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Análisis de enfriadoras a carga parcial
6. Análisis de enfriadoras a carga parcial
6.1 Funcionamiento a carga parcial
Actualmente las enfriadoras de líquido y bombas de calor se seleccionan en unas
condiciones de evaluación que no son representativas de las condiciones normales de
funcionamiento del equipo a lo largo de una estación.
Muchos aparatos de aire acondicionado, bombas de calor y enfriadoras de líquido trabajan con
cargas variables variando el tiempo de funcionamiento. El rendimiento del sistema depende en
este caso en gran medida de la eficacia del sistema de control.
Los sistemas de potencia variable, mediante el control continuo o por pasos del compresor,
pueden adaptarse mejor a la carga variable mejorando el rendimiento del sistema.
La ganancia potencial de eficiencia asociada al funcionamiento con regulación de la carga
parcial en enfriadoras de agua es elevada, pudiendo llegar a ser de hasta un 30% del EER.
Las eficiencias de cada una de las etapas de capacidad de una enfriadora difieren entre sí
incluso si las condiciones de operación (temperatura de entrada del aire o del agua al
condensador y temperatura de salida del evaporador) son idénticas. Es necesario explicar en
detalle qué significa reducir la capacidad de una enfriadora para entender el concepto de
temperatura reducida y el comportamiento a carga parcial. Ambos dependen del tipo de circuito
de compresión empleado. En el capítulo 2 se vio cómo funcionan los compresores alternativos,
scroll y de tornillo a carga parcial, pero es preciso ver con mayor detalle de detalle cómo
reducen la capacidad cada uno de ellos.
A continuación vamos a ver las distintas tecnologías para controlar las etapas de capacidad,
dependiendo del tipo de compresor. La descarga de capacidad se produce variando el número
de circuitos o variando el caudal en un circuito. Para desarrollar el control del caudal de
refrigerante en el ciclo, se pueden usar compresores de velocidad variable, Vi variable (sólo
para compresores de tornillo) o descarga de un compresor multi-etapa (tornillo o alternativo) o
apagando un compresor de dos o más (scroll).
6.1.1 Compresores alternativos a carga parcial
Un compresor alternativo tiene una válvula de resorte a la entrada y a la salida. En la
succión, la válvula a la entrada permanece abierta hasta que la presión en la cámara es menor
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que la presión de succión. La válvula a la salida sólo se abre cuando la presión en la cámara
ha alcanzado la presión de condensación. En ese momento, al final de la carrera del pistón,
penetra gas en el lado de alta presión. Por tanto, cuando las condiciones externas varían, el
compresor adapta sus presiones de evaporación y descarga a las condiciones exteriores.
El otro punto de vista del funcionamiento a carga parcial en compresores alternativos es
relativo a la reducción de capacidad. Los compresores alternativos no funcionan bien si
trabajan con relaciones de compresión elevadas y con fluidos poco densos. La capacidad de
un compresor depende del gasto másico de fluido que circula por el compresor, que debe ser
controlado en forma manual o automática. El rendimiento que tienen a cargas parciales no es
bueno a no ser que se haya equipado con un sistema de variación proporcional al gasto.
El método más utilizado en el control de la capacidad de compresores alternativos es la
descarga de uno o más cilindros (dispone de tantas etapas como número de cilindros tiene)
Los métodos más comúnmente usados son el de aspiración bloqueada y el de apertura de
válvulas de aspiración.
La aspiración bloqueada se consigue con una válvula solenoidal en el conducto de aspiración
que vaya al cilindro que se quiere descargar. Si el gas refrigerante no alcanza el cilindro, no se
bombea ningún gas. Si el compresor tiene 4 cilindros y el gas de aspiración se bloquea en uno
de ellos, la capacidad también se bloquea en uno de ellos y por tanto, la capacidad del
compresor se reduce en un 25% y el compresor bombeará a un 75% de su capacidad.
La apertura de válvulas consiste en que si la válvula de aspiración se eleva de su asiento en un
cilindro mientras el compresor está bombeando, el cilindro dejará de bombear. El gas que entre
al cilindro será devuelto hacia la zona de aspiración durante la carrera ascendente. Pero se
producen pérdidas por bombeo al bombear el refrigerante de nuevo hacia la aspiración. Una de
sus ventajas es que el gas que entra en el cilindro contiene aceite con lo que el cilindro estará
bien lubricado aunque no esté bombeando.
Existen otros métodos que se vieron en el Capítulo 2 como: el control todo-nada, el empleo de
motores de velocidad variable, by-pass del gas de descarga hacia la aspiración o by-pass de
una culata de cilindros. En todos estos casos las presiones de descarga y aspiración se
mantienen invariables en el proceso. Sólo se regulan las cantidades de gases enviadas.
El más usado entre los métodos de regulación es el de descarga de cilindros, pero presenta
problemas de desequilibrio.
6.1.2 Compresores de tornillo a carga parcial
En su configuración básica, los compresores de tornillo, al contrario que los
alternativos, no tienen ninguna manera de adaptar la presión de compresión a la salida a la
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presión de condensación. Por tanto, cualquier diferencia entre la presión de de descarga y la
presión de condensación es sinónimo de pérdidas de energía.
Para disminuir la potencia frigorífica suministrada por el compresor se utiliza usualmente la
válvula de corredera o un sistema equivalente para controlar la capacidad. Cuando la válvula
de corredera se mueve, una fracción del gas que entra por la succión vuelve a la entrada sin
ser comprimido. Una segunda válvula permite adaptar la relación de compresión a la presión
de condensación para cada etapa de capacidad mientras que la primera es capaz de adaptar el
volumen y por tanto la capacidad frigorífica. La regulación de potencia es continua y puede
reducir hasta un 10% la capacidad frigorífica del compresor.
El consumo a carga parcial no es lineal debido a dos razones:
− El rozamiento del gas que es recirculado hacia la entrada
− El cambio del Vi (relación volumétrica) del compresor que se supone diseñado para
condiciones de plena carga y máximo rendimiento
Existe también la posibilidad de utilizar motores de dos velocidades conjuntamente con la
válvula de corredera, o añadir un variador de frecuencia al motor para poder variar la velocidad
de giro del motor (sin válvula de corredera).Sin embargo, esta opción es cara, ya que para
reducir la velocidad del compresor hay que disminuir el espesor de los lóbulos, obligando a los
fabricantes a incrementar la velocidad a plena carga para ser capaces de reducirla a carga
parcial.
6.1.3 Compresores scroll a carga parcial
Los compresores scroll tampoco tienen ninguna manera de adaptar la presión de
compresión a la salida a la presión de condensación ni poseen ningún sistema de descarga de
capacidad frigorífica. Generalmente, se emplean varios compresores en paralelo conectados en el mismo circuito
que funcionan cíclicamente. Para dos compresores scroll en el mismo circuito, se dispone de
dos etapas de capacidad más la de plena carga, si es que las capacidades nominales de cada
uno de los compresores son distintas.
Actualmente, están ganando mucho terreno, para las medias potencias, los compresores scroll
inverter, que como se vio en el Capítulo 2, son compresores rotativos que mediante un sistema
electrónico regulan las revoluciones del motor a través de la frecuencia y hace que se adapten
a las diferentes necesidades de la instalación, ya que son capaces de variar la corriente en el
compresor de alterna a continua y variar su velocidad para ajustar las potencias frigoríficas a
las demandas energéticas. El sistema inverter consta del convertidor, que transforma la
corriente alterna en corriente continua y del inverter, dispositivo electrónico de control situado
en la unidad exterior que consigue cambiar la frecuencia y por tanto variar la velocidad del
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compresor. Cuando la frecuencia aumenta, la velocidad de rotación del compresor aumenta, lo
que produce un aumento de la circulación de refrigerante, consiguiendo un mayor intercambio
de calor y cuando la frecuencia disminuye, la velocidad de rotación del compresor disminuye y
se produce una reducción de la circulación de refrigerante, consiguiéndose por tanto, un menor
intercambio de calor.
6.1.4 Compresores centrífugos a carga parcial
La eficiencia de este tipo de enfriadoras en el punto de diseño depende del tamaño del
compresor (menos etapas significa mayor eficiencia debido a las pérdidas intermedias
asociadas). En un compresor centrífugo, el control de capacidad se consigue por medio de
paletas directrices de prerrotación situadas a la entrada del impulsor. Estas paletas pueden
rotar para aumentar o reducir el flujo hasta un 15 o 20%.Si las paletas están cerradas, el
compresor sólo bombea a un 15% o 20% de su capacidad y cuando están completamente
abiertas, el compresor bombea al 100%. Las paletas directrices también se emplean con otros
dos fines: evitar la sobrecarga del motor y arrancarlo a capacidad reducida para reducir la
corriente absorbida en el arranque.
