son interesantes con CO2 porque aproximadamente el 20 % del trabajo de compresor puede ser recuperado (en teoría) Tipos de eyectores en cuanto a geometría: Geometría fija y combinación binaria Geometría variable Tipos de eyectores en cuanto al estado del refrigerante: Eyectores de gas Eyectores de líquido Entrada de flujo de aspiración Difusor Entrada de flujo de descarga Qué es un eyector? Boquill a Cámara de mezcla

20 Funcionamiento del eyector El eyector usa el principio físico de que la presión disminuye cuando se aumenta la velocidad de un fluido.

21 Sistema booster de CO 2 con eyector Sgc = 35ºC 5 Gas cooler Entrada AP Eyector Salida Difusor 9 Compresores Paralelo 10 Compresores de Alta Expansion 2 evaporación 3 6 Salida Camara Mezcla 8 Entrada de aspiracion al eyector 7 Ciclo transcrítico + Eyector + Comp. en paralelo

22 100% Flujos másicos en distintas situaciones 100% 45% 100% 45% 55% 55% 55% 55% Flujo másico sin eyector ni compresor en paralelo 100% Flujo másico sin eyector, compresor en paralelo funcionando 40% 20% 60% 80% 60% Flujo másico con eyector y compresor en paralelo funcionando

23 Menor consumo de energía (Coste Total) 1. El eyector mejora significativamente la eficiencia. Cuanto mas calor, mayor rendimiento. 2. Facilita la optimizacion de las centrales, reduciendo la potencia instalada en compresores de AT. Favorece la integracion CLIMA y recuperación de calor Multi Eyector gas Favorece centrale mas pequeñas (Coste Instalación) 3. Se puede instalar el mismo sistema (transcritico) en diferentes localizaciones sin limitaciones por temperatura exterior. Todos los sistemas con el mismo refrigerane 4. Facilita la integración de otros sistemas como CLIMA y Recuperacion de calor, para hacer el conjunto mas eficiente. (simplicidad)

24 Multi-eyector Danfoss

25 Multi Eyector (varios fijos) El multi eyector contiene varios eyectores de geometría fija en paralelo. Se adaptan a la carga, alternando el funcionamiento de las combinaciones. Con 4 eyectores de capacidades binarias, la capacidad puede cambiarse en saltos de 1/15 de uno en uno. Dado que el eyector en funcionamiento siempre funciona sin ninguna restricción de flujo, la eficiencia será la mejor para la geometría que este funcionando.

26 Sistema de eyector de Gas Probados en instalaciones de test desde Actualmente unas 20 instalaciones en funcionamiento. Los eyectores mueven el gas (parte o todo) desde la aspiracion de MT hasta el compresor en paralelo. Desaparecen los límites ambientales. La eficiencia del eyector es un dato a tener en cuenta. Eyector de Gas (25% 35% efic.) comparado con R404A Consumo de energia relativa respecto R404A 0% 5% 10% 15% 20% 25% % eficiencia eyector 35% eficiencia eyector Temperatura Ambiente

27 Sistema Booster de CO 2 avanzado Eyector + Recuperación de calor + Subenfriador / enfriamiento adiabático del aire Recuperación de calor Eyector Subenfriador El uso de eyectores permitirá instalar centrales de CO2 transcríticas en climas cálidos sin la necesidad de usar un subenfriador.

28 Sistema de eyector de Líquido Los sistemas de eyector liquido permiten tener evaporadores inundados en la parte de Media Temperatura. El eyector en este caso actúa como una bomba de recirculación para el liquido. Los ahorros vienen por aspirar mas alto en los compresores (unos 5K). Consumo relativo de energia respecto a R404A Eyector de gas liquido (alta y baja) comparado con R404A 0% % 10% 25% eficiencia eyector 15% 20% 25% 35% eficiencia eyector 30% 35% 40% Temperatura Ambiente

29 Sistema Comparación hecha a +44 C Resumen de Eficiencias Ahorro energia VS. R404a Ahorro en compres. VS. Booster Booster 25% 0% Compresor Paralelo 3% 19% Eyector de Gas 7% 28% Eyector Liquido & gas 16% 35% Comparacion hecha a +44 C Sistema Comparacion hecha a +32 C Ahorro Energia VS. R404a Ahorro en compres. VS. Booster Booster 11% 0% Compresor Paralelo 7% 15% Eyector de Gas 10% 18% Eyector de Gas y liquido 22% 27%

30 Comparativa de precios de centrales 150% 140% 130% 120% 110% Booster pack [%] Parallel compression pack [%] Gas ejector pack [%] 100% 90% Gas and liq ejector pack [%] 80% 70% Capacidad [kw]

31 Conclusiones El CO2 se consolida como refrigerante en refrigeración comercial. Los sistemas en cascada hasta 75kW de potencia son adecuados. Los sistemas con compresor en paralelo son rentables en sistemas superiores a 100kW El eyector hace eficiente los sistemas de CO2 en cualquier clima a partir de 75 kw. El eyector permite tener centrales más pequeñas (compactas). Los eyectores de líquido en desarrollo mejorar las soluciones existentes.

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