CENTRALES FRIGORIFICAS R290-CO 2. Encuentros Técnicos de AEFYT Madrid, 21 Febrero de 2018

Transcripción

1 1 CENTRALES FRIGORIFICAS R290-CO 2 Encuentros Técnicos de AEFYT Madrid, 21 Febrero de 2018

2 2 Contenido ENTORNO ACTUAL ARQUITECTURA DE SISTEMAS DE CO2 SISTEMA FRIGORIFICO DE R290-CO2-CO2 COMPARATIVA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA PLANTAS COMERCIALES DE R290-CO2-CO2 CENTRALES R290-CO2-CO2 CENTRALES R290-CO2-CO2 EJECUCIONES ESPECIALES

3 3 Un entorno cambiante Entorno normativo. Reglamento Fgas. (R. UE 517/2014). - Reducción de cuota de gases fluorados en Prohibición de R404A en 2020 Regl. Manipulación de gases fluorados (RD115/2017) - Revisión de fugas: < 5 ton.eq. exento 5 a 50 ton eq. cada 12 meses > 50 ton eq. cada 6 meses Ecodiseño - Nuevo requisito de eficiencia para jul-2018 en ud. condensadoras, centrales y enfriadoras. - Nuevo lote de enfriadoras de procesos AT. Proyecto de Nuevo Reglamento de Seg. Inst. Frig. - Basado en EN Relajación de requisitos para A2L - Previsto para finales de /kg Escalada de precio del refrigerante. ene. feb. mar. abr. may. jun. jul. ago. sep. oct. nov. dic. ene. feb R404A R452A R410A R407A R407F R448A R134a R450A

4 Un entorno cambiante 4

5 5 Un entorno cambiante /kg Escalada de precio del refrigerante. R404A R452A R410A R407A R407F R448A R134a R450A 0 ene. feb. mar. abr. may. jun. jul. ago. sep. oct. nov. dic. ene. feb

6 6 Aplicación de refrigerantes según el RSIF y FGas Aplicación en refrigeración comercial (locales de categoría B) Grupo de seguridad del refrigerante Sistema y ubicación Armarios frigoríficos e islas de congelados con grupo incorporado (B-1) Expositores y vitrinas frigoríficas con grupo remoto o conectados a central. (B-1, B-2) Sistemas indirectos para supermercados (B-3i) Equipos compactos de cámaras en zonas de acceso restringido (D-1) Sistemas partidos o compactos industriales para cámaras frigoríficas (D-2) Sistemas indirectos para industria y cámaras frigoríficas (D-3i) Grupo 1: HFC, CO2 límite práctico PCA < 150 (Fgas 2022) límite Exp. práctico HFC directa < 40kW (F-Gas 2022) HFCs Grupo 2: NH3, HFO, R32 < 225 gr ~500W (IEC ) < 2,5kg (1kW HFO) (~2,5 kw R32) (~15 kw NH3) Grupo 3: HC (R290, R600) <150gr~500W Grupo (IEC ) incorp. < 1,5 kg ~2kW Sin limitación Sistema Sin limitación < 5kg Sistema (~30kW) indirecto HFC Aplicaciones industriales y cámaras frigoríficas (categoría D) Sin limitación PCA < 2500 (Fgas 2022) Exp. Sin limitación directa PCA < 2500 (Fgas 2022) HFCs Exp. directa CO2 < 10kg < 10 kg < 1kg en sótanos Sin limitación Sistema NH 3 R290 R290- CO 2 < 25 kg < 1kg en sótanos Sistema Sin limitación Sin limitación Sin limitación R290- < 1kg en sótanos

7 7 Características R290 (Propano) y R744 (CO2) R404A R134a R290 (propano) R744 Fórmula HFCs H 2 F 4 C 2 H 8 C 3 (natural) CO 2 Natural Peso molecular 97.6 gr/mol 102 gr/mol 44 gr/mol 44 gr/mol Temp. ebullición -46.2/-45.5 ºC ºC -42ºC -78ºC (sublim.) Temp. crítica 72 ºC ºC 96.7ºC 31 ºC Calor latente (-10ºC) 166 kj/kg 199 kj/kg 375 kj/kg 231 kj/kg Densidad líquido 1187 kg/m kg/m3 542 kg/m3 983 kg/m3 Producción frig. Vol. (-10ºC) 2022 kj/m kj/m kj/m kj/m3 COP ideal (-10/+45ºC) COP ideal (-35/+0ºC) PCA Clase de seguridad A1 A1 A3 (inflamable) A1 Límite práctico 480 gr/m3 250 gr/m3 8 gr/m3 70 gr/m3

8 8 ARQUITECTURA DE SISTEMAS FRIGORIFICOS Sistemas centralizados de CO2

9 SALAS DE VENTAS CUBIERTA SALA DE MÁQUINAS 9 CÁMARAS Y SERVICIOS Sistema directo centralizado tradicional (Ubicación tipo 2) R404A R404A

10 SALAS DE VENTAS CUBIERTA SALA DE MÁQUINAS 10 CÁMARAS Y SERVICIOS Sistema R134a - cascada CO2 subcrítico (Ubicación tipo 2) R134a R134a CO₂

11 CUBIERTA SALA DE MÁQUINAS SALAS DE VENTAS 11 CÁMARAS Y SERVICIOS Sistema doble cascada: R134a-CO2-CO2 (Ubicación tipo 3) R134a CO₂ CO₂

12 CUBIERTA SALA DE MÁQUINAS SALAS DE VENTAS 12 CÁMARAS Y SERVICIOS Sistema doble cascada: R290-CO2-CO2 (Ubicación tipo 3) R290 CO₂

