Historia do proxecto. Xustificación

 

• Esta idea nace dada a situación actual do sector da refrixeración no que se está sufrindo un desabastecemento de gases refrixerantes tradicionais na última década, e unha transición no uso de sustancias refrixerantes que afecta en gran medida ás instalacións e polo tanto ao sector empresarial relacionado.

  As limitacións existentes hoxe en día nas novas instalacións de refrixeración cos refrixerantes actuais usados son:

  • Altos valores de impacto medio-ambiental no que respecta ao efecto invernadoiro.

  • Altas posibilidades de que antes da finalización da vida útil da instalación, o refrixerante usado non estea dispoñible e aínda que haberá fluídos substitutivos; estes non terán un percorrido amplo no mercado e polo tanto non presentarán confianza no seu uso ás empresas instaladoras e mantedoras ao ser sustancias cun alto deslizamento o cal acarrea un feixe de problemas técnicos.

  • Os fabricantes de refrixerantes están indo cara a sustancias con futura clasificación de “lixeiramente inflamables” e inda que é previsible unha suavización da lexislación para o seu uso en cámaras frigoríficas (basamonos no 9º borrador do RSF) os riscos habera que asumilos tecnicamente.

  • Os custos económicos de funcionamento e do refrixerante, das instalacións actuais é alto e mellorable; representando na actualidade, cos refrixerantes utilizados, un custo importante para os clientes de instalacións de refrixeración.

  En pequenos equipos frigoríficos a tendencia, na última década, é a cargar hidrocarburos os cales presentan baixo impacto medio-ambiental e boa eficiencia. Sendo esta unha solución que en instalacións de media potencia, con maiores cargas de refrixerante, implica riscos de seguridade e non se está abordando salvo en equipos de climatización aire-auga onde os riscos na instalación se ven reducidos a unidade exterior co que son asumibles. Véxase algún exemplo en fabricantes Alemáns e algunhas patentes xa de fabricantes nacionais.

  En instalacións de conxelación o uso de hidrocarburos sumado a fluídos secundarios de moi baixo punto de conxelación cumpriría as limitacións normativas en Europa e España.

  Simulacións desenvolvidas con software ceibe mostran unha eficiencia semellante empregando hidrocarburos en ciclos frigoríficos para equipos de conxelación fronte a circuítos convencionais cos refrixerantes usados na actualidade de alto impacto medioambiental e con tendencia a desaparecer polo seu impacto invernadoiro.

  Ante esta análise numérica abriase a necesidade de xustificar esta solución técnica mediante procesos experimentais comparados ao usar no equipo frigorífico con hidrocarburos un circuíto secundario para cumprir a normativa en cuanto a seguridade.

  Estas melloras proporcionan a vantaxe competitiva en tres aspectos:

  1. Dispoñibilidade do refrixerante e custo.

  2. Aforro económico na montaxe e funcionamento da instalación.

  3. Contribución a protección médio-ambiental coa produción menor de CO2 medida en dúas variables:

  • PQA100 (Poder de quentamento atmosférico a 100 anos) dos hidrocarburos fronte aos refrixerantes actuais.

  • TEWI das instalacións de cámaras de conxelación durante a súa vida útil que avistaría uns resultados menores.

  As normativas limitan xa na actualidade o uso de certos refrixerantes:

  • Prohibindo o uso de sustancias refrixerantes con PQA100 (Poder de quentamento atmosférico a 100 anos) superior a 2500 a partir do 2020 en cámaras frigoríficas sendo estas as sustancias usadas maioritariamente aínda a día de hoxe.

  • Limitación progresiva en cámaras frigoríficas de sustancias con PQA100 (Poder de quentamento atmosférico a 100 anos) superior a 1500.

  O proxecto consistiu en duas liñas de investigación que seguiron os seguintes pasos:

  1.- Desenrolo dunha cámara frigoríficas con unidade exterior con hidrocarburos como refrixerante transportando a enerxía frigorífica o interior da cámara a través de fluído secundario cumprindo tódalas normativas e condicións de seguridade das normativas actuais para comprobar a súa eficiencia fronte os equipos de cámaras frigoríficas de conxelación con refrixerante tradicional a día de hoxe (R-507A).