Cuando el compresor funciona en condiciones fuera de diseño, por ejemplo, cuando se
arranca el sistema de un edificio caliente un lunes por la mañana, el motor del compresor
funcionará en condiciones de sobrecarga. El agua de retorno enfriada puede estar a 24° C en
vez de a 12° C. El panel del controlador tendrá un limitador de carga, que detectará la corriente
del motor y cierra parcialmente las paletas directrices para limitar la corriente del compresor al
valor de plena carga. Cuando se arranca el compresor, las paletas directrices se cierran y no
se abren hasta que el motor haya alcanzado la plena velocidad. Por tanto, el compresor
arranca en estado descargado y consume mucha menos energía durante el arranque.
En la actualidad también se están comenzando a introducir compresores centrífugos inverter,
especialmente en los compresores centrífugos sin aceite que se vieron en el Capítulo2.
Figura 6.1.4.1. Paletas directrices en un compresor centrífugo.
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Análisis de enfriadoras a carga parcial
6.1.5 Control de las etapas de capacidad
Generalmente, las enfriadoras con etapas de capacidad, son controladas empleando
un punto de consigna a la entrada o salida del agua con un margen inactivo. Las etapas se
activan sucesivamente cuando la temperatura aumenta y se aleja del punto de consigna. Este
punto de consigna es siempre un parámetro de control que el usuario tendrá que introducir
mientras que el margen inactivo puede ser fijado o no por el fabricante (que suele ser de 1° C).
Suponiendo que las enfriadoras funcionan a plena carga y a condiciones nominales de
temperatura con un salto de temperatura entre la entrada y la salida de 5° C, la temperatura
variará entonces entre 6 y 8° C para todas las etapas, dependiendo de la inercia del ciclo del
agua y de la temperatura de condensación que modifica la capacidad frigorífica de las etapas.
La siguiente figura representa el esquema típico de control de la temperatura de entrada del
agua, para una enfriadora con cinco etapas de capacidad en modo refrigeración, suponiendo
control ideal.
Figura 6.1.5.1. Esquema típico de control de una enfriadora de cinco etapas de
capacidad. Fuente: EECCAC (estudio de la DGTREN para la Comisión Europea,
2003).
La siguiente representación es relativa a la eficiencia de las enfriadoras cuando la carga es
mayor que la de la etapa de mínima capacidad. Si la carga está entre dos etapas de capacidad,
la enfriadora operará en cada uno de los dos escalones vecinos. La carga frigorífica entonces
se calcula como, la media ponderada entre las capacidades frigoríficas de las dos etapas
vecinas para las mismas condiciones de temperatura de entrada de condensación y
temperatura de salida. Mediante los correspondientes tiempos de operación para cada etapa
de capacidad, se puede determinar la potencia eléctrica absorbida y por tanto la eficiencia para
cada hora.
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Análisis de enfriadoras a carga parcial
Cuando la carga frigorífica es menor que la menor capacidad frigorífica que el equipo puede
dar, la enfriadora opera solamente durante una parte del tiempo, para ajustar esa capacidad
frigorífica a la carga. En este caso, cada arranque, es una pérdida de energía.
En cada arranque, el compresor tendrá que establecer la diferencia de presión entre el lado de
baja y alta presión. La unidad sólo comienza a enfriar agua cuando la temperatura promedio de
evaporación del refrigerante es menor que la temperatura promedio del agua. Entonces, el
sobrecalentamiento del refrigerante se tiene que estabilizar: sólo en ese momento se alcanza la
capacidad plena de dicha etapa. Por el contrario, establecer la plena potencia eléctrica es
bastante instantáneo. Esto implica una pérdida importante de energía al arrancar la enfriadora.
La alta presión no puede bajar demasiado, hay que mantenerla lo suficientemente alta
controlando el caudal del aire en las enfriadoras condensadas por aire. El control clásico
consiste en mantener la alta presión por encima de 15 bar, apagando un ventilador. Disminuir
el caudal en el condensador aumenta la alta presión y por tanto disminuye el rendimiento.
Se representa a continuación la eficiencia reducida (eficiencia a carga parcial entre eficiencia a
plena carga) respecto a la capacidad frigorífica a carga parcial entre la capacidad frigorífica a
plena carga para las mismas condiciones de temperatura de condensación y de temperatura de
salida del agua.
Figura 6.1.5.2. Eficiencia reducida frente al factor de carga. Fuente: EECCAC
(estudio de la DGTREN para la Comisión Europea, 2003).
La figura representada corresponde a la siguiente fórmula:
cyccycFL
FLFL CCCCCC
CCCCEEREER−+⋅
=1/
// (6.1.5.1)
Donde: Ccyc=0.9
− CC=Capacidad frigorífica a carga parcial
− CCFL=Capacidad frigorífica a plena carga
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Análisis de enfriadoras a carga parcial
Esta fórmula se emplea para obtener eficiencias a carga parcial en unidades con un único
circuito frigorífico o en unidades multietapas cuando la carga es inferior a la de la etapa de
mínima capacidad.
El Ccyc=0.9 es un coeficiente propuesto por defecto que se podría determinar
experimentalmente para cada máquina (como ya se vio en el Capítulo 5).
El control de la alta presión a carga parcial es importante ya que esta no se puede reducir
demasiado, porque disminuiría mucho la eficiencia. Normalmente se mantiene lo
suficientemente alta controlando la cantidad de aire en condensadores enfriados por aire. El
control clásico mantiene la alta presión por encima de 15 bar con los ventiladores.
Este fenómeno se ha medido en unidades scroll con dos circuitos de refrigeración y etapas de
capacidad del 25, 50, 75 y 100%. A continuación se representa la evolución de la eficiencia en
estas enfriadoras al disminuir el caudal del aire:
Figura 6.1.5.3. Eficiencia reducida frente al factor de carga. Fuente: EECCAC
(estudio de la DGTREN para la Comisión Europea, 2003).
Se observa que la eficiencia disminuye cuadráticamente al reducirse el caudal de aire.
En el mismo estudio se ha observado que al aumentar la temperatura exterior, la eficiencia cae
de manera más rápida a carga parcial que a plena carga.
6.2 Análisis de equipos a carga parcial
La única información con datos concretos de enfriadoras funcionando a carga parcial
de que se dispone es la de algunos modelos del fabricante Carrier, por lo que,
lamentablemente, no vamos a tener la posibilidad de comparar los resultados obtenidos con los
de los otros fabricantes bajo estudio.
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Análisis de enfriadoras a carga parcial
Es importante destacar que, al igual que sucedía con los datos disponibles de modelos de
enfriadoras en funcionamiento fuera de las condiciones nominales de temperatura (analizadas
en el Capítulo 5), estos datos son también de catálogo (disponible en forma de software) y no
resultados experimentales, que es lo que hubiese sido realmente interesante estudiar.
Los modelos seleccionados para el análisis a carga parcial son los siguientes:
Serie Nro. modelos
CapacidadFrigorífica
(Kw) RefrigeranteCompresorCondens.Revers. modelo
seleccionadoPf
(kW)
30GX Phase III 16 284-1214 R-134a Tornillo Aire sólo frío 122 41430RA017-033-B 4 17.7-31.7 R-407C Scroll Aire sólo frío 30RA040-240-B 12 39-245 R-407C Scroll Aire sólo frío
100 97
30RY017-080-B 9 18-79 R-407C Scroll Aire sólo frío 060 5830HXC Phase III 17 290-1299 R-134a Tornillo Agua sólo frío 120 425
Tabla 6.2.1. Modelos seleccionados para su estudio a carga parcial de Carrier.
Dentro los equipos seleccionados, tres de ellos son condensados por aire y uno de ellos
condensado por agua. De los cuatro modelos, dos de ellos emplean compresores scroll y los
otros dos emplean compresores de tornillo. No se dispone de datos a carga parcial de ninguna
enfriadora con compresor alternativo para poder compararlos con los anteriores. Tampoco se
disponen datos a carga parcial de ninguna bomba de calor. Los dos modelos con compresor de
tornillo emplean R-134a como refrigerante y los dos modelos con compresor scroll emplean
R407-C. Así mismo, se han seleccionado: un equipo de pequeña potencia (58 kW), uno de
media potencia (97 kW) y uno de alta potencia (414 kW) para los equipos condensados por aire
y uno de media potencia (425 kW) condensado por agua.
Los datos a carga parcial que disponemos son del software de selección de equipos ECAT del
fabricante Carrier.
Mediante este programa de selección de enfriadoras, se pueden obtener, para cada serie y
para cada modelo de enfriadoras incluidos en el catálogo las características a plena carga que
se muestran en la siguiente figura:
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Análisis de enfriadoras a carga parcial
Figura 6.2.1. Aspecto de la interfaz del software de selección de equipos ECAT2 de
Carrier.
Vemos que este programa tiene la opción de variar algunos de los parámetros que se dan por
defecto, como por ejemplo cambiar el refrigerante secundario de agua a una mezcla de agua
glicolada, variar la altitud del lugar donde va a estar emplazada la máquina o añadirle diversos
elementos opcionales al equipo. También tiene la opción de variar las temperaturas de entrada
al evaporador y del aire de entrada al condensador, con lo que se podrían obtener las
enfriadoras óptimas según Carrier para un funcionamiento fuera de las condiciones nominales
de temperatura.
