Junio 2010

Ahorro de energa en supermercados.

Indice:

1. El ahorro energtico hoy.

2. Ahorro energtico en supermercados.

2.1. PECOFLOT: condensacin flotante.

2.2. Variadores de frecuencia (INVERTER).

2.3. Vlvulas de expansin electrnica

2.4. Diseo frigorfico de la instalacin.

2.5. Seleccin de mobiliario frigorfico.

2.6. Control del sistema de refrigeracin.

3. Conclusiones.

1.- El ahorro energtico hoy.

En la actualidad, el clebre primer principio de la fsica termodinmica: La energa no se crea ni se destruye, slo se transforma puede reformularse desde un punto de vista econmico en La energa no se crea ni se destruye, pero se agota y se consume.

Slo hace falta echar un vistazo a los titulares econmicos de los medios de comunicacin para comprender la importancia que juega la energa, producida en su mayora por el uso de combustibles fsiles en proceso de agotamiento, en nuestras vidas y cmo afecta al conjunto de la economa globalizada.

Por otro lado, la creciente conciencia ecolgica, con sus intereses econmicos asociados, ha llevado a la comunidad internacional al establecimiento y desarrollo de leyes, lase Protocolo de Kyoto, que van a poner en aprietos a los gobiernos de todos los pases para su cumplimiento.

Hasta la actualidad, la voluntad de ahorro energtico por parte de una empresa conduca a elevadas inversiones econmica con largos retornos de inversin. La evolucin tecnolgica junto con los antecedentes antes expuestos ha cambiado radicalmente el panorama.

Hoy es posible realizar porcentajes nada desdeables de ahorro energtico con una mnima inversin y con retornos de inversin casi inmediatos desde el punto de vista econmico. Adems, el tiempo juega a nuestro favor, ya que las polticas de ahorro energtico desplegadas por los Gobiernos para lograr el cumplimiento del Protocolo de Kyoto permiten acceder en muchos casos a ayudas econmicas en forma de subvenciones.

Sin olvidar que hoy en da el marketing permite convertir una poltica de ahorro de energa, por tanto ecolgica, en una ventaja competitiva en el difcil mercado actual. Una herramienta de venta que revierte en un mayor beneficio econmico y, por tanto, en un menor periodo de retorno de la inversin econmica, as como en una mejora de la imagen corporativa de la sociedad que la implementa, lo cual es un activo intangible que tampoco puede ser desdeado.

2.- Ahorro energtico en supermercados.

De forma especfica, existen unas tecnologas ms adaptadas para el ahorro energtico en supermercados que pasamos a analizar de forma pormenorizada.

2.1.- PECOFLOT: condensacin flotante.

El potencial de ahorro del sistema PECOFLOT basado en la condensacin flotante se ha demostrado durante los ltimos 3 aos en ms de 500 instalaciones funcionando en la actualidad con este sistema.

El principio de funcionamiento es sencillo, ahorramos cuando la temperatura exterior baja respecto de la temperatura exterior de proyecto (que corresponde a la temperatura de un da tipo de verano), lo cual permite una sencilla y barata implementacin.

El sistema PECOFLOT puede utilizarse en instalaciones nuevas y existentes sin ninguna modificacin en los equipos / centrales frigorficas. Las modificaciones se realizan solamente en el cuadro elctrico de control, donde un algoritmo inteligente controla los niveles de condensacin ms bajos en funcin de las condiciones exteriores y de funcionamiento.

El algoritmo PECOFLOT permite conservar las vlvulas de expansin termostticas clsicas. En este caso la inversin inicial para instalar el sistema PECOFLOT es prcticamente nula, y el retorno de la inversin, por tanto, inmediato.

No obstante, el sistema PECOFLOT puede ampliarse y mejorarse con el uso de vlvulas de expansin electrnicas, variadores de frecuencia, etc... Estos sistemas complementarios los desarrollaremos en los puntos siguientes.

Por este motivo, el sistema PECOFLOT es un sistema abierto, esto es, que puede ampliarse a nuevas tecnologas porque funciona con las centrales frigorficas estndar. De esta forma, el PECOFLOT podr ir incorporando progresivamente nuevas mejoras, con lo que la inversin puede realizarse de una forma paulatina.

