Accionamientos para refrigeración industrial y aplicaciones de refrigeración industrial

Andy Pye analiza cómo los variadores de velocidad ayudan a mantener frescos alimentos y medicamentos en aplicaciones de refrigeración industrial.

Durante unos 200 años, las tecnologías de refrigeración han ayudado progresivamente a la provisión de bienes y servicios esenciales, tales como:

• Conservación de alimentos
• Procesos médicos
• Calefacción y refrigeración urbana

La industria quedó marcada por impactos ambientales negativos bien documentados como resultado de refrigerantes nocivos que agotan la capa de ozono con vínculos con el calentamiento global. Tras la firma de los protocolos de Montreal y Kyoto, se lograron avances significativos, reduciendo la producción en un 90% de CFC, HCFC y HFC entre 1988 y 2005.

Sin embargo, dado que se espera que la población mundial crezca hasta los 9 000 millones entre ahora y 2050 y con una mayor esperanza de vida, el consumo de todos los recursos relacionados con los procesos relacionados con la refrigeración significa que la demanda aumentará enormemente.

El impacto del consumo de energía en el medio ambiente

El uso de energía generalmente proporciona el centro de costos más grande para cualquier planta de refrigeración. El consumo de energía de los equipos de refrigeración ya representa el 15 % del uso mundial de electricidad (a menudo más del 20 % en los países desarrollados ). La mayoría de los países todavía producen electricidad utilizando combustibles fósiles y, por lo tanto, esto subraya un gran impacto adicional en el calentamiento global debido al uso de equipos de refrigeración.

Por lo tanto, existe una necesidad urgente de:

• Mejorar el coeficiente de rendimiento (COP) de los equipos de refrigeración (es decir, reducir el consumo eléctrico por unidad ).
• Construya sistemas de consumo de energía más integrados y altamente controlados en todo un edificio.
• Cambie a nuevos refrigerantes que no dañen la capa de ozono ni emitan CO2.
• Aumentar la cobertura global de soluciones de refrigeración altamente eficientes que adopten las mejores prácticas.

Muchos sistemas de refrigeración y aire acondicionado requieren procesos fiables que sean más eficientes, compactos, respetuosos con el medio ambiente, fáciles de instalar y de mantener. Los requisitos de refrigeración varían en un amplio rango durante el día y durante el año debido a factores como las condiciones ambientales, la ocupación y el uso y la iluminación.

También puede existir la necesidad de un control de temperatura y humedad estable y preciso en áreas como hospitales, TI y telecomunicaciones. En aplicaciones como escuelas, restaurantes y edificios de oficinas, es importante que el sistema de refrigeración pueda adaptarse a los amplios cambios diarios de carga.

En aplicaciones de enfriamiento de procesos, como fermentación, túneles de cultivo y procesos industriales, se requieren ajustes de temperatura precisos para asegurar la calidad de la producción.

Hay varias formas de modular la capacidad de refrigeración en sistemas de refrigeración o aire acondicionado y calefacción. Los más habituales en climatización son:ciclos simples de encendido y apagado, bypass de gas caliente, uso (o no ) de inyección de líquido, configuraciones de múltiples compresores y tecnología inverter .

Modulación de capacidad es una forma de hacer coincidir la capacidad de enfriamiento con la demanda de enfriamiento con los requisitos de la aplicación. El compresor está diseñado específicamente para funcionar a diferentes velocidades del motor para modular la salida de refrigeración. Un inversor controla la velocidad del motor del compresor para modular la capacidad de refrigeración.

Tecnología de velocidad variable se puede implementar en HVACR, aplicaciones de control cercano y enfriamiento de procesos y en unidades de aire acondicionado compactas o divididas, techos, enfriadores, enfriamiento de precisión, VRF y unidades de condensación.

El uso de variadores de alto rendimiento con motores de imanes permanentes maximiza la eficiencia energética en los productos de refrigeración industrial. Las instalaciones típicas pueden experimentar grandes aumentos en el coeficiente de rendimiento (COP) de alrededor del 15 %, lo que se traduce en grandes ahorros de energía y costos de ciclo de vida más bajos, con un retorno de la inversión a menudo en menos de 12 meses.

El compresor y el variador deben estar calificados para trabajar juntos y para aplicaciones dedicadas. El variador modula la velocidad del compresor y también evita que funcione fuera de los límites de funcionamiento del compresor. Los variadores de frecuencia del inversor necesita usar algoritmos desarrollados específicamente para calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) o para refrigeración; estos garantizan que el sistema funcionará dentro de las limitaciones de la aplicación.

