Caracterización experimental del funcionamiento de un ... · Caracterización experimental del funcionamiento de un expositor horizontal estático de baja temperatura usando refrigerantes

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Caracterización experimental del funcionamiento de un expositor horizontal

estático de baja temperatura usando refrigerantes con un PCA<150.Javier Blanco Castro, Ph.D (Director técnico)

Ing. José Díaz Suarez, (Dpto I+D+i)

Índice

1 Introducción

2

Resultados Experimentales

4 Conclusiones

3

Procedimiento Experimental

Efecto de la carga de refrigerante3.1

Influencia de la temperatura de regulación3.2

Drop-in directo con refrigerantes de PCA<1503.3

R507A

R404A

R452A

R407A

R410A

R22

R407F

R407C

R134a

R449A

R448A

R513A

R450A

R454A

R454C

R455A

R290

R744

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

GWP100 años

Ref

riger

ante

s [-]

Anexo III: Prohibiciones de comercialización

Frigoríficos y congeladores (…) para uso comercial (sistemas herméticamente sellados):que contienen HFC con un PCA ≥ 2500 >>>>>>> 01/01/2020que contienen HFC con un PCA ≥ 150 >>>>>>> 01/01/2022

Reglamento UE sobre Gases Fluorados Fgas (UE 517/2014).

Frost-trol fabrica (desde 2017) todaslas unidades enchufables con R290:en baja temperatura utilizamostecnología de variación de capacidad(inverter)

Introducción

Euroshop 2008

Introducción

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 101,00

1,04

1,08

1,12

1,16

1,20

1,24

R-290 R-454C R-454A

CO

P_re

l (%

rela

tivo

al R

404A

) [-]

Refrigerante [-]

Figura 1: Comparativa teórica de la variación teórica del COP en función de la temperatura de evaporación para refrigerantes con PCA<300 con respecto al R‐404A

Estudios de calorimetría realizados por Embraco [1] sobre el comportamiento de un compresor con diferentesrefrigerantes, R‐404A, R‐455A y R‐454C con respecto al R‐290 muestran que en media temperatura (‐10ºC/+45ºC), el COPdel R‐290 es un 12% superior con respecto al R‐404A, y entre el 6‐4% con respecto al R‐454C y R‐455A, respectivamente. Elcomportamiento del R‐290 está asociado con una importante pérdida de su capacidad frigorífica con respecto a losrefrigerantes ensayados, entorno al 12% con respecto al R‐404A y del 8% con respecto al R‐454C para unsobrecalentamiento del 22,2ºC. La capacidad frigorífica del R‐455A es similar al R‐404A en estas condiciones de trabajo.

Los resultados teóricos indican que con R290 se obtiene un incremento del COP entre 12-20% con respecto al R-404A y del 8-10% con respecto al R-454A y R-454C, respectivamente.

CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN

Figura 3: Representación esquemática de la posición de un expositor vertical dentro de la sala de pruebas. a) posicionamiento del expositor e identificación de la dirección del aire. (Fuente: Normativa UNE‐ISO 23953, 2015)


Figura 3.1: Sección transversal del expositor empleado para realizar los estudios de caracterización


Figura 3: Representación esquemática de la posición de un expositor vertical dentro de la sala de pruebas. a) posicionamiento del expositor e identificación de la dirección del aire. (Fuente: Normativa UNE‐ISO 23953, 2015)

0 4 8 12 16 20 2423

24

25

26

27

28

29

30

20

30

40

50

60

70

80

Hum

edad

Rel

ativ

a [%

]

Tem

pera

tura

sal

a [°C

]

Tiempo [h]

T.ROOM HR.ROOM

Figura 2: Variación de las condiciones climáticas (temperatura ambiente y humedad relativa) en el interior de la sala de ensayo durante el proceso de caracterización de un expositor horizontal en función del tiempo.



Efecto de la carga de refrigerante (R‐290) sobre el COP y la energía consumida por el compresor.

8

9

10

11

12

13

14

0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,42,4

2,6

2,8

3,0

3,2

3,4

3,6

3,8 COP

CO

P [-]

Carga de refrigerante [%]

Ene

rgía

[kW

h/di

a]

Energía

Figura 4: Variación del COP y la energía consumida por el compresor en función de la carga de refrigerante.Figura 4: Variación del COP y la energía consumida por el compresor en función de la carga de refrigerante.


Mejor ‘COP’

Aumento de carga= deterioro del COP (aprox. del 28%)

Deterioro del “COP”

Aumento de carga= incremento temperatura descarga



-40

-38

-36

-34

-32

-30

-28

-26

-24

-22

-20

-18

-16

0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,480

82

84

86

88

90

92 Temp_out_compresor

Tem

pera

tura

_out

_com

pres

or [º

]


Tem

pera

tura

_out

_mue

ble

[ºC]

Temp_out_mueble

Figura 5: Variación de la temperatura de descarga del compresor y la temperatura de salida del mueble en función de la carga de

refrigerante.

Efecto de la carga de refrigerante (R‐290) sobre la temperatura de descarga y salida el mueble.

Aumento de carga=temperatura de salida

entre ‐36ºC/‐38ºC

Riesgo de funcionamiento

Para una carga de refrigerante inferior a140g, la temperatura de salida delrefrigerante en el evaporador esta próxima a‐28ºC. Si tenemos en cuenta que el mueblefunciona estáticamente, estaríamos en ellímite entre la carga de refrigerante optimaque requiere el mueble y la carga térmicapara la cual está diseñado el mismo, enfunción de su volumen; siempre y cuandofijemos como objetivo de diseño mantenerel producto dentro de la clase 3L1.