Por otro lado, el sistema PECOFLOT tiene otros efectos tambin muy interesantes, tales como:

-Reduccin de las horas de funcionamiento de la maquinaria, con lo que se alarga su vida til.

-Reduccin del nivel sonoro de las instalaciones, sobre todo por las noches con lo que hay menos molestias a los vecinos.

-Disminucin del tiempo de recuperacin de temperaturas de los servicios frigorficos despus de los desescarches.

Fig1: Valores comparativos de funcionamiento de una instalacin con sistema PECOFLOT vs. Instalacin convencional.

El ahorro energtico directo generado por el uso del sistema PECOFLOT es de entre el 20 y 30 % medio anual, dependiendo de la zona geogrfica y las temperaturas anuales que se produzcan.

CENTRAL POSITIVA

-30-20-10

01020304050

FECHA

TEM

P.Temp. Ext C Po C Pc C

6/12/2005 20/12/2013/12/20CONTROL PECOFLOTTemp.Ext.Media: 8,95CPc Media: 20,29CPo Media: -7,99C

CONTROL ELIWELLTemp.Ext.Media: 9,63CPc Media: 30,20CPo Media: -9,82C

2.2.- Variadores de frecuencia (INVERTER).

En el uso de los variadores de frecuencia (ver tambin estudio del programa REVEM del Ministerio de Industria, 1997), cabe distinguir su aplicacin en las instalaciones frigorficas a 2 tipos de mquinas:

- Compresores frigorficos (mquinas de par constante). (fig.2)

- Ventiladores / turbinas de condensador (maquinas de par variable).(fig.3)

2.2.1.- Variadores de frecuencia en compresores frigorficos.

El uso de variadores de frecuencia en compresores frigorficos tiene 2 motivos:

- La regulacin de capacidad de los compresores es ms precisa, contnua y fiable.

- El ahorro energtico generado por la mejora de consumo que tiene la regulacin va variador respecto de la regulacin de capacidad mecnica. Tambin se produce un ahorro energtico por la disminucin del consumo en los arranques de los motores, ya que el variador de frecuencia incorpora la funcin de un arranque suave electrnico.

020406080

100120140

0 20 40 60 80Hz

Potencia abs.

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80Hz

Par terico

020406080

100120140160

0 10 20 30 40 50 60 70Hz

Par terico

12,5

0

50

100

150

200

0 10 20 30 40 50 60 70Hz

Potencia abs.

Tambin se produce ahorro energtico por el hecho de que la regulacin con variador permite aumentar la temperatura de evaporacin.

Por otro lado, el uso de un variador de frecuencia en un compresor permite aumentar su potencia frigorfica un 20% debido a que puede aumentarse la velocidad del compresor un 20% respecto de la velocidad nominal, debido a que pueden alcanzarse frecuencias de funcionamiento de 60 Hz incluso con redes elctricas de 50 Hz. Este planteamiento deriva en 2 posibles soluciones:

- un variador de frecuencia para un solo compresor de una central frigorfica de varios compresores.

- Un variador de frecuencia para cada compresor de una central frigorfica.

Desde el punto de vista del ahorro energtico la 2 solucin es la ptima, pero desde el punto de vista econmico requiere una inversin mayor.

Existe una solucin intermedia, que consistira en el uso de un solo variador que va rotando de compresor, de tal manera, que todos los compresores arrancan con variador y regulan con variador. Esta solucin es la ptima desde el punto de vista econmico y energtico.

El ahorro energtico por cada compresor con variador de frecuencia es de un 4-5% anual.

2.2.2.- Variadores de frecuencia en ventiladores y turbinas de condensador.

Los ventiladores y turbinas usados en los condensadores por aire son mquinas de par cuadrtico. Tal como se observa en las grficas anteriores, en este tipo de mquinas, la potencia absorbida es una funcin cbica respecto de la frecuencia utilizada. Esto se traduce en la prctica en que un ventilador o turbina que gire a la mitad de velocidad (frecuencia 25 Hz) consume tan slo el 12,5 % de la potencia nominal del ventilador, es decir, la que gasta cuando gira a 50 Hz.