Las unidades de flujo de refrigerante variable (VRF) son sistemas de refrigeración o reversibles muy populares para calefacción y refrigeración. Combinan flexibilidad tanto para los propietarios como para los ocupantes del edificio, con eficiencia energética, gran comodidad y facilidad de instalación, sin comprometer la confiabilidad. Los sistemas VRF utilizan ampliamente la tecnología de inversor.

Ejemplos de ahorro de energía utilizando variadores de velocidad

La instalación de un convertidor de frecuencia de CA de velocidad variable independiente de gran tamaño de la gama Unidrive SP ha mejorado el control de la temperatura en las cámaras frigoríficas del fabricante de alimentos de Portadown (Irlanda del Norte) Henry Denny, y está en camino de generar un ahorro masivo de alrededor de £ 23.400 en su factura eléctrica anual:¡un recorte del 50 % del uso total de energía de la planta!

La empresa fabrica una amplia gama de tartas, rollos de salchicha, empanadas y tartas caseras y un complejo de 20 cámaras refrigeradas almacena una gran cantidad no solo de la propia producción de la empresa, sino que, además, el sitio actúa como depósito de distribución regional para Irlanda del Norte. , también contiene muchos miles de quesos, mantequilla, jamones y tocino de otras empresas del Grupo Kerry.

En otro lugar, en Calgary, Canadá, se están logrando ahorros de energía del 35 % en una planta de refrigeración en un negocio de comestibles. Aquí, un nuevo sistema de enfriamiento compuesto por dos nuevos compresores y enfriadores de condensador y la empresa necesitaba minimizar los costos operativos. Un controlador de CA Commander SK de velocidad variable por enfriador controla todos los ventiladores simultáneamente. Las unidades están integradas en un panel de diseño personalizado.

Durante la mayor parte del año, el condensador funciona a una fracción de su capacidad total. En el sistema anterior, el control de enfriamiento del condensador se lograba usando contactores para encender y apagar los ventiladores de velocidad fija en pares. Esto dio como resultado que los ventiladores hicieran ciclos constantemente y no pudieran proporcionar el control de temperatura preciso que se requiere.

Debido a que el punto de ajuste de presión se excedía constantemente, la expansión y contracción excesivas del refrigerante provocaban fatiga mecánica en las líneas. Con el tiempo, esto podría provocar fallas en las tuberías o los conectores.

Cuatro motores funcionando a media velocidad utilizan mucha menos energía que dos motores a plena potencia. Además, los cambios suaves en la velocidad del ventilador consumen menos energía que los arranques repetidos. En este sistema controlado por VFD , no solo hay un ahorro significativo de energía, sino que la presión y la temperatura se regulan con mucha precisión, lo que reduce la tensión en todo el sistema.

Legislación aplicable

El estándar y la legislación que se aplican son ISO 50001 (el estándar de Gestión de la Energía) y la Legislación de Eficiencia de Carga Parcial de Rendimiento Estacional (SEER).

ISO 50001:2011 especifica los requisitos para establecer, implementar, mantener y mejorar un sistema de gestión de energía. Su propósito es permitir que una organización siga un enfoque sistemático para lograr la mejora continua del desempeño energético, incluida la eficiencia energética, el uso y el consumo de energía. ISO 50001:2011 se aplica a todas las variables que afectan el desempeño energético que la organización puede monitorear e influir. Especifica los requisitos aplicables a las prácticas de medición, documentación e informes, diseño y adquisición de equipos, sistemas, procesos y personal que contribuyen al rendimiento energético.

En Europa, la eficiencia estacional de los equipos de refrigeración, enfriadores y acondicionadores de aire a menudo se califica mediante el índice europeo de eficiencia energética estacional (ESEER), que define la empresa de certificación Eurovent. En el Reino Unido, se utiliza un Índice de eficiencia energética estacional (SEER) para productos de refrigeración y aire acondicionado, similar al ESEER pero con diferentes factores de ponderación del perfil de carga, para parte de los cálculos de la Parte L de las Normas de construcción dentro del Modelo energético de construcción simplificado ( SBEM), y se utilizan en la producción de Certificados de rendimiento energético (EPC) para edificios nuevos en el Reino Unido y la Unión Europea; ambos como parte de la Directiva Europea sobre el rendimiento energético de los edificios (EPBD).

La fórmula para SEER se puede presentar de la siguiente manera:
SEER =a (EER al 25 % de carga) + b (EER al 50 % de carga) + c (EER al 75 % de carga) + d (EER al 100 % de carga)
donde a,b,c y d son los factores de ponderación del perfil de carga relevantes para la aplicación propuesta.

Un estándar similar al ESEER en los Estados Unidos es el índice integrado de eficiencia energética (IEER).

El ESEER se calcula mediante la combinación de índices de eficiencia energética (EER) operativos a carga total y parcial, para diferentes temperaturas estacionales del aire o del agua, e incluye los factores de ponderación apropiados.