  Ten cabida os hidrocarburos como fluídos frigoríficos ao ser uns equipos onde os riscos practicamente non existen montando todo o circuíto frigorífico no exterior. Inda así realizarase coas adaptacións e comprobacións necesarias de seguridade para o seu uso seguro. O fluído de transporte da enerxía frigorífica ao interior da cámara é mediante novas sustancias a base de acetato e formato potásico aproveitando o proxecto para testear a súa validez e eficiencia o non ter percorrido no mercado. Forzaronse fugas do hidrocarburo para analizar se as medidas de seguridade adoptadas responden adecuadamente anulando riscos.

  2.- En expansión directa preparouse unha camara e a sua equipación para poder traballar en expansión directa con hidrocarburos ou refrixerantes tradicionais. Puxose a traballar sobre unha cámara buscando a temperatura máis significativa para conservación de produtos conxelados de -18ºC cargando primeiro R-507A e despois R-290; obtendo os resultados analizados neste documento.

Avaliación do proxecto

Realízase a valoración das diferentes actividades levadas a cabo, mediante os indicadores establecidos no proxecto inicial.

Neste apartado expóñense os resultados obtidos das probas iniciais realizadas ata agora.

Este é o paso previo a obter conclusións. Exporanse as características básicas das máquinas, nas cales radican as súas principais diferenzas, e despois expóñense diversos tipos de resultados obtidos.

Buscamos obter -18ºC nunha cámara frigorífica. Tódolos equipos son de compresión en simple etapa.

O resultados que se expoñen abranguen os seguintes campos:

• Resultados de instalacións.

• Resultados de consumo enerxético acumulado do prototipo 1 (expansión directa)

• Resultados sobre implicacións do efecto medioambiental que as instalacións xeran.

Resultados de instalacións

A continuación noméanse as peculiaridades actuáis nas que se atopan os distintos elementos obxecto deste proxecto remitindo o apartado “resultados do proxecto” para profundizar nalguna parte das instalacións a través de planos, esquemas de principio…

En expansión directa (prototipo 1) adaptouse unha cámara ca sua equipación para que poidera traballar con distintos refrixerantes incorporandolle as medidas de seguridad necesarias se estos fosen hidrocarburos.

Aproveitando a montaxe incorporouselle un sistema de desxeo experimental con recuperación de calor que obtivo unhos resultados fenomenais.

Montouse unha unidade para traballar con fluido secundario incorporandolle, asi mesmo, un sistema de desxeo dos mais eficientes posibeis (prototipo 2).

Nos datos obtidos nas primeiras probas detectouse que era necesario aumentar o orificio da válvula de expansión electrónica para conseguir unha mellora na eficiencia.

Así mesmo montouse e configurouse todo o sistema de adquisición de datos que permitiría obter resultados testables nas duas instalacións.

Resultados de consumo enerxético acumulado do prototipo 1 (expansión directa)

Buscabase obter -18ºC nunha cámara frigorífica con equipo de compresión en simple etapa. Primeiro cargouse con refrixerante R-507A sendo, inda a dia de hoxe, a referencia no sector. Axustouse o equipo e unha vez feito deixouse recuperar temperatura a cámara poñendoa a funcionar a continuación durante 24h rexistrando datos.

escargouse de refrixerante e repetiuse o proceso para o R-290.

Unha vez tidos os datos, ver arquivos adxuntos, analizaronse e chegouse a conclusión de que respecto ao consumo obsérvase que os resultados amosan que a instalación de R-290 presenta un consumo dun 11% menos que a instalación de R-507A.

Resultados sobre o efecto medioambiental das instalacións

Os valores de impacto sobre a muda climática global, son os referidos ao de contribución ao efecto invernadoiro. Estes valores, para o R-290 e para o R-507A son obtidos do IF2 do RSF.

Pódese establecer que unha instalación do tipo das analizadas posúe, perfectamente, unha vida útil de 15 anos.