-30

-28

-26

-24

-22

0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4-38,0

-37,6

-37,2

-36,8

-36,4

-36,0

-35,6

-35,2

-34,8

-34,4

-34,0 Temp_min_producto

Tem

pera

tura

_mín

ima_

prod

ucto

[º]


Tem

pera

tura

_med

ia_p

rodu

cto

[ºC]

Temp_media_producto

Figura 6: Variación de la temperatura de producto en función de la carga de refrigerante.

Efecto de la carga de refrigerante (R‐290) sobre la temperatura de producto.

Mejor ‘tempProducto’

Con una carga=140g; la temperatura media de producto

esta en ‐29ºC.

Clase de Producto: 3L1


Variación de la energía consumida por el compresor y la temperatura mínima de producto en función de la temperatura de regulación.

Figura 7: Variación de la energía consumida por el compresor en función de la temperatura de regulación del mueble.

-23ºC -22ºC -21ºC -20ºC0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Carga=150grms

Ener

gía_

cons

_com

pres

or [k

Wh/

día]

Temperatura de regulación [ºC]


….la energía consumida por el compresorvaría significativamente en función de latemperatura de regulación. Si disminuimos latemperatura de regulación del mueble, seobtienen temperaturas de producto inferiorespero se incrementaría el consumo delcompresor un 10% por grado de regulación.



Variación de la temperatura mínima/máxima de producto en función de la temperatura de regulación.

-23ºC -22ºC -21ºC -20ºC-36

-35

-34

-33

-32

-31

-30

Carga=150grms

tem

p_m

in_p

rodu

cto

[ºC]


Figura 8: Variación de la temperatura mínima de producto en función de la temperatura de regulación del mueble.

Cuanto más bajo regulamos el punto de consigna seobtendrían las menores temperaturas de producto; sinembargo, este criterio de regulación afectaproporcionalmente a la temperatura de losproductos durante el período de desescarche y alconsumo energético del expositor (ver figura 9).Este comportamiento está asociado con una mayoracumulación de hielo en el evaporador y porconsiguiente, un mayor tiempo de deshielo en el mismohasta alcanzar la temperatura de final de desescarcheestablecida.



Variación de la temperatura mínima/máxima de producto en función de la temperatura de regulación.

Figura 9: Variación de la temperatura máxima de producto en función de la temperatura de regulación del mueble.

-23ºC -22ºC -21ºC -20ºC-24

-22

-20

-18

-16

-14

Carga=150grms

Tem

pera

tura

Máx

ima

Prod

ucto

[°C

]


Correcto ajuste desde el punto de vistade temperatura de producto y consumode energía del expositor encondiciones de clase climática 3L1.(-18ºC/-15ºC).


Drop-in con refrigerantes de PCA<150

Figura 10: Variación del energía consumida y la temperatura de descarga por el compresor: “drop‐in” directo con refrigerantes de bajo PCA<150.

R290 R455A R454C0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

Ener

gía_

cons

_com

p_re

l [kW

h/dí

a]

Refrigerantes [-]


..con R-455A se obtiene entre 1-3% más de consumode energía con respecto al R-454C; mientras que conrespecto al R-290 el consumo de energía es muysuperior, alrededor del 36%. Los buenos resultadosde eficiencia que se obtienen con R-290 estánasociados con una pérdida de capacidad frigoríficacon respecto a los refrigerantes estudiados.


Drop-in con refrigerantes de PCA<150

Figura 10: Variación de la temperatura de descarga por el compresor: “drop‐in” directo con refrigerantes de bajo PCA<150.


.. si analizamos el comportamiento del ciclotermodinámico se observa que la temperatura dedescarga es muy superior con R-455A con respectoa los refrigerantes estudiados, entre un 11-13% conrespecto al R-454C y un 28% con respecto al R-290,respectivamente. Las elevadas temperaturas dedescarga, afectarían la fiabilidad del compresor.

R290 R455A R454C0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

tDes

carg

a_re

l [ºC

]

Refrigerantes [-]

Desde el punto de vista energético, los estudiosrealizados con otras longitudes de capilares nosconfirman que si ajustamos la longitud del mismo esposible obtener resultados completamente diferentes.Para una longitud de capilar menor, el R-455Aconsume un 11% más con respecto R-290, peroeste pierde un 7% de COP con respecto al R-455A.Para ese diseño de capilar, el R-454C aproxima sucomportamiento al R-290.


La eficiencia de un expositor horizontal estático de baja temperatura diseñado para trabajarcon propano (R290) ha sido caracterizada variando la carga de refrigerante y la temperaturade regulación del mueble. Los resultados obtenidos indican que para el volumen del expositorinvestigado, con una carga de refrigerante entre 140‐150g se garantiza una temperatura deconservación de los productos dentro del rango 3L1 con una temperatura de regulación de ‐21ºC. Un incremento de la carga provocaría un paulatino deterioro del consumo de energíadel compresor y por ende, del COP del sistema.

Por otra parte, al realizar un “drop‐in” directo con R‐455A y/o R‐454C, se observó que elconsumo de energía del compresor se incrementa un 33% con R‐454C y un 36% con R‐455A,respectivamente. Este comportamiento indica que se requiere un proceso de optimizacióndel capilar para mejorar el funcionamiento del expositor con estos refrigerantes

Conclusiones

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GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Ice Creams Chest Freezer

Manufacturer Frost-trol, SAChest Freezer volume: 0,66 m3Length: 2070 mtrs

Compressor: EmbracoInventer Model VNEU217U

Carel Control: ir33 FMC ModelExpansion Device: Capillar tubeDefrost type: electrical defrost (1 per day)Refrigerant: R290

Charge: 150 grms

Test Climate Class L1 at at 25ºC and 60% HRTest results: Satisfactory Total energy consumption: (TEC=8,23 kWh/day)ATEX Compliance: Satisfactory

Report: GE16‐0001289‐01.pdf

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