Vemos que estos equipos tienen el etiquetado de la Certificación de Eurovent.
Se pueden consultar además más detalles técnicos de la máquina, el comportamiento a carga
parcial y el comportamiento sonoro, como se observa en la figura anterior.
A continuación, mostramos, a modo de ejemplo, el resultado que nos da el programa de
selección al cambiar las condiciones nominales a plena carga: la temperatura del aire exterior a
40º C, la temperatura de entrada al evaporador a 15º C, 7m de altitud y empleando una mezcla
glicolada al 20% como refrigerante secundario:
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Análisis de enfriadoras a carga parcial
Figura 6.2.2. Aspecto de la interfaz del software de selección de equipos ECAT2 de
Carrier.
El programa específica además que los datos a plena carga están certificados por Eurovent y
que dicho estándar define que:
− La capacidad frigorífica neta es la capacidad frigorífica bruta corregida por el calor
generado por la bomba, teniendo en cuenta la pérdida de presión interna en la unidad.
− El consumo de potencia expresado en kW, incluye los consumos del compresor, ventilador
(si lo hay), bomba (si la unidad va con módulo hidrónimo incorporado) y la potencia consumida
por las bombas para asegurar el transporte de agua corregido por la resistencia ofrecida al
flujo.
− El COP de la unidad es la capacidad frigorífica neta dividida por el consumo de la unidad
en kW.
− Para los datos a carga parcial que se incluyen en el catálogo electrónico se especifica que
los cálculos a carga parcial no están basados en la certificación Eurovent:
− La capacidad frigorífica de la unidad es la capacidad frigorífica bruta.
− El consumo de potencia de la unidad incluye el consumo del compresor y el del ventilador
(si lo hay)
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Análisis de enfriadoras a carga parcial
− El COP de la unidad es la capacidad frigorífica de la unidad dividida entre el consumo de la
unidad medido en kW.
Ha de notarse que para unidades con módulo hidrónico los datos de consumo aportados
excluyen el consumo de la bomba.
En los cálculos a plena carga la tolerancia de acuerdo a Eurovent es:
− Capacidad frigorífica o calorífica: 5%
− Consumo efectivo:5%
− Salto de presión del agua: 15%
− Presión sonora: 3 dB
La tolerancia en la variación del COP a carga parcial de acuerdo con Eurovent es:
15.35 - 0.07 * etapa + 830 / (delta_T°_a plena carga * etapa)
Por ejemplo: Si etapa=50% y delta T° a plena carga=5K, la tolerancia máxima admisible sería :
15.35 - 0.07 * 50 + 830 / (5 * 50) =15.17%
Los estándares aplicados por Eurovent son: EN12055, EN255, ISO3744, Eurovent 8/1,
ISO9614-1
A continuación pasamos a describir en detalle las características de los modelos
seleccionados:
Enfriadora modelo 30GX122PH3 de Carrier
Figura 6.2.3. Enfriadora 30GX122PH3 de Carrier.
Enfriadora de líquido compacta condensada por aire perteneciente a la serie 30GX de Carrier
de fácil instalación con compresor semihermético de tornillos gemelos, ventilador silencioso con
anillo exterior giratorio. Carga de refrigerante R-134a. Evaporador y condensador tipo carcasa y
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Análisis de enfriadoras a carga parcial
tubo. Dos circuitos de refrigerante independientes: El segundo entra en funcionamiento si falla
el primero manteniendo refrigeración parcial en cualquier momento.
El modelo 122 está compuesto por dos circuitos frigoríficos y 2 compresores de tornillo
permiten un control de capacidad en 6 etapas con un paso mínimo del 19% de la capacidad.
Concepto de compresores múltiples para optimizar la eficiencia a carga parcial y minimizar la
corriente de arranque.
Control automático por microprocesador, que supervisa continuamente todos los parámetros.
Se trata de un control PID numérico con compensación permanente de la diferencia entre las
temperaturas de entrada y salida del intercambiador de calor, prevé variaciones de carga,
garantiza estabilidad de la temperatura de salida del agua e impide el funcionamiento cíclico
innecesario de los compresores.
Las válvulas de expansión electrónicas EXVs de carrera larga junto con el control de nivel de
refrigerante en el intercambiador de calor del evaporador, permiten mejorar la eficiencia a carga
parcial. Varias posibilidades de regulación de la capacidad que mejoran el arranque a bajas
temperaturas exteriores y permiten el uso de uno de los circuitos de refrigerante como reserva.
Sus características principales son (a las condiciones nominales de 7° C de temperatura de
salida del agua fría y 35° C de temperatura da salida del agua caliente del condensador):
Capacidad frigorífica nominal neta: 414 kW
Potencia absorbida (compresor, ventiladores, circuito de control y consumo por la pérdida
de carga en el evaporador): 145 kW
Volumen neto de agua: 69 L
Ventiladores axiales: 6, velocidad 15.8 r/S
Caudal de aire : 32070 L/s
Intensidad máxima absorbida( 400V/ 3fases/ 50Hz): 470 A
Carga de refrigerante: 56kg (circuito A) y 54 kg (circuito B)
Peso (en funcionamiento): 3364kg
Límites de funcionamiento:
− Temperatura mínima del aire: 0° C
− Temperatura máxima del aire: 46° C
− Temperatura mínima del agua a la salida del evaporador: 4° C
− Temperatura máxima del agua a la salida del evaporador: 15° C
Para la serie 30GX no se dan tablas de capacidad de refrigeración en función de distintas
temperaturas del agua o del aire exterior.
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Análisis de enfriadoras a carga parcial
En la tabla siguiente se resumen las principales características que nos da el software de
selección ECAT2 de Carrier. No se han incluido todos los datos que proporciona este
programa, ya que por ejemplo, se da mucha información a cerca de la presión sonora, que no
vamos a comentar por salirse del objeto de nuestro estudio.
modelo seleccionado 30GX122PH3 Datos a plena carga Detalles Capacidad bruta 414 kW Nro de etapas de capacidad 6 Evaporador Mínima etapa de capacidad 19 % Tsalida 7 °C Refrigerante R-134a Delta T 5 kelvin Diámetro conexión agua 141.3 mm Tentrada 12 °C Máxima presión lado agua 1000 kPa Caudal 19.1 L/s Nro de compresores 2 Factor ensuciamiento 0.04 m2k/kW Tipo de compresor tornillo Condensador Velocidad del compresor 49 r/s Aire 35 °C Tipo de arrancador WYE/DELA Agua/mezcla glicolada Agua Válvula de expansión EXV Altura 0 m Alimentación eléctrica 400-3-50 V/Ph/Hz
Detalles Factor de potencia 0.85 Consumo Absorbido por la unidad 145 kW Intensidad a plena carga (Unom) 328 A Consumo Bomba del evaporador 3.9 kW Intensidad máxima de arranque 470 A COP 2.85 Límites de voltaje 360/440 V Flujo evaporador 20 L/s Peso en operación 3364 kg Pérdida de carga evaporador 66 kPa Carga de refrigerante 110 kg Consumo compresor 127 kW Longitud/Anchura/Altura 3425/2254/2297 mm
Tabla 6.2.2. Datos ECAT enfriadora 30GX122PH3 de Carrier.
También se incluye a continuación la tabla del comportamiento a carga parcial que por defecto,
nos da el programa para este modelo de enfriadora:
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Análisis de enfriadoras a carga parcial
Figura 6.2.4. Datos ECAT a carga parcial enfriadora 30GX122PH3 de Carrier.
Enfriadora modelo 30RY060 (con módulo hidrónico incorporado) de Carrier
Figura 6.2.5. Enfriadora modelo 30RY060 de Carrier.
Enfriadora de agua conectable a conductos con módulo hidrónico integrado, perteneciente a la
serie 30RY Aquasnap. Diseñada para su instalación interior. Compresor scroll con control
autoadaptativo, ventiladores axiales de bajo nivel sonoro que cambia automáticamente de
velocidad en condiciones de carga parcial o de bajas temperaturas exteriores. Condensador de
carcasa y tubos. Evaporador de placas de expansión directa.
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Análisis de enfriadoras a carga parcial
Módulo hidrónico compuesto por una única bomba centrífuga mixta monocelular, tamiz
desmontable, depósito de expansión, interruptor de flujo de carga, válvula de seguridad,
manómetros y válvulas de purga.
Control por microprocesador supervisa continuamente todos los parámetros del compresor,
ventilador y bomba de agua, de forma que elimina todo riesgo de funcionamiento excesivo de
los compresores en ciclos cortos.
El modelo 100 está compuesto por un circuito frigorífico y 2 compresores scroll conectados que
permiten un control de capacidad en 2 etapas con un paso mínimo del 42% de la capacidad.
