La eficiencia energética juega un papel preponderante en esta clase de sectores.
por Rafael H Rau V.*
En estudio realizado se muestra que los sistemas de CO2 Transcríticos y Subcríticos, mejorados, pueden alcanzar eficiencias energéticas, y, costo de vida y costo final a los usuarios superiores a soluciones con otros refrigerantes comúnmente utilizados en estas aplicaciones.
La comparación de eficiencia se realizó utilizando con base al clima específico de la locación, con registro de 20 años, y, el análisis del clima de los últimos 10 años, dado la influencia del cambio climático actual.
El estudio analiza la huella de carbono de todos los sistemas propuestos, en una base de 20 años.
Los costos de equipos e instalaciones están acorde a las experiencias previas en proyectos de similar capacidad.
Los referentes de inflación e intereses se han obtenido de las publicaciones del Banco Central.
La carga térmica para los sistemas es de
- Sistema de Baja Temperatura; 47 kW a -30ºC temperatura de evaporación, SST
- Sistema de Media Temperatura; 195 kW a -8ºC temperatura de evaporación, SST
Para efectos de la temperatura de condensación sea analizó el clima, para determinar las temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo, máximas en los últimos 20 años, expresadas en un periodo de un año de 8.760 horas.
El sistema de R744 (CO2) utilizará, de acuerdo con el clima, un condensador evaporativo adiabático, para trabajar en una condición subcrítica; una de las herramientas de mejoras utilizada en este ciclo.
Los sistemas con Refrigerantes: R448a, R404a, utilizarán, de acuerdo con la práctica común, en esta comparación, condensadores enfriados por aire. Una mejora posterior puede ser realizada, haciendo uso del mismo tipo de condensador utilizado para el R744 (CO2).
El clima para locación, temperaturas máximas de bulbo seco y bulbo húmedo, en grados Celsius, para un registro de 20 años, son los siguientes:
Gráfica 1A
Gráfica 1B
De acuerdo con el clima, los sistemas con R744 serán operados en condiciones subcríticas con condensadores evaporativos adiabáticos.
Para los sistemas con R404a y R449a se utilizan condensadores enfriados por aire.
Los compresores por utilizar en los sistemas, sus capacidades, y, consumo de energía se detallan en la siguiente tabla:
Tabla 1.
Los sistemas con refrigerantes R404a, y R449a son sistemas convencionales y comparten un condensador.
Para ser competitivo, el sistema con R744 (CO2) debe integrar las tecnologías que mejoran su eficiencia, pero que al mismo tiempo incrementan el costo del sistema, en la grafica a continuación, la descripción del sistema:
Gráfica 2.
Diagrama presión – entalpia
Gráfica 3.
Tabla del diagrama de presión – entalpia
Tabla 2.
El análisis BIN, para los tres sistemas, 8760 horas al año, factor de simultaneidad de 0.82, arroja los siguientes, demanda de energía anual, incluyendo los condensadores.
Tabla 3.
El costo inicial, instalación, mantenimiento, y, los costos de operación son evaluados a valor presente, para una vida útil de 15 años, y una tasa efectiva de interés interanual del 0.49%.
Tabla 4
Los costos totales al propietario, que incluyen la demanda de energía, consumo de agua, asistencia de servicio externo, mantenimiento, e incluida la amortización, son los siguientes:
Tabla 5.
La huella de carbono de los tres sistemas, para la locación especifica y sus actuales estándares de conversión, la estadística conocida acumulada de fugas, la carga de refrigerante inicial y recargas se evalúa de acuerdo con las ultima data para estos refrigerantes, para un periodo de 20 años.
Tabla 6.
El Sistema de Refrigeración de R744, representa, para estas condiciones, la mejor opción.
Para que esto fuese posible es necesario utilizar las herramientas que la termodinámica nos proporciona, hacer uso correcto de ellas a partir del estudio de clima de la hidrografía de la locación, dos recursos son básicos para esto; agua y energía.
En general los sistemas de refrigeración con R744, para que su eficiencia y costos sean competitivos, se requiere de una análisis integrado, de mayor profundidad, este tipo de sistema no será más eficiente por si mismo, el diseñador establecerá esta diferencia.
Por otra parte, se trata de un refrigerante natural, que perdurara en el tiempo; aún se pueden incorporar mejoras al sistema, de igual forma los Refrigerantes R404a y R449a, pueden incorporar, por ejemplo, el mismo tipo de condensador utilizado para R744, y en el presente estudio se ha utilizado un subenfriamiento del líquido a la salida del condensador equivalente a 15ºC, para estos refrigerantes.
La importante reducción de la huella de carbono es otra de las variables a considerar en cuanto a la toma de decisiones en consonancia, con los estudios recientes de los efectos del calentamiento global a corto plazo, la huella de carbono ha sido calculada para su efecto en 20 años, practica propuesta recientemente por los organismos responsables del área.
* Rafael H Rau V. Refrigeration and Consulting Engineers, S.A. [email protected]efrigeration-consulting.com
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