13 13 Sistema doble cascada: R290-CO2-CO2 (Ubicación tipo 3) Cámaras de temp. positiva Obradores Islas de congelados Vitrinas refrigeradas Cámara de congelados Central frigorífica Murales de temp. positiva Murales de temp. positiva Murales de temp. positiva Vitrinas refrigeradas

14 14 Plantas de CO2 Plantas comerciales de CO2 con condensador incorporado Rack de compresores de CO2 Plantas especiales de CO2 con condensador incorporado CO2 20kW 60kW 150kW 300kW Conjuntos de compresores semiherméticos

15 Instalación piloto R134a - CO2 en cascada 15

16 16 Plantas comerciales de R290-CO2-CO2 Características Ventiladores electrónicos Inverter en compresores Doble intercambiador de cascada Expansión por válvulas electrónicas Compresores de CO2 en paralelo en compartimento superior Compresores de R290 confinados en compartimento inferior Detección de fugas Ventilación de emergencia Válvula de seguridad de alivio a BP Doble circuito de R290 < 5kg

17 17 Sistema frigorífico de R290-CO2-CO2 Esquema de principio COMBINED CONDENSER + GAS COOLER CO2 SUBCRITICAL COMPRESSORS R290 COMPRESSORS HOT GAS BT CO2 SUCTION MT CO2 SUCTION LIQUID CO2

18 18 Sistema frigorífico de R290-CO2-CO2 Diagrama TS T (ºC) CONDENSADOR R290 CASCADA CO2 S (kj/kgk) El R290 puede condensar a más de 65ºC El R290 posee un alto efecto frigorífico Condensación de CO2 en cascada de +5 a 10ºC El desrecalentador o gas-cooler permite evacuar una parte del calor.

19 19 Sistema frigorífico de R290-CO2-CO2 Modos de funcionamiento VERANO: funcionamiento en cascada INVIERNO: funcionamiento subcrítico con condensación directa T (ºC) S (kj/kgk) T (ºC) S (kj/kgk)

20 20 Sistema frigorífico de R290-CO2-CO2 Diagrama TS - Desescarche por gas caliente a baja presión T (ºC) CONDENSADOR R290 CASCADA CO2 S (kj/kgk) En el desescarche a baja presión, el gas caliente es expandido a la presión de evaporación, y se utiliza el calor sensible para descongelar el evaporador.

21 21 Sistema frigorífico de R290-CO2-CO2 Esquema de instalación con desescarche por gas a baja presión R290 R744 R744

22 COP central + condensador 22 Horas de compresor Comparativa de eficiencia energética DX R134a - cascada CO2 CO2 booster transcrítico CO2 compresor paralelo 3.0 CO2 transcrítico con eyector 2.5 R290 - cascada CO2 doble asp. 2.0 Estrasburgo 1.5 Sevilla Temperatura ambiente ºC

23 23 Hipótesis del estudio: Potencias frigoríficas: - A temperatura positiva: 100kW - A temperatura negativa: 30 kw Temperatura de evaporación - Temperatura positiva: -8ºC (CO2), -10ºC (R134a) - Temperatura negativa: -32ºC (CO2) - Sobrecalentamiento: 10K Saltos térmicos en intercambiadores - DT1 en condensador de aire: 10K, subenfriamiento: 3K - DT2 en enfriadores de CO2 (gas cooler): 1K - DT en intercambiadores de cascada: 5K Rendimiento componentes - Rendimiento isentrópico de compresores: 60% Compresores semihernéticos - Rendimiento isentrópico de eyector: 15% Referencia: Elbel and Hrnjak (2008) Presiones de diseño - Alta presión de CO2 transcrítico: 75bar < valor óptimo < 120 bar. - Presión de recipiente de CO2 transcrítico: 40 bar Valor óptimo - Presión de recipiente de CO2 cascada: 40 bar Valor óptimo

24 24 Plantas comerciales de R290-CO2-CO2 Características de 20 a 60 kw Condensador y gas-cooler integrado Alto rendimiento, similar a sistemas transcríticos avanzados Bajas presiones: PS = 60 bar Tropicalizadas a alta temperatura Alta seguridad y fiabilidad Componentes de mercado

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26 26 Centrales de compresores de R134-CO2-CO2 Características de 50 a 150 kw R134a confinado en central R744 en circuito MT y BT Alto rendimiento, similar a sistemas transcríticos avanzados Bajas presiones: PS = 60 bar Alta seguridad y fiabilidad Componentes de mercado

27 Ejecuciones especiales Ejemplo de central de congelados de 300kW 27 Características: Refrigerante: R744 R134a Compresores CO2: 4x 4NSL30K Compresores R134a: 2x3x 6FE40Y Presión nominal de funcionamiento CO2 : 34 bar Presión de diseño PS : 55 bar Potencia frigorífica en evaporador: 354 kw (Tev = -35ºC, sh=6k, sc=5k) Potencia frigorífica compresores CO2: 4x 75 kw (Tev= -35ºC, sh= 10K) Potencia de enfriamiento de gas CO2: 70kW (Temp. enfri. 39ºC) Potencia de condensación de CO2 necesaria: 2x 180 kw (Tcd = 5ºC) Potencia frigorífica en compresores R134a: 2x 200 kw (Tev 0ºC, Tcd: 45ºC) Potencia absorbida total (compr + vent.) 220 kw COP compresores 1.50

28 28 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN Siendo natural y sincero, puedes crear una revolución sin pretenderlo. Christian Dior