Sus características principales son (a las condiciones nominales de 7° C de temperatura de
salida del agua fría y 35° C de temperatura exterior):
Capacidad frigorífica: 58 kW
Potencia absorbida (compresor, ventiladores y circuito de control): 24.5 kW
Volumen de agua: 5.9 L
Caudal de aire: 4720 L/s
Intensidad máxima absorbida( 400V/ 3fases/ 50Hz): 54.3 A
Carga de refrigerante: 11.8 kg
Peso (en funcionamiento con módulo hidrónico): 587kg
Caudal de agua mínimo en el evaporador: 1.46 L
Caudal de agua máximo en el evaporador: 5.8 L
Consumo módulo hidrónimo: 1.1 kW
Límites de funcionamiento:
− Temperatura mínima del aire: -10° C
− Temperatura máxima del aire: 46° C
− Temperatura mínima del agua a la salida del evaporador: 5° C
− Temperatura máxima del agua a la salida del evaporador: 10° C
− Temperatura máxima del agua a la entrada en el evaporador: 30° C al arrancar
Las tablas de capacidad de refrigeración, aportan para este modelo los siguientes parámetros
que especificamos en condiciones nominales de funcionamiento:
− CAP: capacidad frigorífica de 58 kW
− COMP: potencia absorbida por los compresores de 21.1 kW
− UNIT: potencia absorbida por la unidad (compresores, ventiladores y circuito de control) de
24.5 kW
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Análisis de enfriadoras a carga parcial
− COOL: Caudal de agua en el evaporador de 2.77(l/s)
− COOL: Pérdida de presión en el evaporador de 23 kPa
− Presión disponible en la salida de la unidad, con un módulo hidrónico de una sola bomba,
PRES (1) de 132 kPa o con una bomba doble, PRES (2) de 188 kPa.
Estos datos, siempre se dan teniendo en cuenta que el incremento de temperatura del
intercambiador del lado del agua es de 5° C y que el factor de ensuciamiento es 0.44x10-4
(m2K)/W.
modelo seleccionado 30RY060 Datos a plena carga Detalles Capacidad bruta 58 kW Nro de etapas de capacidad 2 Evaporador Mínima etapa de capacidad 42 % Tsalida 7 °C Refrigerante R-407C Delta T 5 kelvin Diámetro conexión agua 2" gas thread mm Tentrada 12 °C Máxima presión lado agua 300 kPa Caudal 2.87 L/s Nro de compresores 2 Factor ensuciamiento 0.044 m2k/kW Tipo de compresor scroll Condensador Velocidad del compresor 48.3 r/s Aire 35 °C Tipo de arrancador Direct Agua/mezcla glicolada Agua Válvula de expansión TXV Altura 0 m Alimentación eléctrica 400-3-50 V/Ph/Hz
Detalles Factor de potencia 0.82 Consumo Absorbido por la unidad 24.1 kW Intensidad a plena carga (Unom) 53.4 A Consumo Bomba del evaporador 2.39 kW Intensidad máxima de arranque 162.9 A COP 2.77 Límites de voltaje 360/440 V Flujo evaporador 22 L/s Peso en operación 600 kg Pérdida de carga evaporador 146 kPa Carga de refrigerante 11.8 kg Consumo compresor 21.1 kW Longitud/Anchura/Altura 2071/1081/1329 mm
Tabla 6.2.3. Datos ECAT enfriadora 30RY060 de Carrier.
A continuación se muestra la tabla del comportamiento a carga parcial que por defecto, nos da
el programa para este modelo de enfriadora:
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Análisis de enfriadoras a carga parcial
Figura 6.2.6. Datos ECAT a carga parcial enfriadora 30RY060 de Carrier.
Enfriadora modelo 30RA100 (con módulo hidrónico incorporado) de Carrier
Figura 6.2.7. Enfriadora modelo 30RA100 de Carrier. Enfriadora de líquido perteneciente a la serie 30RB Aquasnap Puron de Carrier con compresor
scroll, ventiladores axiales de bajo nivel sonoro. Equipada con módulo hidrónico integrado
(opcional) de bajo nivel sonoro y vibración. Las baterías del condensador están dispuestas en
forma de V con un ángulo abierto para la circulación silenciosa del aire. Evaporador carcasa y
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Análisis de enfriadoras a carga parcial
tubo de expansión directa. Dispositivo electrónico de expansión EXV que permite el
funcionamiento a menores presiones de condensación, optimizando el EER. Control por
microprocesador supervisa continuamente todos los parámetros.
El modelo 402 está compuesto por dos circuitos frigoríficos y 6 compresores scroll (tres por
cada circuito) que conectados en paralelo, permiten un control de capacidad en 6 etapas con
un paso mínimo del 17% de la capacidad.
Sus características principales son (a las condiciones nominales de 7° C de temperatura de
salida del agua fría y 35° C de temperatura exterior):
Capacidad frigorífica: 97 kW
Potencia absorbida (compresor, ventiladores y circuito de control): 35.2 kW
Volumen mínimo de agua: 245 L (Capacidad frigorífica(kW)·2.5 (L))
Caudal de aire: 8165 L/s
Intensidad máxima absorbida( 400V/ 3fases/ 50Hz)=229 A
Carga de refrigerante: 10 kg (circuito A) y 14 kg (circuito B)
Peso (en funcionamiento): 1075kg
Límites de funcionamiento:
− Temperatura mínima del aire: -10° C
− Temperatura máxima del aire: 46° C
− Temperatura mínima del agua a la salida: 5° C
− Temperatura máxima del agua a la salida: 15° C
Las tablas de capacidad de refrigeración, dan para cada modelo y en función de la temperatura
del agua a la salida y de la temperatura del aire a la entrada del condensador, los siguientes
parámetros:
− CAP: capacidad frigorífica de 97 kW
− COMP: potencia absorbida por los compresores de 35.2 kW
− UNIT: potencia absorbida por la unidad (compresores, ventiladores y circuito de control) de
37.6 kW
− COOL: Caudal de agua en el evaporador de 4.65 (l/s)
− COOL: Pérdida de presión en el evaporador de 33 kPa
− Presión disponible en la salida de la unidad, con un módulo hidrónico de una sola bomba,
PRES (1) de 114 kPa o con una bomba doble, PRES (2) de 157 kPa.
232
Análisis de enfriadoras a carga parcial
Estos datos, siempre se dan teniendo en cuenta que el incremento de temperatura del
intercambiador del lado del agua es de 5° C y que el factor de ensuciamiento es 0.44x10-4
(m2K)/W.
modelo seleccionado 30RA100 Datos a plena carga Detalles Capacidad bruta 98 kW Nro de etapas de capacidad 3 Evaporador Mínima etapa de capacidad 25 % Tsalida 7 °C Refrigerante R-407C Delta T 5 kelvin Diámetro conexión agua 2" gas thread mm Tentrada 12 °C Máxima presión lado agua 300 kPa Caudal 4.78 L/s Nro de compresores 3 Factor ensuciamiento 0.044 m2k/kW Tipo de compresor scroll Condensador Velocidad del compresor 48.3 r/s Aire 35 °C Tipo de arrancador Direct Agua/mezcla glicolada Agua Válvula de expansión TXV Altura 0 m Alimentación eléctrica 400-3-50 V/Ph/Hz
Detalles Factor de potencia 0.82 Consumo Absorbido por la unidad 37.4 kW Intensidad a plena carga (Unom) 83.5 A Consumo Bomba del evaporador 2.61 kW Intensidad máxima de arranque 229 A COP 4.65 Límites de voltaje 360/440 V Flujo evaporador 28 L/s Peso en operación 1112 kg Pérdida de carga evaporador 111 kPa Carga de refrigerante 24 kg Consumo compresor 35.2 kW Longitud/Anchura/Altura 2071/2278/1329 mm
Tabla 6.2.4. Datos ECAT enfriadora 30RA100 de Carrier.
Se incluye a continuación la tabla del comportamiento a carga parcial que por defecto, nos da
el programa de selección para este modelo 30RA100 de enfriadora:
233
Análisis de enfriadoras a carga parcial
Figura 6.2.8. Datos ECAT a carga parcial enfriadora 30RY060 de Carrier.
Enfriadora modelo 30HXC120PH3 de Carrier
Figura 6.2.9. Enfriadora modelo 30HXC120PH3 de Carrier.
Enfriadora de líquido de condensación por agua montada en fábrica en un solo conjunto
perteneciente a la serie 30HX.
234
Análisis de enfriadoras a carga parcial
Compresores de tornillos gemelos semiherméticos con silenciador interno y válvula de
retención. Cada compresor estará equipado con una válvula de cierre en la descarga. El control
de capacidad se realiza por válvula de solenoide accionada por piloto, capaz de reducir la
capacidad de la unidad al 20% de la de plena carga. La refrigeración del motor se realiza por
inyección directa de líquido.
La unidad tiene un solo evaporador tipo carcasa y tubo con cabezales desmontables y se podrá
limpiar mecánicamente. El diseño incorpora dos circuitos independientes de refrigerante y un
sistema de control del nivel de refrigerante. Posee un solo condensador tipo carcasa y tubo con
cabezales desmontables que se podrá limpiar mecánicamente. Los componentes del circuito
de refrigerante incluyen separadores de aceite, dispositivos limitadores de la presión en los
lados de alta y baja presión, válvulas de cierre en las líneas de descarga y de líquido, filtros
secadores, visores con indicadores de humedad y dispositivos electrónicos de expansión.
El modelo 120 está compuesto por dos circuitos de refrigerante independientes. El segundo
entra en servicio automáticamente cuando falla el primero, manteniendo refrigeración parcial en
cualquier circunstancia. Tienen 6 compresores scroll (tres por cada circuito) que conectados en
paralelo, permiten un control de capacidad en 6 etapas con un paso mínimo del 17% de la
capacidad.
Control de capacidad basado en la temperatura de salida del fluido enfriado, con detección de
la temperatura de retorno del fluido.
Control por microprocesador: Se vigila continuamente la temperatura de salida del agua para
detectar variaciones de carga y caudal. Posibilidad de utilizar dos puntos de consigna para la
temperatura de salida del agua enfriada activados mediante una señal de cierre de contactos
remotos.
Sus características principales son (a las condiciones nominales de 7° C de temperatura de
salida del agua fría y 35° C de temperatura de salida del agua del condensador):
Capacidad frigorífica: 412 kW
Potencia absorbida (compresor, ventiladores y circuito de control): 86 kW
Volumen neto de agua en el evaporador: 65 L
Volumen neto de agua en el condensador: 78 L
Intensidad máxima absorbida( 400V/ 3fases/ 50Hz): 267 A
Carga de refrigerante: 49 kg (circuito A) y 52 kg (circuito B)
Peso (en funcionamiento):2615bkg
Límites de funcionamiento:
− Temperatura mínima del agua a la entrada al condensador: 4 ° C
− Temperatura máxima del agua a la entrada al condensador: 50 ° C
235
Análisis de enfriadoras a carga parcial
− Temperatura mínima del agua a la salida del evaporador: 4° C
− Temperatura máxima del agua a la salida del evaporador: 15° C
Para la serie 30HX los catálogos no dan tablas de capacidad de refrigeración en función de
distintas temperaturas de entrada o salida del agua al evaporador/condensador.
modelo seleccionado 30HXC120PH3 Datos a plena carga 425 Detalles Capacidad bruta kW Nro de etapas de capacidad 6 Evaporador 7 Mínima etapa de capacidad 21 % Tsalida 5 °C Refrigerante R-134a Delta T 12 kelvin Diámetro conexión agua 141.3 mm Tentrada 19.11 °C Máxima presión lado agua 1000 kPa Caudal 0.04403 L/s Nro de compresores 2 Factor ensuciamiento Agua m2k/kW Tipo de compresor tornillo Condensador Velocidad del compresor 49 r/s Agua/Aire Agua Tipo de arrancador WYE/DELTA Tentrada 30 °C Válvula de expansión EXV Delta T 5 kelvin Alimentación eléctrica 400-3-50 V/Ph/Hz
Tsalida 35 °C Factor de potencia 0.87
Factor ensuciamiento 0.04403 m2k/kW Intensidad a plena carga (Unom) 213 A
Consumo Absorbido por la unidad 86 kW Intensidad máxima de
arranque 267 A
Consumo Bomba del evaporador 3.09 Límites de voltaje 360/440 V
COP 4.92 L/s Peso en operación 2615 kg Flujo evaporador 20.5 kPa Carga de refrigerante 101 kg Pérdida de carga evaporador 46 kW Consumo compresor 24.1 kW Longitud/Anchura/Altura 3275/980/1816 mm
Tabla 6.2.5. Datos ECAT enfriadora 30HXC120PH3 de Carrier.
La tabla del comportamiento a carga parcial que por defecto, nos da el programa ECAT para
este modelo de Carrier, se muestra en la siguiente figura:
236
Análisis de enfriadoras a carga parcial
Figura 6.2.10. Datos ECAT a carga parcial enfriadora 30HXC120PH3 de Carrier.
A continuación se muestran las tablas de datos a carga parcial de capacidad frigorífica,
potencia absorbida por la unidad (ya hemos visto anteriormente que no es el certificado por
Eurovent porque no incluye el consumo de la bomba) y EER de estas enfriadoras
seleccionadas.
En el software de selección de enfriadoras de Carrier, se indica que los datos a plena carga
están basados en la certificación de Eurovent. Sin embargo, hay que tener en cuenta que las
capacidades parciales (en %) como se muestra a continuación, no se corresponden con la
definición vista en este estudio y la certificada según Eurovent. No podemos deducir cómo se
obtienen estas capacidades parciales según Carrier por falta de datos:
Enfriadora modelo 30GX122PH3 de Carrier Capacidad
Parcial Carrier
Temperatura de entrada
Pf bruta
f.c.p (Pf_bruta)
Pf bruta
CarrierPc
unidadPc
unidad Pc
unidad Carrier
EER
(%) (°C) (kW) (%) (%) (kW) (%) (%) 100 35 418 100 100 141 97.24 100 2.964587 32.1 367 88.65 88 119 82.07 84 3.084071 28.6 315 76.09 75 92 63.45 65 3.423946 23.1 225 54.35 54 53 36.55 37.4 4.245332 20 157 37.92 37.5 34.4 23.72 24.3 4.564019 17.2 114 27.54 27.1 26.8 18.48 18.9 4.2537
Tabla 6.2.6. Enfriadora modelo 3GX122PH3 de Carrier a carga parcial.
237
Análisis de enfriadoras a carga parcial
Enfriadora modelo 30RY060 de Carrier Capacidad
Parcial Carrier
Temperatura de entrada
Pf bruta
f.c.p (Pf_bruta)
Pf bruta
CarrierPc
unidadPc
unidad Pc
unidad Carrier
EER
(%) (°C) (kW) (%) (%) (kW) (%) (%) 100 35 58 100 100 23.5 97.51 100 2.468142 22.2 41.9 72.24 62 10.4 43.15 54 4.0288
Tabla 6.2.7. Enfriadora modelo 30RY060 de Carrier a carga parcial.
Enfriadora modelo 30RA100 de Carrier Capacidad
Parcial Carrier
Temperatura de entrada
Pf bruta
f.c.p (Pf_bruta)
Pf bruta
CarrierPc
unidadPc
unidad Pc
unidad Carrier
EER
(%) (°C) (kW) (%) (%) (kW) (%) (%) 100 35 97 98.98 100 37.6 100.53 100 2.579865 27.3 84 85.71 87 22.8 60.96 61 3.684225 18.5 42 42.86 43.1 8.48 22.67 22.5 4.9528
Tabla 6.2.8. Enfriadora modelo 30RA100 de Carrier a carga parcial.
Enfriadora modelo 30HXC120PH3 de Carrier Capacidad
Parcial Carrier
Temperatura de entrada
Pf bruta
f.c.p (Pf_bruta)
Pf brutaCarrier
Pc unidad
Pc unidad
Pc unidad Carrier
EER
(%) (°C) (kW) (%) (%) (kW) (%) (%) 100 30 427 100 100 80 93.02 100 5.337586 28 360 84.71 84 67 77.91 84 5.373171 25.9 287 67.53 67 55 63.95 68 5.218250 23 225 52.94 53 35 40.70 43.8 6.428636 21 150 35.29 35.1 23.2 26.98 29 6.465521 18.9 131 30.82 30.6 19.4 22.56 24.3 6.7526
Tabla 6.2.9. Enfriadora modelo 30HXC120PH3 de Carrier a carga parcial.
En estas tablas, vemos que la primera columna corresponde a la capacidad parcial de la
máquina según Carrier. Sin embargo, como ya se ha comentado, no se puede deducir, por falta
de datos, cómo se han realizado estos cálculos, ni para el caso de la capacidad frigorífica ni
para la potencia consumida.
Se ha de notar, que en este programa de selección, los datos de carga parcial se refieren todos
a la capacidad frigorífica bruta.
Ya se vio en el Capítulo 3 la definición de Régimen de carga (LR) o Factor de Carga Parcial
(f.c.p), como la razón entre la capacidad frigorífica demandada (a carga parcial) y condiciones
reducidas de temperatura de entrada del agua o aire en el condensador y la capacidad
frigorífica a las condiciones definidas estándar (a plena carga y condiciones nominales de
temperatura), es decir:
)_(min_)_(arg_
..EuroventscondicionealnoP
scondicioneotrasaparcialcPpcf
f
f= (6.2.1)
238
Análisis de enfriadoras a carga parcial
Pero también se puede definir el factor de carga parcial como la razón entre la capacidad
frigorífica demandada (a carga parcial) y condiciones reducidas de temperatura de entrada del
agua o aire en el condensador y la capacidad frigorífica máxima que puede dar la enfriadora a
las mismas condiciones reducidas de temperatura.
)_(_
)_(arg_..
scondicioneotrasmáximoPscondicioneotrasaparcialcP
pcff
f= (6.2.2)
Por último, se puede definir el factor de carga parcial como la razón entre la capacidad
frigorífica demandada (a carga parcial) y condiciones nominales de temperatura y la capacidad
frigorífica a las condiciones definidas estándar (a plena carga y condiciones nominales de
temperatura), es decir.
)_(min_
)_(arg_..
EuroventscondicionealnoPEuroventscondicioneaparcialcP
pcff
f= (6.2.3)
Aquí radica una de las principales trabas en este análisis y es que no hay unidad de criterios;
cada fabricante o entidad toma la referencia que considera oportuna. De hecho, incluso la
mayoría de las veces que se dan datos relativos a funcionamiento a carga parcial, ni si quiera
se especifica en que condiciones están medidas estas capacidades frigoríficas. Incluso en los
equipos de tipo inverter, se está comenzando a dar un dato de factor de carga parcial referido a
la velocidad de giro del compresor a plena carga o a carga parcial, lo cual no guarda ninguna
relación con los términos anteriores. Otros fabricantes consideran, que si la unidad tiene dos
compresores y sólo está funcionando uno, implica que la unidad trabaja al 50% de su
capacidad, lo cual no es cierto.
Independientemente de las condiciones de referencia de temperatura a las que se midan las
capacidades frigoríficas a plena carga y a carga parcial, cuando una máquina funciona al 50%
de su capacidad, quiere decir, que si esta máquina puede dar un máximo de 100 kW de
capacidad frigorífica, está dando 50 kW.
Nótese que la fórmula adoptada para calcular el factor de carga parcial en las tablas anteriores
ha sido la (6.2.1), aunque tal vez, ésta sea la definición menos coherente, ya que quizá sea
más lógico que ambas capacidades frigoríficas estén medidas a las mismas condiciones, como
sucede en las otras dos definiciones y además, mediante esta primera definición, podrían darse
factores de carga parcial superiores a la unidad, lo cual parece poco representativo de una
medida de carga parcial.
Por tanto, se han tomado a continuación datos referidos a las condiciones estándar de
Eurovent y así poder obtener información relativa al funcionamiento a carga parcial según la
fórmula (6.2.3). Veamos una muestra de la tabla de datos a carga parcial aportada por el
239
Análisis de enfriadoras a carga parcial
programa ECAT para una de las enfriadoras bajo estudio, cuando se toman condiciones de
temperatura estándar (temperatura de salida del agua del evaporador: 7º C y temperatura del
aire exterior 35º C). Se han variando las etapas de carga parcial según Carrier, que se pueden
introducir manualmente, para poder conseguir suficientes puntos para su representación. Estas
tablas de datos se pueden consultar en el Anexo III.
Figura 6.2.11. Enfriadora modelo 30HXC120PH3 de Carrier a carga parcial.
Se representan a continuación las gráficas de capacidad frigorífica bruta (kW), potencia
absorbida por la unidad (kW) y EER en función del factor de carga parcial para los cuatro
modelos de enfriadoras seleccionadas.
Para el primer modelo de enfriadora, la 30GX122PH3 de Carrier, para la gráfica de capacidad
frigorífica bruta, se observa que sigue un comportamiento bastante lineal desde un factor de
carga parcial de 0.215 hasta 1.
La gráfica de potencia absorbida por la unidad (sin tener en cuenta el consumo de la bomba)
sigue un comportamiento de forma que el consumo aumenta con el factor de carga parcial. Sin
embargo se produce una caída muy brusca del consumo para un factor de carga de 0.91, que
no se explica y que pudiera deberse a un error en los datos.
240
Análisis de enfriadoras a carga parcial
Modelo 30GX122PH3 Carrier
50100150200250300350400450
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Factor de Carga Parcial
Capa
cida
d fri
gorí
fica
brut
a (k
W)
Figura 6.2.12. Capacidad frigorífica bruta (kW) frente al Factor de Carga Parcial
para el modelo 30GX122PH3 de Carrier.
Modelo 30GX122PH3 Carrier
20
40
60
80
100
120
140
160
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Factor de Carga Parcial
Pot
enci
a ab
sorb
ida
unid
ad
(kW
)
Figura 6.2.13. Potencia absorbida unidad (kW) frente al Factor de Carga Parcial
para el modelo 30GX122PH3 de Carrier.
En la gráfica siguiente del EER frente al factor de carga, se observan 4 zonas de eficiencia: de
0.21 a 0.5 de carga parcial el EER aumenta al aumentar la carga; para un factor de carga de
0.5 a 0.6 el EER disminuye al aumentar la carga; entre el 0.7 y el 0.9 de factor de carga
aproximadamente, el EER se mantiene bastante inalterable con la carga parcial y a partir de
0.9 de factor de carga, de nuevo el EER aumenta con la carga. Se vio que esta máquina tiene
6 etapas de capacidad y dos compresores de tipo tornillo. Es probable que el máximo de
eficiencia que se produce, corresponda al momento en el que un compresor trabaja a plena
carga y después, empieza a decaer al entrar en funcionamiento el segundo compresor.
También parece que el primer compresor utiliza solamente dos etapas de capacidad y el
segundo compresor emplea las otras cuatro.
241
Análisis de enfriadoras a carga parcial
Modelo 30GX122PH3 Carrier
2,42,62,83,03,23,43,63,84,0
0,2 0,4 0,6 0,8 1
Factor de Carga Parcial
EER
Figura 6.2.14. EER frente al Factor de Carga Parcial para el modelo 30GX122PH3 de
Carrier.
Es interesante observar que, por ejemplo en este modelo, el EER a carga parcial toma valores
desde un 2.6 hasta un 3.2, lo cual supone una diferencia importante, cuando estamos hablando
de una máquina con una capacidad frigorífica neta de 414 kW en condiciones nominales. Si
hallásemos el ESEER, puede ser que éste sea superior al EER en condiciones nominales, pero
lo que está claro es que el EER es un parámetro insuficiente. La máquina, la mayor parte del
tiempo funcionará fuera de las condiciones nominales y según este gráfico, observamos que si
esta máquina funciona al 50% tendrá un EER entorno al 3.2, muy distinto del 2.8 al que
funcionaría al 85% de la carga o del 2.6 si funcionase al 20% de su capacidad.
Para la segunda enfriadora de Carrier modelo 30RY060, vemos la gráfica de capacidad
frigorífica bruta frente al factor de carga, que sigue un comportamiento lineal y cuyo mínimo
factor de carga disponible según los datos proporcionados es de 0.6.
242
Análisis de enfriadoras a carga parcial
Modelo RY060 Carrier
30
35
40
45
50
55
60
0,2 0,4 0,6 0,8 1
Factor de Carga
Cap
acid
ad fr
igor
ífica
bru
ta
(kW
)
Figura 6.2.15. Capacidad frigorífica bruta (kW) frente al Factor de Carga Parcial
para el modelo 30RY060 de Carrier.
La gráfica de potencia absorbida por la unidad (sin tener en cuenta el consumo de la bomba)
sigue un comportamiento de forma que el consumo aumenta con el factor de carga parcial de
forma lineal.
Modelo 30RY060 Carrier
101214161820222426
0,2 0,4 0,6 0,8 1
Factor de Carga Parcial
Pot
enci
a ab
sorb
ida
unid
ad
(kW
)
Figura 6.2.16. Potencia absorbida unidad frente al Factor de Carga Parcial para el
modelo 30RY060 de Carrier.
243
Análisis de enfriadoras a carga parcial
Modelo 30RY060 Carrier
2,52,52,62,62,72,72,82,82,9
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Factor de Carga Parcial
EER
Figura 6.2.17. EER frente al Factor de Carga Parcial para el modelo 30RY060 de
Carrier.
En la gráfica del EER frente al factor de carga, vemos que en este caso el EER disminuye todo
el tiempo al aumentar el factor de carga. De hecho, sorprende que el mínimo corresponda al
punto de plena carga. Este modelo de enfriadora posee dos compresores scroll conectados y
su mínima etapa de capacidad es del 42% según Carrier y del 60% según nuestro criterio.
Para la siguiente enfriadora de Carrier modelo 30RA100, vemos la gráfica de capacidad
frigorífica bruta frente al factor de carga, que sigue un comportamiento lineal y cuyo mínimo
factor de carga disponible según los datos proporcionados es de 0.35.
Modelo 30RA100 Carrier
30
40
50
60
70
80
90
100
0,2 0,4 0,6 0,8 1
Factor de Carga Parcial
Capa
cida
d fri
goríf
ica
brut
a (k
W)
Figura 6.2.18. Capacidad frigorífica bruta (kW) frente al Factor de Carga Parcial
para el modelo 30RA100 de Carrier.
244
Análisis de enfriadoras a carga parcial
La gráfica de potencia absorbida por la unidad (sin tener en cuenta el consumo de la bomba)
sigue un comportamiento de forma que el consumo aumenta con el factor de carga parcial y se
pueden distinguir dos tendencias distintas en la pendiente de esta curva, de forma que para un
factor de carga superior a 0.8 la pendiente de esta curva es mayor, por lo que el consumo
aumentará de forma más acusada en ese intervalo.
Modelo 30RA100 Carrier
10
15
20
25
30
35
40
0,2 0,4 0,6 0,8 1
Factor de Carga Parcial
Pote
ncia
Abs
orbi
da u
nida
d (k
W)
Figura 6.2.19. Potencia Absorbida unidad (kW) frente al Factor de Carga Parcial
para el modelo 30RA100 de Carrier.
Modelo 30RA100 Carrier
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9
3,0
3,1
0,2 0,4 0,6 0,8 1
Factor de Carga Parcial
EER
Figura 6.2.20. EER frente al Factor de Carga Parcial para el modelo 30RA100 de
Carrier.
En la gráfica del EER frente al factor de carga, se observan aproximadamente 4 zonas de
eficiencia: de 0.35 a 0.5 de carga parcial, el EER disminuye al aumentar la carga; para un
factor de carga de 0.5 a 0.6 el EER aumenta al aumentar la carga; entre el 0.7 y el 0.8 de factor
de carga aproximadamente, el EER disminuye al aumentar la carga, varía muy poco con la
245
Análisis de enfriadoras a carga parcial
carga parcial y a partir de 0.8 de factor de carga, de nuevo el EER disminuye con la carga, esta
vez con una pendiente bastante acusada, alcanzando el mínimo al 100% de la carga. Se vio
que esta máquina tiene 3 etapas de capacidad y dos compresores scroll. Es probable que el
máximo de eficiencia que se produce entorno al 50%, corresponda al momento en el que un
compresor trabaja a plena carga.
A continuación se representan las gráficas para la última enfriadora, el modelo 30HXC120PH3
de Carrier condensada por agua. Vemos la gráfica de capacidad frigorífica bruta frente al factor
de carga, que sigue un comportamiento lineal y cuyo mínimo factor de carga disponible según
los datos proporcionados, es de 0.05.
Modelo 30HXC120PH3 Carrier
050
100150200250300350400450
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Factor de Carga Parcial
Capa
cida
d fri
gorí
fica
brut
a (k
W)
Figura 6.2.21. Capacidad frigorífica bruta frente al Factor de Carga Parcial para el
modelo 30HXC120PH3 de Carrier.
Modelo 30HXC120PH3 Carrier
20
30
40
50
60
70
80
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Factor de Carga Parcial
Pot
enci
a ab
sorb
ida
unid
ad
(kW
)
Figura 6.2.22. Potencia absorbida unidad frente al Factor de Carga Parcial para el
modelo 30HXC120PH3 de Carrier.
246
Análisis de enfriadoras a carga parcial
La gráfica de potencia absorbida por la unidad (sin tener en cuenta el consumo de la bomba)
está dividida en 2 zonas: en la primera parte, desde el 0.05 al 0.3 de factor de carga, el
consumo disminuye al aumentar la carga, lo cual nos hace dudar de la bondad de estos datos;
en la segunda zona, se sigue un comportamiento de forma que el consumo aumenta con el
factor de carga parcial y se pueden distinguir dos tendencias distintas en la pendiente de esta
curva, de forma que para un factor de carga superior a 0.6 la pendiente de esta curva es menor
que en el intervalo del 0.3 al 0.6 del factor de carga.
Modelo 30HXC120PH3 Carrier
0,1
1,1
2,1
3,1
4,1
5,1
6,1
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Factor de Carga Parcial
EER
Figura 6.2.23. EER frente al Factor de Carga Parcial para el modelo 30HXC120PH3
de Carrier.
En la gráfica del EER frente al factor de carga, se observan aproximadamente 4 zonas de
eficiencia: de 0.05 a 0.3 del factor de carga, el EER aumenta al aumentar la carga; para un
factor de carga de 0.3 a 0.5 el EER aumenta al aumentar la carga con una pendiente menos
acusada; entre el 0.5 y el 0.6 de factor de carga, el EER disminuye bruscamente al aumentar la
carga y a partir de 0.6 de factor de carga, de nuevo el EER aumenta con la carga, alcanzando
el máximo al 100% de la carga. Se vio que esta máquina tiene 6 etapas de capacidad y dos
compresores de tipo tornillo. Es probable que el máximo de eficiencia que se produce entorno
al 50%, corresponda al momento en el que un compresor trabaja a plena carga.
En la siguiente gráfica se van a representar conjuntamente para los tres modelos condensados
por aire, el EER frente al factor de carga parcial y seguidamente una gráfica donde aparecen
EER frente al factor de carga parcial para los cuatro modelos, para poder comparar entre que
órdenes de magnitud difieren unas de otras
247
Análisis de enfriadoras a carga parcial
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
0,2 0,4 0,6 0,8 1
Factor de Carga Parcial
EER
Modelo 30GX122PH3 Modelo 30RA100 Modelo 30RY060
Figura 6.2.24. EER frente al Factor de Carga Parcial para los modelos condensados
por aire.
En esta gráfica se comprueba, que según las condiciones reales de carga parcial a las que
vaya a funcionar la planta enfriadora, nos interesa más un equipo que otro. Se distingue
claramente el comportamiento de la curva de eficiencia para los modelos con compresor scroll
(30RA100 y 30RY060) frente al modelo 30GX122PH3, con compresor de tornillo. Vemos que el
modelo 30RY060 es el que tiene peor eficiencia para todo el rango del factor de carga y que el
modelo 30RA100, tiene un EER, entorno a 3, bastante invariable con la carga en el rango
desde 0.35 hasta 0.8 aproximadamente.
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
0,2 0,4 0,6 0,8 1
Factor de Carga Parcial
EER
Modelo 30GX122PH3 Modelo 30RA100Modelo 30RY060 Modelo 30HXC120PH3
Figura 6.2.25. EER frente al Factor de Carga Parcial para los cuatro modelos.
Vemos que las curvas de los modelos con compresor de tornillo, el 30GX122PH3 y
30HXC120PH3, siguen un comportamiento muy similar, aunque, como se ha visto a lo largo de
248
Análisis de enfriadoras a carga parcial
nuestro estudio en repetidas ocasiones, la enfriadora condensada por agua, presenta unos
valores de eficiencia muy superiores a las demás.
En la siguiente gráfica vemos, para los tres modelos de enfriadoras condensadas por aire, la
representación de la capacidad frigorífica bruta entre la capacidad frigorífica bruta en
condiciones nominales en función del factor de carga parcial, teniendo en cuenta que las
temperaturas de las fuentes deben ser las mismas, para poder comparar los datos.
0,150,250,350,450,550,650,750,850,951,05
0,2 0,4 0,6 0,8 1Factor de Carga Parcial
Pf_
brut
a/Pf
_bru
ta_n
omin
al
Modelo 30GX122PH3 Modelo 30RA100 Modelo 30RY060
Figura 6.2.26. Capacidad frigorífica bruta/Capacidad frigorífica bruta nominal frente
al Factor de Carga Parcial.
Para los tres modelos de enfriadoras condensadas por aire, se representa la potencia
absorbida por la unidad entre la potencia absorbida por la unidad en condiciones nominales en
función del factor de carga parcial:
0,150,250,350,450,550,650,750,850,951,05
0,2 0,4 0,6 0,8 1
Factor de Carga Parcial
Pc_
udad
/Pc_
udad
_nom
inal
Modelo 30GX122PH3 Modelo 30RA100 Modelo 30RY060
Figura 6.2.27. Potencia absorbida unidad/Potencia absorbida unidad nominal frente
al Factor de Carga Parcial.
249
Análisis de enfriadoras a carga parcial
Por último, para los tres modelos de enfriadoras condensadas por aire, se representa el EER
inales en función del factor de carga pentre el EER en condiciones nom arcial.
a su
eficiencia que esta
1,4
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0,2 0,4 0,6 0,8 1
Factor de Carga Parcial
EER/
EER
_nom
inal
Modelo 30GX122PH3 Modelo 30RA100 Modelo 30RY060
Figura 6.2.28. EER/EER nominal frente al Factor de Carga Parcial.
En esta gráfica observamos que, la enfriadora que mejor eficiencia tiene respecto
en condiciones nominales es la 30RA100, lo cual parece coherente, ya
enfriadora con compresor scroll, tenía su EER mínimo en condiciones nominales, luego,
podemos decir que, esta enfriadora presenta mucha mejor eficiencia en condiciones de carga
parcial. Lo mismo le sucede, aunque en menor medida, a la enfriadora 30RY060, que presenta
también un buen comportamiento fuera de las condiciones nominales. La enfriadora
30GX122PH3 con compresores tornillo, es la que presenta una eficiencia más ajustada a su
valor nominal, aunque en este caso (no vamos a tener en cuenta el pico que ya se observó en
las gráficas anteriores, y que es probable que se deba a un error). Para esta enfriadora, se ve
que entre 0.6 (aproximadamente) y 1 de factor de carga parcial, su eficiencia es inferior a la
nominal, pero entre 0.3 y 0.6, también presenta una eficiencia superior a la nominal.
6.3 Análisis de la eficiencia a carga parcial
Como vimos en el Capítulo 4, el ESEER se calcula de la siguiente manera:
%25%50%75%100 ⋅+⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅= DEERCEERBEERAESEER (6.3.1)
Siguiendo la siguiente tabla de condiciones de carga parcial:
250
Análisis de enfriadoras a carga parcial
ESEERRégimen de carga
Temperatura del aire (° C)
Temperatura del agua (° C)
Coeficientes de ponderación
100 35 30 3%75 30 33%2650 25 22 41%25 20 18 23%
Tabla 6.3.1. Condic s de re ncia y coe entes de p ración para el cálculo
del ESE
es tal que el fabricante tiene que rellenar ún el número de etapas de la enfriadora
de forma que se calcula el EER para cada punto de carga parcial, obteniéndose finalmente el
vel de su capacidad a la temperatura de entrada del agua al
condensador, que figura en la tabla 3, para el 25, 50 y 75%. A modo de ejemplo, vamos a
ione fere fici onde
ER.
Se vio también, que el procedimiento a seguir, para la certificación del ESEER según Eurovent,
una tabla, seg
valor del ESEER ponderado.
Si la unidad no puede ponerse al 25, 50 o 75% de capacidad, entonces, ésta debe ponerse lo
más cerca posible de este ni
calcular el ESEER del modelo de enfriadora 30HXC120PH3 de Carrier, condensada por agua,
en función de los datos a carga parcial obtenidos mediante el ECAT:
Figura 6.3.1. Obtención de los datos del EER a carga parcial y condiciones Eurovent
para el cálculo del ESEER.
251
Análisis de enfriadoras a carga parcial
Como en este caso, la unidad no puede ponerse al 25%, es necesario calcular el punto D
l mínimo de capacidad, lo más ceempleando los datos del punto a rca del 25% de capacidad.
ta
Sin embargo aquí surge la problemática y es que, como podemos ver en las dos últimas filas
de la siguiente tabla, la carga parcial más próxima al 25% que podemos seleccionar con es
enfriadora a una temperatura de entrada del agua al condensador de 18º C, como nos indica la
certificación, es del 54%, obteniéndose, consecuentemente un EER de 7.6, valor que
claramente no es representativo de la eficiencia de la máquina enfriadora funcionando al 25%
de su capacidad. Si por el contrario, forzamos la máquina a dar realmente el 25% de su
capacidad, es decir 107 kW, el programa nos fuerza a tener una temperatura de entrada del
agua al condensador de 32º C, obteniéndose un EER para esta etapa de 3.6, que parece
demasiado bajo en comparación con los valores de EER que presenta la máquina en las otras
etapas.
T de entrada Capacidad Capacidad Pabs Pabs al condensador
frigorífica bruta
frigorífica EER bruta unidad unidad
°C kW % kW % 30 428 100 79 100 5 .417726 321 75 58 73.4 5.5345 22 214 50 32.1 40.63 6.6667 32 107 25 29.7 37.59 3.6027 18 235 54 30.9 39.11 7.6052
Tabla 6.3.2. Obtención de lo tos del E arg cia d Eurovent
para el cálculo del R del m lo 30 20PH3 de Carrier.
temperatura nuación el
ESEER alternativamente con los dos valores que disponemos para el punto D.
s da ER a c a par l y con iciones
ESEE ode HXC1
Como no disponemos de ese valor concreto de EER al 25% de la carga y para una
de entrada del agua al condensador de 18º C, hemos calculado a conti
Cálculo ESEER 30HXC120PH3 (opción 1) coeficientes EER
A 0,03 100% 5,4177 0,1625316 B 0,33 75% 5,5345 1,8263793 C 0,41 50% 6,6667 2,7333333 D 0,23 25% 3,6027 0,8286195 ESEER 5,5508638
Cálc ESEER 30 20PH3 (op ) ulo HXC1 ción 2 coe tes EER ficien
A 0,03 100% 5,4177 0,1625316 B 0,33 75 % 5,5345 1,8263793 C 0,41 50% 6,6667 2,7333333 D 0,23 25% 7,6052 1,7491909 ESEER 6,4714352
Tabla 6.3 . Obtenció ESEER de elo 30 P ier. .3 n del l mod HXC120 H3 de Carr
252
Análisis de enfriadoras a carga parcial
Vemos que tomando un valor y otro se obtiene un diferencia EE n punto, lo
cual, te , no
es en absoluto despreciable.
ra la obtención de un parámetro de eficiencia de este tipo, sin
dejar lagunas poco claras o abiertas, así como la utilidad de que la información que aporten los
para la
rar el
Aparatos de potencia fija: Aquel que no tiene la posibilidad de cambiar
compresores funcionando secuencialmente, mediante
tencia reducida no está en el intervalo del 40 al 60% de la potencia
a en el ES R de casi u
niendo en cuenta que la enfriadora tiene una capacidad frigorífica bruta de 428 kW
Este cálculo ha sido de utilidad para demostrar la importancia de la claridad en la exposición
del procedimiento a seguir pa
fabricantes se corresponda con las necesidades para realizar estos análisis con éxito.
El procedimiento a seguir , para el cálculo de un coeficiente de eficiencia a carga parcial según
la UNE-CEN/TS 14825 (Norma Española experimental, para “Acondicionadores de aire,
enfriadoras de líquido y bombas de calor con compresor accionado eléctricamente
calefacción y refrigeración de locales-Ensayos y clasificación en condiciones de carga parcial”)
que ya se mencionó en el Capítulo 4, es algo diferente y solamente contempla el concepto de
“EER50%” ( EER de un aparato cuando este entrega el 50% de su potencia evaluada), que
según nuestra opinión, resulta totalmente insuficiente, ya que como hemos podido ver a lo
largo de este capítulo, resulta evidente que, sólo un porcentaje de carga parcial (como, por
ejemplo, el 50%) no es suficiente para representar el comportamiento a carga parcial.
Esto es así solamente cuando hay un sólo compresor por enfriadora o varios circuitos
idénticos. Pero una parte importante de las enfriadoras existentes en el mercado tienen varios
compresores y unos circuitos frigoríficos complejos con el fin precisamente de mejo
rendimiento a carga parcial.
Algunos aspectos interesantes que se mencionan en esta Norma experimental UNE-CEN/TS
14825, es definir y hacer una distinción entre el procedimiento a seguir en el caso de que sean:
automáticamente (entre al menos, dos pasos de manera continua) la cantidad de refrigerante
circulando a través del sistema.
Aparatos de potencia variable controlada por pasos: Caso en que la potencia se
modifica en una serie de pasos o incrementos reduciendo la carga del compresor o
compresores, mediante un número de
una combinación de dos o por otros medios.
Equipos de potencia variable controlada en continuo: Caso en que la potencia varía de
manera continua variando la velocidad del compresor /compresores normalmente mediante un
control inverter.
Para los aparatos con potencia fija se realizaría un ensayo cíclico de potencia reducida: El
aparato debe funcionar con periodos iguales de funcionamiento y parada del compresor de 30
minutos cada uno. Si la po
evaluada y el rendimiento resultante del ensayo de potencia reducida difiere más de un 5% del
rendimiento resultante del ensayo de potencia evaluada, debe realizarse un nuevo ensayo. En
253
Análisis de enfriadoras a carga parcial
este nuevo ensayo, el periodo de parada debe cambiarse proporcionalmente al resultado,
dentro del límite del periodo de paro forzado del dispositivo de control del aparato.
Alternativamente, cuando resulte de aplicación se fija una carga de compensación a la mitad de
la potencia evaluada del aparato.
Para aparatos con potencia variable controlada por pasos: Debe forzarse éste a funcionar en
un paso que esté lo más cerca posible del 50% de su potencia evaluada. El aparato debe
funcionar de manera continua durante el ensayo de potencia reducida. La única discontinuidad
uce a una serie de puntos, resultando una prueba fiable e
admisible es el ciclo de desescarche para el ensayo de potencia reducida de una bomba de
calor. Si la potencia reducida está dentro del intervalo del 47% al 53% no hay necesidad de un
nuevo ensayo. Si el resultado del ensayo está por debajo del 47% de la potencia evaluada, el
aparato tiene otro paso por encima del 50%, entonces debe realizarse un ensayo nuevo.
Ya se comentó que la Norma experimental UNE-CEN/TS 14825 tiene muchos aspectos poco
definidos y confusos, así como que poco exigente, al menos es un comienzo para una futura
normativa europea al respecto.
Ya vimos que una de las ventajas que tiene la certificación del ESEER de Eurovent es que no
hay necesidad de realizar pruebas de todos los puntos que aparecen en el “mapa de eficiencia”
del fabricante, sino que se red
independiente. Sin embargo, es evidente que, a pesar de que ya se ha comenzado a certificar
dicho parámetro, el procedimiento publicado aún está escasamente definido o simplemente es
inviable, en muchos casos obtener el ESEER a través de los datos que proporcionan los
fabricantes o si se tienen, se desconoce la forma de la que se han obtenido dichos datos.
254