Por lo tanto, los variadores de frecuencia en ventiladores y turbinas se utilizan:

- por el GRANDSIMO AHORRO energtico/econmico que generan, lo cual lo amortiza en menos de un ao. En la actualidad no se concibe una instalacin frigorfica bien diseada sin un variador de frecuencia en el condensador de aire.

- por la DISMINUCIN DE NIVEL SONORO que provocan, debido a que cuando baja la temperatura exterior tambin baja la velocidad del ventilador/turbina. Este efecto es altamente interesante porque puede eliminar la problemtica de los ruidos con el vecindario.

En el uso concreto pueden utilizarse un variador de frecuencia para el conjunto de ventiladores/turbinas o varios variadores distribuidos por grupos de ventiladores. El uso de un u otro sistema viene en funcin de la bsqueda de seguridad y optimizacin de precio.

Existen tambin unos nuevos ventiladores (axiales) que estn apareciendo en el mercado, que incorporan una regulacin de velocidad en el mismo motor del ventilador, mediante la conversin de la corriente alterna en continua. Estos ventiladores tienen un ahorro energtico equivalente, incluso algo superior, al uso de variador de frecuencia. No obstante, por ahora, es una tecnologa exclusiva, que tiene un nivel de precios superior a los variadores, mucho ms extendidos.

El ahorro energtico obtenido por el uso de un variador de frecuencia en el condensador de aire es de alrededor de un 7% del consumo total de la instalacin (a consigna de condensacin fija, sin incluir el efecto de la condensacin flotante).

2.3.- Vlvulas de expansin electrnica

Las vlvulas de expansin electrnica permiten:

- optimizar el rendimiento de los evaporadores de los muebles y cmaras frigorficos. Efectivamente, la vlvula electrnica puede controlar recalentamientos menores que las vlvulas termostticas clsicas. Esto se traduce en un llenado optimizado del evaporador, lo cual aumenta su potencia frigorfica.

- El uso de la vlvula de expansin electrnica por s solo provoca un aumento de la presin de evaporacin, lo que se traduce automticamente en un ahorro energtico.

- realizar la condensacin y evaporacin flotantes (sistema PECOFLOT PLUS ) con la nica restriccin de los lmites impuestos por el compresor, lo que se traduce en un ahorro energtico an mayor.

- en cmaras frigorficas, aumentan el grado higromtrico (humedad relativa) lo que disminuye las mermas del producto y mantiene su aspecto fresco durante ms tiempo.

Las vlvulas electrnicas tienen otras ventajas, quizs menos relacionadas con el ahorro energtico pero tambin muy tiles:

- son compatibles con muchos refrigerantes, no slo con uno, como ocurre con las vlvulas clsicas.

- Incorporan funcin de mxima presin de funcionamiento, lo cual protege al compresor contra sobrecargas y sustituye a costosas vlvulas que realizan esta funcin.

- Incorporan funcin de vlvula solenoide, lo que permite ahorrar el coste econmico de colocar una adicional.

Fig. 4 Comportamiento de una vlvula de expansin termosttiva (TEV).

Fig. 5 Comportamiento de una vlvula de expansin electrnica.

2.4.- Diseo frigorfico de la instalacin.

El diseo frigorfico de una instalacin contribuye de manera decisiva al consumo energtico que tendr la instalacin desde el da de su puesta en marcha.

Por este motivo es de suma importancia prestar atencin al tipo de instalacin para no penalizar de por vida el consumo energtico.

Para comparar energticamente diferentes diseos de instalacin debemos fijarnos en el COP (Coeficiente de rendimiento) que presentan. Efectivamente, a mayor COP, menor consumo energtico ya que el COP se define como:

Potencia frigorfica COP= -------------------------------------------- Potencia consumida

Desde este punto de vista son altamente interesantes:

- los diseos que incluyen dispositivos Economizadores, es decir, subenfriadores de lquido que aumentan el COP global de la instalacin (ver esquema).

- Los diseos multiaspiracin y descarga comn, ya que permiten una menor presin de condensacin en funcionamiento a carga parcial (cuando no funcionan todos los compresores), lo cual sucede la mayor parte del ao (ver esquema).

- Los diseos que incluyen en la central frigorfica el/los compresores para el aire acondicionado, ya que adems de cumplirse el punto anterior, adems se pueden hacer extensivos los sistemas de ahorro energtico utilizados para la refrigeracin tambin al aire acondicionado.

