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Aplicaciones con CO2 en Refrigeración
Comercial
• Ibon Vadillo Rodríguez ‐ Key Account Manager• Oscar Fernández – Application Manager
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Índice Aplicaciones CO2
1 Primeros Sistemas de CO2
2 Sistema Booster
3 Variantes en los Sistemas Booster
4 Sistemas Booster con Eyector
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Sistemas con CO2
Sistemas R404a
¿CO2 Realidad o ficción?
¿Permiten el ahorro de energía?
Protocolo Kioto
F-Gas + Tasas
Evolución Tecnológica
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Sistemas con CO2
Sistemas subcríticos (Cascadas):
Central alta NH3/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 …
Distribución: Expansión Seca Bombas Circulación por “Bomba térmica”
Sistemas transcríticos:
Sistema Booster Presión de diseño Control del gas Cooler Eficiencia
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Sistemas con CO2 - Cascada
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
10 bar (-40 Deg.C)
65 bar (25 Deg.C)
Proceso de refrigeración Sub-crítico Ejemplo – 10/65 bar
Analizando el diagrama Molliere
Presiones muy altas a temperaturas ambiente normales
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
hEVAP hCOMP
COP = 1.90COP = 2.31COP = 2.28
Hay una Presión de alta óptima para un COP máximo
Analizando el diagrama Molliere
75 80 85 90 95 100 105 110 115 120Gas cooler pressure [bar]
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
Ref
riger
atin
g ca
paci
ty [k
W] a
nd C
OP
[-] COP
QE
tE = -10 °C, tSH = 10 KtGC,OUT = 35 °C
OPERATING CONDITION
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Analizando el diagrama Molliere
Hay una Presión de alta óptima para un COP máximo con cada temperatura de salida del gas-cooler
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Sistemas clásicos con CO2
Simulación realizada en 2010 sobre un supermercado con 500kW de potencia frigorífica en media temperatura y 100kW en Baja temperatura
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Subcritical CO2
Ahorros Transcritical & Subcritical CO2
Transcritical & Subcritical CO2
Subcritical CO2
POTENTIAL GLOBAL DISTRIBUTION •Melbourne -4%
•Madrid -7%
•Copenhagen 9%
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
TemperaturaPostiva
TemperaturaNegativa
GC/Cond.
BT/ LT Evap.Exp. Valve
BT/ LT Evap.
Exp. Valve
Exp. Valve
Exp. Valve
MT Evap.
MT Evap.
Circuito CO2
Gas cooler/Condensador
Separación de gas y líquido
Expansióna ‐30ºC
‐10ºC evaporación
‐30ºC evaporacion
Control del Separador con vávula CCM
Compresiónde ALTA
5
Expansióna ‐10ºC
4
Expansion ICMTS (Control alta presión – temp. gas) /
(Control subenfriamiento)
“Gas cooling”
Compresiónde BAJA
1
23
6 7
8
9
11
10
Sistema Booster de CO2 Inicial
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
• 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.
Sistema Booster de CO2 sencillo
‐10%
‐5%
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45
Consum
o de
ene
rgía re
lativ
a respecto R40
4A
Temperatura Ambiente
Sistema Booster Transcrítico comparado con R404A
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Mejoras en Sistema Booster: Recuperación de Calor y Sub-enfriador
Intercambiador Glicol 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.
