Eficiencia energética en sistemas de refrigeración

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El consumo de energía es cada día mayor, pero también lo son las posibilidades de ahorro. Supervisar los elementos de un sistema, realizar mantenimientos periódicos y llevar a cabo diseños adecuados, entre las opciones más eficaces.

Redacción

Actualmente los temas del ahorro energético y la protección del medioambiente han tomado mayor fuerza debido a los altos costos en energía y al gran daño que se le está causando al planeta; por ello, se trabaja de manera ardua en leyes y procesos que impliquen el uso moderado y eficiente de la energía. Siendo la refrigeración uno de los principales sectores donde se genera gran consumo de energía, instaladores, como fabricantes y técnicos de mantenimiento deben elegir métodos que impliquen ahorro pero también eficiencia en cualquier equipo.

El ahorro en instalaciones frigoríficas se enfoca en los métodos que se aportan para producir una cantidad de frío con el menor gasto posible. A continuación se citan algunas actividades que el técnico puede llevar a cabo, según la Universidad Autónoma de Occidente.

Acciones para el uso racional de energía

  • Ubicar los equipos en el lugar más fresco del inmueble
  • No exponernerlos a los rayos del Sol
  • Colocar el termostato en posición mínima o media, pues si está en posición máxima se consume aproximadamente 50 por ciento más energía
  • No olvidar que el consumo energético de un refrigerador se incrementa con el número y la duración de la apertura de la puerta (en el caso de congeladores deben limitarse aún más las aperturas)
  • Si no se cuenta con dispositivo automático de deshielo, es conveniente evitar la acumulación del hielo (espesor menor de 5 mm) sobre la pared interna, pues ésta incrementa el consumo de energía y reduce el tiempo de vida del equipo
  • Asegurar que la puerta esté bien cerrada y los empaques estén en buen estado; el aislamiento térmico es muy importante
  • Evitar la formación de polvo en el condensador (limpiar la parte posterior)

Puntos clave para el ahorro
•  Necesidades frigoríficas
•  Diseño
•  Ajuste
•  Mantenimiento

Para reducir el gran porcentaje de energía que consume un equipo de refrigeración, el Departamento Técnico de Refrigeración Europeo sugiere actuar fundamentalmente sobre  estos cuatro puntos:

Necesidades frigoríficas: En esta fase de planificación se detallan los factores que afectan al diseño previo de la instalación frigorífica, como la eficiencia del mobiliario frigorífico, el aislamiento de las cámaras, la distancia entre los puntos por refrigerar y la zona de producción o la ubicación de la instalación (datos climáticos, posibilidades de condensación, necesidades de climatización del local, etcétera).

Diseño de la instalación frigorífica: El diseño se debe realizar teniendo en cuenta los datos de partida de las necesidades frigoríficas, la normativa vigente y las limitaciones económicas. Además de su eficiencia energética, en la elección del tipo de instalación se debe dar solución a las siguientes necesidades:

•  Facilidad de mantenimiento
•  Mínimo riesgo de averías
•  Condiciones de frío requeridas
•  Economía de la implantación
•  Plazos de amortización de la instalación
•  Expansión seca
•  Servicios individuales
•  Servicios centralizados
•  Sistemas inundados
•  Bombeo/gravedad
•  Sistemas indirectos
•  Compresión centralizada o diferenciada
•  Variantes de bombeo
•  Sistemas mixtos (frío-clima)
•  Recuperación de calor

Elección de los componentes: Una vez elegido el tipo de instalación se debe procurar que sea lo más eficiente posible. Para ello se deben seleccionar de forma adecuada todos los componentes de la instalación, haciendo un esfuerzo técnico-económico mayor cuanto mayor consumo de energía presente dicho componente.

Para la correcta elección los elementos que componen la instalación se selecciona y calcula de forma óptima para las condiciones de trabajo en las que van a funcionar.

Elementos

Refrigerante: elección adecuada para las condiciones de trabajo de la instalación
Tendidos frigoríficos: pérdidas de carga, aislamiento adecuado, evitar aceite en la instalación y facilitar su retorno
Compresor: COP, tªs de evaporación y condensación, sub-enfriamiento de líquido
Condensador: tipo, capacidad necesaria y  presión disponible
Evaporador: aprovechamiento de superficie y condiciones de trabajo
Sistemas de automatización: condensación flotante, válvulas de expansión electrónicas, variadores de velocidad en compresores y en condensadores

Ajuste de la instalación frigorífica

Para completar la instalación frigorífica y una vez ejecutada según los parámetros de diseño, se deben realizar ajustes para conseguir un óptimo rendimiento y así cumplir las expectativas de ahorro estimadas. Los parámetros de ajuste más usuales serán:

•   Sets de evaporación
•   Sets de condensación
•   Recalentamiento adecuado
•   Sub-enfriamiento de líquido
•   Número de arranques y paradas de compresores
•   Duración de los arranques y paradas de los compresores
•   Temporizaciones
•   Ajuste de los variadores de velocidad
•   Ajuste de los desescarches

Mantenimiento de la instalación
Sin un adecuado mantenimiento de la instalación frigorífica es prácticamente imposible que se alcancen los resultados de ahorro energético esperados. Por ello, se ha de realizar un mantenimiento preventivo y correctivo (cuando sea necesario), que incluya:

•  Limpieza de condensadores
•  Limpieza de evaporadores
•  Sustitución de filtros
•  Humedades en la instalación
•  Recomendaciones de colocación del producto
•  Correcciones debido a modificaciones de uso de alguna parte de la instalación

000034Comportamiento energético
Es importante que se cheque el funcionamiento de todos los componentes de los sistemas para garantizar mejor eficiencia. Debe llevarse a cabo una inspección minuciosa de la capacidad de los compresores para adaptarse a las exigencias de la carga. Además, un correcto dimensionado de los conductos de paso de líquido y gas contribuye a disminuir las pérdidas de carga y, en consecuencia, el consumo energético del sistema. La elevación de la presión de aspiración (o la temperatura de evaporación) también contribuye a disminuir el consumo por unidad de refrigeración, mientras la disminución de la temperatura de condensación hace disminuir el consumo por unidad de refrigerante.

Elementos que deben analizarse con cuidado
•  El dimensionamiento, los recorridos y la distribución de tuberías
•  La utilización de variadores de velocidad
•  El tipo de sistema de enfriamiento de aceite
•  Las etapas de compresión
•  La centralización  de sistemas
•  El refrigerante
•  La presencia de contaminantes
•  La temperatura de la carga térmica
•  Los diferenciales de temperatura
•  Caída de presión y temperatura de bulbo húmedo
•  El tipo de condensación
Fuente: Ingeniero Lisandro Salas (Refrigeración y Soluciones de Frío)

En el documento Ahorro de energía en circuitos de refrigeración, de Danfoss, se establece que desde el punto de vista del consumo de energía, lo que realmente importa es aumentar la calidad de una instalación, aumentando el frío producido y reduciendo el consumo de energía del compresor.

Para aumentar el frío producido, se debe disminuir la entalpía del líquido que se evapora, mientras que para disminuir el consumo del compresor se debe reducir la relación de compresión, mejorar los rendimientos de los motores eléctricos, modificar el proceso de compresión para que consuma menos energía o utilizar compresores con menos pérdidas mecánicas.

Además, señala que es importante utilizar materiales con baja conductividad térmica, la cual debe ser estable a lo largo del tiempo (para evitar pérdidas por envejecimiento). Las paredes y techos deben tener colores claros para evitar la acumulación de calor en la masa del aislante. La situación de los recintos refrigerados en lugares que por la orografía del terreno estén en lugares frescos, que eviten la radiación directa del sol, que estén orientados al norte, así como la creación de ambientes frescos (evitar efectos invernadero con corrientes de aire suaves) son factores que pueden reducir considerablemente las necesidades frigoríficas y la demanda energética.

Elección de refrigerantes
Sobre los refrigerantes se hace una mención especial, pues en la actualidad el uso de algunos ya no está permitido debido a su alto potencial de contaminación para el medioambiente. Por otro lado, ciertos refrigerantes naturales pueden tener inconvenientes como toxicidad, inflamabilidad o presiones elevadas.

Danfoss recomienda que a la hora de seleccionar un refrigerante se deben tener en cuenta las condiciones legales que existen en cada país, sus efectos medioambientales, como el potencial de destrucción de ozono, su potencial de calentamiento global y de efecto invernadero total, además de otros factores de seguridad, como la toxicidad y la inflamabilidad, al igual que ciertas propiedades termodinámicas, como la eficiencia volumétrica, las presiones (valores de la presión de condensación que condicionan el diseño) y la temperatura del gas de descarga. La elección del refrigerante es relativamente compleja, pues implica compromisos entre ventajas medioambientales e inconvenientes energéticos y de seguridad.

Recomendaciones
La Comisión Nacional para el Uso Eficiente de Energía señala un conjunto de recomendaciones y medidas de ahorro de energía y reducción de costos en sistemas de refrigeración:

Monitoreo de los sistemas de refrigeración
La utilización de sistemas automatizados de monitoreo sirve para rastrear el consumo de energía de los sistemas de refrigeración, así como optimizar su desempeño e identificar problemas o deterioros (como resultado de una baja carga de refrigerante). El costo del monitoreo automatizado es proporcional al tamaño del sistema de refrigeración. Se estima que con esta medida se puede reducir 3 por ciento de la energía consumida en refrigeración.

Monitoreo de la succión de filtros
Cuando los filtros de succión se tapan por remociones, aumenta su caída de presión, lo que reduce la eficiencia en el sistema. Es importante monitorear de dónde provienen las remociones del vapor retornado, porque pueden deberse a la corrosión de alguna tubería. Este monitoreo aplica, principalmente, en sistemas pequeños de expansión directa. El monitoreo de cualquier caída de presión inusual puede contribuir con ahorros de energía cercanos al 3 por ciento.

Monitoreo de la contaminación del refrigerante
Un monitoreo periódico de contaminación en los refrigerantes puede asegurar una detección temprana de problemas de operación y mantenimiento. Los ahorros de energía por la implementación de esta medida se estiman en 2 por ciento.

Aislamiento de líneas de enfriamiento y de tanques
Si las líneas de enfriamiento no están aisladas y existe una diferencia promedio significativa entre la temperatura ambiente y la de las líneas de enfriamiento, una medida costo-efectiva es aislarlas. Por otro lado, los tanques con aislamiento tienden a utilizar menos energía para la refrigeración, que los que se encuentran en un ambiente aislado debido a que sufren menores pérdidas de energía. Esta medida puede resultar en ahorros en el consumo energético, cercano al 3 por ciento.

Operación a una presión menor en el sistema
La operación de los sistemas de refrigeración a alta presión resulta en un mayor consumo de energía en los compresores y mayores pérdidas de carga. La disminución de esta presión puede reducir el uso de energía en los compresores y abatir costos de mantenimiento. Sin embargo, tanto los condensadores como los evaporadores deben operar en los niveles óptimos de presión y temperatura para asegurar su máxima eficiencia energética. Dos casos de estudio en Estados Unidos mostraron un periodo de recuperación menor a 1.5 años, asociado a la reducción de 30 por ciento de la presión de operación de los sistemas de refrigeración.

Finalmente y con el fin de tener un mayor control sobre los equipos, el técnico que opere y dé mantenimiento a los equipos siempre debe realizar un reporte de operación.

Elementos que debe contener el reporte
Generalidades
•  Fecha
•  Hora
•  Tipo de motor
•  Consumo de potencia del equipo (kW)
•  Marca
•  Temperatura del cuarto

Compresor
•  Marca
•  Presión de succión
•  Temperatura de succión
•  Presión de descarga
•  Temperatura de descarga
•  Temperatura de la línea de succión

Condensador
•  Marca
•  Fluido de enfriamiento (agua, aire, flujo másico)
•  Temperatura a la entrada
•  Temperatura a la salida

Evaporador
•  Tipo de enfriador (líquidos, aire)
•   Marca
•  Temperatura a la entrada
•  Temperatura a la salida
•  Temperatura de la línea de succión
•  Temperatura del aire atmosférico

Caso de éxito
Dado que el ahorro energético en sistemas de climatización es una prioridad en la actualidad, debido al incremento de precios en las energías tradicionales, ahora se dispone de nuevas soluciones que se adaptan a cualquier inmueble y permiten diseñar un lugar eficiente y a la vez respetuoso con el medioambiente. Tal es el caso de las compañías españolas Vaillant, Geolur y Ekoetxe, las cuales crearon un ejemplo práctico para un edificio con máximo confort y menor consumo de energía, por lo tanto, menores emisiones de CO2. Acciones que permiten minimizar los efectos de las condiciones climáticas extremas y mantienen la temperatura estable tanto en invierno como en verano.

Con el proyecto se redujo la demanda energética de un edificio en un 70 por ciento al actuar sobre:

•  Aislamiento térmico en la envolvente exterior del edificio (suelo, techo, paredes, incluyendo puertas y ventanas)
•  Sombreado exterior de los cristales para aprovechar la radiación solar en invierno y proteger el edifico durante el verano
•  Sistema de climatización por suelo  radiante (calefacción y refrigeración), que permite mantener la temperatura uniforme en todo el edificio
•  Ventilación mecánica controlada con recuperador de calor, que, además de mantener el aire interior en buenas condiciones, permite recuperar la energía del aire residual
•  Uso de un generador de alta eficiencia energética, una bomba de calor geotérmica con la cual se obtiene una reducción en el consumo de energía de más del 75 por ciento.

Fuentes de consulta:
– Comisión Nacional para el uso eficiente de Energía
– Universidad del Atlántico
– Universidad Autónoma de Occidente
– Grupo Cofrigo
– Danfoss