La diferencia de consumo entre un diseo convencional y un diseo optimizado puede ser de hasta un 10% anual.

Fig.6. Central multiaspiracin con economizador

2.5.- Seleccin de mobiliario frigorfico.

La bsqueda de precios ms bajos en la compra del mobiliario frigorfico (islas y murales de congelados, murales refrigerados, etc...) ha tenido como consecuencia que, progresivamente, los fabricantes de este mobiliario reduzcan el tamao de los intercambiadores (evaporadores).

Para compensarlo, se demandan cada vez temperaturas de evaporacin ms bajas para el funcionamiento correcto de estos equipos. Donde hace 15 aos se pedan temperaturas de evaporacin de 33C, se pas a menos 35C, luego a 37C y hoy, en algunos casos, se demandan evaporaciones a 39C.

Y todo ello para conseguir temperaturas de 20C en el mueble!!!!

Esto nos da como consecuencia diferencias de temperatura de 17/19C entre la evaporacin y el mueble cuando en una cmara frigorfica esta diferencia es de 6/7C. Incluso admitiendo que un mueble frigorfico puede necesitar una diferencia mayor, una temperatura de 32C debera ser suficiente.

Desde el punto de vista energtico, la diferencia entre evaporar a 32 y 39C representa un 15% ms de consumo al evaporar ms bajo.

Una seleccin del mobiliario frigorfico con vistas a conseguir una mayor temperatura de evaporacin tendra un efecto ahorro directo enorme en la factura elctrica del supermercado. De esta forma, lo que ahorramos una sla vez en la compra del mobiliario lo pagamos durante toda la vida de la instalacin en forma de consumo elctrico suplementario.

2.6.- Control del sistema de refrigeracin.

Los avances tecnolgicos en el control de los sistemas de refrigeracin ha sido contnuo. Desde aquellas instalaciones de control totalemente mecnico a travs de presostatos, termostatos de bulbo, programadores de levas, etc... hemos pasado a las instalaciones controladas por microprocesadores electrnicos de funciones fijas.

Sin embargo, la refrigeracin todava est por detrs de otros sectores como las industrias de procesos, qumicas, automocin, etc... donde el uso de microprocesadores dedicados (de funciones fijas) ha sido ya ampliamente superado por el uso de electrnica de libre programacin (Autmatas PLC) que tiene unas amplias ventajas.

Podemos afirmar que esta es la revolucin pendiente en el control de los sistemas de refrigeracin.

Las ventajas de uso de controles de libre programacin (autmatas) son:

- El control de la instalacin se realiza de acuerdo a las necesidades del usuario, ya que no estamos supeditados a unas funciones fijas que no tienen porqu coincidir con los deseos de funcionamiento real.

- La adaptacin a tecnologas futuras es ms sencilla ya que los autmatas pueden reprogramarse incorporando nuevas funciones segn vaya avanzando la tecnologa: condensacin flotante, vlvulas electrnicas, etc...

- Asimismo en caso de cambios o ampliaciones de la instalacin, tambin se pueden reprogramara o ampliar con mdulos accesorios sin sustituir la memoria o la CPU que ya tenemos, mientras que los controles de funciones fijas no son ampliables, y debern sustituirse.

- La tecnologa aplicable a los autmatas es mucho ms avanzada ya que pueden soportar dispositivos tales como mdems GSM, servidores web, comunicaciones de diversos tipos (Modbus, CAMbus, LON, etc..) tan slo con el uso de tarjetas de ampliacin.

- El programa fuente es modificable fcilmente por cualquier programador iniciado en el manejo de PLCs, lo cual da libertad al usuario final para escoger libremente sus colaboradores.

3.- CONCLUSIONES

-La tecnologa disponible en la actualidad permite realizar importantes ahorros energticos casi sin inversiones iniciales.

-Las decisiones que se toman en el diseo y control de la instalacin frigorfica condicionan de por vida el consumo energtico de la misma.

-Un control por PLC permite una adaptacin futura del control de las instalaciones de forma contnua segn el avance de la tecnologa.

-El sistema PECOFLOT es la forma ms sencilla y econmica de introducir el ahorro energtico en un supermercado, con ahorros de hasta el 26% sin inversin inicial.