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Ciclo de CO2, POSIT. (No se muestra NEG.) 95ºC
Calor al Evaporador Trabajo Compressor
Gas Cooler
Ambiente > 25 ºC
Calor al agua (ACS)Subenfr. CO2
Mejoras en Sistema Booster: Recuperación de Calor y Sub-enfriador
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Gas cooling
Separación de gas y líquido
Ciclo transcritico+ Comp. en paralelo
‐10ºC evaporación
‐30ºC evaporacion
CompresorParalelo
Compresiónde ALTA
5 4
“Gas cooling”
Compresiónde BAJA
1
23
6 7
12
9
11
10
Sistema Booster de CO2 con Comp. paralelo
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
• Mejora el rendimiento en climas cálidos.• Se reduce la capacidad volumetrica de los compresores
instalados de AT, por tanto hay una reduccion del coste inicialde la inversion (no es significativa a menos de 100 kW)
• Normalmente son rentables en potencias medias o elevadas(hipermercados). Mas de 50 sistemas
‐25%
‐20%
‐15%
‐10%
‐5%
0%
5%
25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45
Consum
ode
ene
rgiarelativ
arespecto
R404
A
Temperatura Ambiente
Compresor paralelo comparado con R404A
El punto de intersección se mueve hasta casi 38 °C
Mejoras en Sistema Booster: Compresor Paralelo
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Sistema Booster de CO2+ Comp. paralelo + Recuperación de calor y Subenfriador
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Sistema booster de CO2 con eyector
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
• 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 descarga
Entrada de flujo de aspiración
Cámara de mezcla
Difusor
Boquilla
¿Qué es un eyector?
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Funcionamiento del eyectorEl eyector usa el principio físico de que la presión disminuye cuando se aumenta la velocidad de un fluido.
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Gas cooler
evaporación
CompresoresParalelo
Compresores de Alta
5
SalidaDifusor
10
6
8
3
4
1
2
Entrada AP Eyector
7
9
45 4’
76
89
1
2
10
Entrada de aspiracion al
eyector
4’
3
SalidaCamaraMezcla
Expansion
Sgc = 35ºC
Sistema booster de CO2 con eyector
Ciclo transcrítico + Eyector
+ Comp. en paralelo
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
100%
60%60%
80%
40% 20%
100%
55%55%
100%45%
Flujo másico sin eyector ni compresor en paralelo
Flujo másico con eyector y compresor
en paralelo funcionando
100%
55%55%
45%
Flujo másico sin eyector, compresor en paralelo
funcionando
Flujos másicos en distintas situaciones
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Multi Eyectorgas
Menor consumode energía(Coste Total)
Favorececentrale mas pequeñas(Coste
Instalación)
Todos lossistemas con el
mismorefrigerane(simplicidad)
Favorece la integracionCLIMA y
recuperación de calor
1. El eyector mejorasignificativamente la eficiencia. Cuanto mas calor, mayor rendimiento.
2. Facilita la optimizacion de las centrales, reduciendo la potenciainstalada en compresores de AT.
3. Se puede instalar el mismo sistema(transcritico) en diferenteslocalizaciones sin limitaciones portemperatura exterior.
4. Facilita la integración de otrossistemas como CLIMA y Recuperacion de calor, para hacerel conjunto mas eficiente.
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Multi-eyector Danfoss
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
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.
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
• Probados en instalaciones de test desde 2013. 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.
Sistema de eyector de Gas
‐25%
‐20%
‐15%
‐10%
‐5%
0%25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45
Consum
ode
ene
rgiarelativ
arespecto
R404
A
Temperatura Ambiente
Eyector de Gas (25%‐35% efic.) comparadocon R404A
25% eficiencia eyector
35% eficiencia eyector
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Eyector + Recuperación de calor + Subenfriador / enfriamiento adiabático del aire
Subenfriador
Sistema Booster de CO2 avanzado
Eyector
Recuperación de calor
El uso de eyectores permitirá instalar centrales de CO2 transcríticas en climas cálidos sin la necesidad de usar un subenfriador.
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
• 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).
Sistema de eyector de Líquido
‐40%
‐35%
‐30%
‐25%
‐20%
‐15%
‐10%
‐5%
0%25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45
Consum
o relativ
o de
ene
rgia re
specto a R40
4A
Temperatura Ambiente
Eyector de gas liquido (alta y baja) comparado con R404A
25% eficiencia eyector
35% eficiencia eyector
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Resumen de EficienciasSistemaComparación hecha a +44 °C
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
SistemaComparacion 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%
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
70%
80%
90%
100%
110%
120%
130%
140%
150%
0 50 100 150 200 250 300Capacidad [kW]
Booster pack [%]
Parallel compressionpack [%]
Gas ejector pack [%]
Gas and liq ejector pack[%]
Comparativa de precios de centrales
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
• 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.
Conclusiones
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CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN