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Caracterización experimental del funcionamiento de un expositor horizontal
estático de baja temperatura usando refrigerantes con un PCA<150.Javier Blanco Castro, Ph.D (Director técnico)
Ing. José Díaz Suarez, (Dpto I+D+i)
Índice
1 Introducción
2
Resultados Experimentales
4 Conclusiones
3
Procedimiento Experimental
Efecto de la carga de refrigerante3.1
Influencia de la temperatura de regulación3.2
Drop-in directo con refrigerantes de PCA<1503.3
R507A
R404A
R452A
R407A
R410A
R22
R407F
R407C
R134a
R449A
R448A
R513A
R450A
R454A
R454C
R455A
R290
R744
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
GWP100 años
Ref
riger
ante
s [-]
Anexo III: Prohibiciones de comercialización
Frigoríficos y congeladores (…) para uso comercial (sistemas herméticamente sellados):que contienen HFC con un PCA ≥ 2500 >>>>>>> 01/01/2020que contienen HFC con un PCA ≥ 150 >>>>>>> 01/01/2022
Reglamento UE sobre Gases Fluorados Fgas (UE 517/2014).
Frost-trol fabrica (desde 2017) todaslas unidades enchufables con R290:en baja temperatura utilizamostecnología de variación de capacidad(inverter)
Introducción
Euroshop 2008
Introducción
-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 101,00
1,04
1,08
1,12
1,16
1,20
1,24
R-290 R-454C R-454A
CO
P_re
l (%
rela
tivo
al R
404A
) [-]
Refrigerante [-]
Figura 1: Comparativa teórica de la variación teórica del COP en función de la temperatura de evaporación para refrigerantes con PCA<300 con respecto al R‐404A
Estudios de calorimetría realizados por Embraco [1] sobre el comportamiento de un compresor con diferentesrefrigerantes, R‐404A, R‐455A y R‐454C con respecto al R‐290 muestran que en media temperatura (‐10ºC/+45ºC), el COPdel R‐290 es un 12% superior con respecto al R‐404A, y entre el 6‐4% con respecto al R‐454C y R‐455A, respectivamente. Elcomportamiento del R‐290 está asociado con una importante pérdida de su capacidad frigorífica con respecto a losrefrigerantes ensayados, entorno al 12% con respecto al R‐404A y del 8% con respecto al R‐454C para unsobrecalentamiento del 22,2ºC. La capacidad frigorífica del R‐455A es similar al R‐404A en estas condiciones de trabajo.
Los resultados teóricos indican que con R290 se obtiene un incremento del COP entre 12-20% con respecto al R-404A y del 8-10% con respecto al R-454A y R-454C, respectivamente.
CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Figura 3: Representación esquemática de la posición de un expositor vertical dentro de la sala de pruebas. a) posicionamiento del expositor e identificación de la dirección del aire. (Fuente: Normativa UNE‐ISO 23953, 2015)
Procedimiento Experimental
Figura 3.1: Sección transversal del expositor empleado para realizar los estudios de caracterización
CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Figura 3: Representación esquemática de la posición de un expositor vertical dentro de la sala de pruebas. a) posicionamiento del expositor e identificación de la dirección del aire. (Fuente: Normativa UNE‐ISO 23953, 2015)
0 4 8 12 16 20 2423
24
25
26
27
28
29
30
20
30
40
50
60
70
80
Hum
edad
Rel
ativ
a [%
]
Tem
pera
tura
sal
a [°C
]
Tiempo [h]
T.ROOM HR.ROOM
Figura 2: Variación de las condiciones climáticas (temperatura ambiente y humedad relativa) en el interior de la sala de ensayo durante el proceso de caracterización de un expositor horizontal en función del tiempo.
Procedimiento Experimental
CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Efecto de la carga de refrigerante (R‐290) sobre el COP y la energía consumida por el compresor.
8
9
10
11
12
13
14
0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,42,4
2,6
2,8
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8 COP
CO
P [-]
Carga de refrigerante [%]
Ene
rgía
[kW
h/di
a]
Energía
Figura 4: Variación del COP y la energía consumida por el compresor en función de la carga de refrigerante.Figura 4: Variación del COP y la energía consumida por el compresor en función de la carga de refrigerante.
Resultados Experimentales
Mejor ‘COP’
Aumento de carga= deterioro del COP (aprox. del 28%)
Deterioro del “COP”
Aumento de carga= incremento temperatura descarga
CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Resultados Experimentales
-40
-38
-36
-34
-32
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,480
82
84
86
88
90
92 Temp_out_compresor
Tem
pera
tura
_out
_com
pres
or [º
]
Carga de refrigerante [%]
Tem
pera
tura
_out
_mue
ble
[ºC]
Temp_out_mueble
Figura 5: Variación de la temperatura de descarga del compresor y la temperatura de salida del mueble en función de la carga de
refrigerante.
Efecto de la carga de refrigerante (R‐290) sobre la temperatura de descarga y salida el mueble.
Aumento de carga=temperatura de salida
entre ‐36ºC/‐38ºC
Riesgo de funcionamiento
Para una carga de refrigerante inferior a140g, la temperatura de salida delrefrigerante en el evaporador esta próxima a‐28ºC. Si tenemos en cuenta que el mueblefunciona estáticamente, estaríamos en ellímite entre la carga de refrigerante optimaque requiere el mueble y la carga térmicapara la cual está diseñado el mismo, enfunción de su volumen; siempre y cuandofijemos como objetivo de diseño mantenerel producto dentro de la clase 3L1.
CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Resultados Experimentales
-30
-28
-26
-24
-22
0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4-38,0
-37,6
-37,2
-36,8
-36,4
-36,0
-35,6
-35,2
-34,8
-34,4
-34,0 Temp_min_producto
Tem
pera
tura
_mín
ima_
prod
ucto
[º]
Carga de refrigerante [%]
Tem
pera
tura
_med
ia_p
rodu
cto
[ºC]
Temp_media_producto
Figura 6: Variación de la temperatura de producto en función de la carga de refrigerante.
Efecto de la carga de refrigerante (R‐290) sobre la temperatura de producto.
Mejor ‘tempProducto’
Con una carga=140g; la temperatura media de producto
esta en ‐29ºC.
Clase de Producto: 3L1
CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Variación de la energía consumida por el compresor y la temperatura mínima de producto en función de la temperatura de regulación.
Figura 7: Variación de la energía consumida por el compresor en función de la temperatura de regulación del mueble.
-23ºC -22ºC -21ºC -20ºC0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Carga=150grms
Ener
gía_
cons
_com
pres
or [k
Wh/
día]
Temperatura de regulación [ºC]
Resultados Experimentales
….la energía consumida por el compresorvaría significativamente en función de latemperatura de regulación. Si disminuimos latemperatura de regulación del mueble, seobtienen temperaturas de producto inferiorespero se incrementaría el consumo delcompresor un 10% por grado de regulación.
CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Resultados Experimentales
Variación de la temperatura mínima/máxima de producto en función de la temperatura de regulación.
-23ºC -22ºC -21ºC -20ºC-36
-35
-34
-33
-32
-31
-30
Carga=150grms
tem
p_m
in_p
rodu
cto
[ºC]
Temperatura de regulación [ºC]
Figura 8: Variación de la temperatura mínima de producto en función de la temperatura de regulación del mueble.
Cuanto más bajo regulamos el punto de consigna seobtendrían las menores temperaturas de producto; sinembargo, este criterio de regulación afectaproporcionalmente a la temperatura de losproductos durante el período de desescarche y alconsumo energético del expositor (ver figura 9).Este comportamiento está asociado con una mayoracumulación de hielo en el evaporador y porconsiguiente, un mayor tiempo de deshielo en el mismohasta alcanzar la temperatura de final de desescarcheestablecida.
CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Resultados Experimentales
Variación de la temperatura mínima/máxima de producto en función de la temperatura de regulación.
Figura 9: Variación de la temperatura máxima de producto en función de la temperatura de regulación del mueble.
-23ºC -22ºC -21ºC -20ºC-24
-22
-20
-18
-16
-14
Carga=150grms
Tem
pera
tura
Máx
ima
Prod
ucto
[°C
]
Temperatura de regulación [ºC]
Correcto ajuste desde el punto de vistade temperatura de producto y consumode energía del expositor encondiciones de clase climática 3L1.(-18ºC/-15ºC).
CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Drop-in con refrigerantes de PCA<150
Figura 10: Variación del energía consumida y la temperatura de descarga por el compresor: “drop‐in” directo con refrigerantes de bajo PCA<150.
R290 R455A R454C0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
Ener
gía_
cons
_com
p_re
l [kW
h/dí
a]
Refrigerantes [-]
Resultados Experimentales
..con R-455A se obtiene entre 1-3% más de consumode energía con respecto al R-454C; mientras que conrespecto al R-290 el consumo de energía es muysuperior, alrededor del 36%. Los buenos resultadosde eficiencia que se obtienen con R-290 estánasociados con una pérdida de capacidad frigoríficacon respecto a los refrigerantes estudiados.
CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
Drop-in con refrigerantes de PCA<150
Figura 10: Variación de la temperatura de descarga por el compresor: “drop‐in” directo con refrigerantes de bajo PCA<150.
Resultados Experimentales
.. si analizamos el comportamiento del ciclotermodinámico se observa que la temperatura dedescarga es muy superior con R-455A con respectoa los refrigerantes estudiados, entre un 11-13% conrespecto al R-454C y un 28% con respecto al R-290,respectivamente. Las elevadas temperaturas dedescarga, afectarían la fiabilidad del compresor.
R290 R455A R454C0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
tDes
carg
a_re
l [ºC
]
Refrigerantes [-]
Desde el punto de vista energético, los estudiosrealizados con otras longitudes de capilares nosconfirman que si ajustamos la longitud del mismo esposible obtener resultados completamente diferentes.Para una longitud de capilar menor, el R-455Aconsume un 11% más con respecto R-290, peroeste pierde un 7% de COP con respecto al R-455A.Para ese diseño de capilar, el R-454C aproxima sucomportamiento al R-290.
CONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓNCONGRESO SOBRE TECNOLOGÍAS DE REFRIGERACIÓN
La eficiencia de un expositor horizontal estático de baja temperatura diseñado para trabajarcon propano (R290) ha sido caracterizada variando la carga de refrigerante y la temperaturade regulación del mueble. Los resultados obtenidos indican que para el volumen del expositorinvestigado, con una carga de refrigerante entre 140‐150g se garantiza una temperatura deconservación de los productos dentro del rango 3L1 con una temperatura de regulación de ‐21ºC. Un incremento de la carga provocaría un paulatino deterioro del consumo de energíadel compresor y por ende, del COP del sistema.
Por otra parte, al realizar un “drop‐in” directo con R‐455A y/o R‐454C, se observó que elconsumo de energía del compresor se incrementa un 33% con R‐454C y un 36% con R‐455A,respectivamente. Este comportamiento indica que se requiere un proceso de optimizacióndel capilar para mejorar el funcionamiento del expositor con estos refrigerantes
Conclusiones
www.atecyr.org www.fenercom.com
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
Ice Creams Chest Freezer
Manufacturer Frost-trol, SAChest Freezer volume: 0,66 m3Length: 2070 mtrs
Compressor: EmbracoInventer Model VNEU217U
Carel Control: ir33 FMC ModelExpansion Device: Capillar tubeDefrost type: electrical defrost (1 per day)Refrigerant: R290
Charge: 150 grms
Test Climate Class L1 at at 25ºC and 60% HRTest results: Satisfactory Total energy consumption: (TEC=8,23 kWh/day)ATEX Compliance: Satisfactory
Report: GE16‐0001289‐01.pdf