Dada a actual normativa sobre instalacións frigoríficas en vigor desde 2011, e levando a cabo un cumprimento razoable da mesma, pódese establecer unha porcentaxe de recuperación de refrixerante no desmantelamento das instalacións, unha vez rematada a súa vida útil, dun 95%.

Pódese establecer que as perdas por fugas dos circuítos ao redor do 12% da carga total.

O factor "β" de equivalente de produción de CO₂ por kWh eléctrico consumido, será tomado o do ano 2017 na península, de valor: 0,392 kgCO₂/kWh.

A carga de refrixerante do prototipo 1 foi de 1,5 kg para o R-507A e de 1kg para o R-290.

Respecto ao impacto medio ambiental sobre a muda climática obsérvase que os resultados amosan que a instalación de R-290 presenta unhas emisións de CO2 á atmosfera dun 30% menos que a instalación de R-507A. O impacto é proporcional ás emisións de dióxido de carbono, polo que a menor porcentaxe no impacto é a mesma que a das emisións.

 

Conclusións.

De todo o proceso desenvolvido así como dos datos obtidos, pódense obter unha sucesión de conclusións relevantes respecto a diferentes aspectos do traballo proposto:

 

Respecto ao contraste entre as instalacións en expansión directa:

• • • A eficiencia enerxética TEORICAMENTE dunha instalación con R-290 sobre as actuais con R-507A é un 11,06% mellor, na práctica nos atopamos nas primeiras probas PARA A MESMA INSTALACIÓN cunha mellora do 11,11%.

    • Valor TEWI de impacto medioambiental de muda climática é na instalación de R-290 do 30% inferior a da instalación de R-507A.

    • O custo anual de enerxía consumida pola máquinaria usando o R-290 en vez do R-507A poderemos, polo tanto nun 11,11% de aforro.

    • O custo de instalación dunha cámara con R-290 frente o R-507A é equiparábel simplemente lle sumaríamos o custo da seguridade de detección de fuga do hidrocarburo; e seria FUNDAMENTAL QUE AS MEDIDAS DE SEGURIDADE IMPLEMENTADAS NA INSTALACION DE R-290 ESTIVERAN COTEXADAS E PROBADAS CADA CERTO TEMPO.

 

Respecto a instalación con fluído secundario para o transporte do frio o interior da cámara

• • • Solventa todolos problemas de seguridade que temos na opción de expansión directa con R-290 no interior da cámara.

    • Os intercambiadores de placas soldadas responden moi ben e reducen a carga de R-290 con respecto a expansión directa para a mesma potencia de instalación.

    • O baixar a temperatura do fluido secundario (por debaixo de -16ºC) a sua viscosidade aumenta e require bombas de maior potencia que en ningún caso superan non 11% de aforro de usar R-290 a usar R-507A co que é unha opción totalmente factible.

    • A aprobación inminente do novo regulamento de plantas e instalacions frigoríficas incorpora a este tipo de instalacions unhos novos refrixerantes clasificados como lixeiramente inflamabeis sendo a aposta da maioria de fabricantes do sector vista na ultima feira celebrada en Madrid a finais de febrero do 2019; co uso de fluidos secundarios en cargas importantes para disminuir riscos; co que recurrir directamente os hidrocarburos que presentan maior rendemento e unha opción real para o sector.

Liñas futuras de investigación

   

Pasan por tres camiños:

1. Mellora das propias instalacións; con mais probas e sobre todo con cambios na montaxe do prototipo 2 con variación de velocidade e bombas multirrotor.

2. Dar o salto a unha montaxe máis complexa usando R-600a (isobutano) como refrixerante; o cal requeriría o uso dunha tecnoloxía de dobre ou triple etapa de compresión pero que os estudos teóricos auguran de maior eficiencia neste tipo de equipos e xa con experiencia adquirida no centro ao usarse dita tecnoloxía innovadora nunha cámara frigorífica en funcionamento dende 2014.

3. Intentar presentar, para obter financiación, proxectos de innovación usando o CO2 o cal resolvería os problemas de seguridade inda que ca complicación tecnoloxica correspondente; sendo con toda probabilidade a mezcla entre hidrocarburos e CO2 a solución mais eficiente e segura nun futuro próximo para as cámaras de conxelación.