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CENTRALES FRIGORIFICAS R290-CO2 Encuentros Técnicos de AEFYT

Madrid, 21 Febrero de 2018

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Contenido

ENTORNO ACTUAL

ARQUITECTURA DE SISTEMAS DE CO2

SISTEMA FRIGORIFICO DE R290-CO2-CO2

COMPARATIVA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA

PLANTAS COMERCIALES DE R290-CO2-CO2

CENTRALES R290-CO2-CO2

CENTRALES R290-CO2-CO2

EJECUCIONES ESPECIALES

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Un entorno cambiante

Entorno normativo.

Reglamento Fgas. (R. UE 517/2014).

- Reducción de cuota de gases fluorados en 2018

- Prohibición de R404A en 2020

Regl. Manipulación de gases fluorados (RD115/2017)

- Revisión de fugas:

< 5 ton.eq. exento

5 a 50 ton eq. cada 12 meses

> 50 ton eq. cada 6 meses

Ecodiseño

- Nuevo requisito de eficiencia para jul-2018 en ud.

condensadoras , centrales y enfriadoras.

- Nuevo lote de enfriadoras de procesos AT.

Proyecto de Nuevo Reglamento de Seg. Inst. Frig.

- Basado en EN371-2016

- Relajación de requisitos para A2L

- Previsto para finales de 2018

Escalada de precio del refrigerante.

0

10

20

30

40

50

60

70

ene. feb. mar. abr. may. jun. jul. ago. sep. oct. nov. dic. ene. feb.

2017

€/kg R404A

R452A

R410A

R407A

R407F

R448A

R134a

R450A

2018

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Un entorno cambiante

5

Un entorno cambiante

Escalada de precio del refrigerante.

0

10

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60

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ene. feb. mar. abr. may. jun. jul. ago. sep. oct. nov. dic. ene. feb.

2017

€/kg R404A

R452A

R410A

R407A

R407F

R448A

R134a

R450A

2018

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Aplicación de refrigerantes según el RSIF y FGas Aplicación en refrigeración comercial (locales de categoría B)

Grupo de seguridad del refrigerante Sistema y ubicación

Grupo 1: HFC, CO2

Grupo 2: NH3, HFO, R32

Grupo 3: HC (R290, R600)

Armarios frigoríficos e islas de congelados con grupo incorporado (B-1)

límite práctico PCA < 150 (Fgas 2022)

< 225 gr ~500W (IEC 60335-2-89)

<150gr~500W (IEC60335-2-89)

Expositores y vitrinas frigoríficas con grupo remoto o conectados a central . (B-1, B-2)

límite práctico HFC < 40kW (F-Gas 2022)

< 2,5kg (1kW HFO) (~2,5 kW R32) (~15 kW NH3)

< 1,5 kg ~2kW

Sistemas indirectos para supermercados (B-3i)

Sin limitación Sin limitación < 5kg (~30kW)

Exp. directa

HFCs

Equipos compactos de cámaras en zonas de acceso restringido (D-1)

Sin limitación PCA < 2500 (Fgas 2022)

< 10kg < 10 kg < 1kg en sótanos

Sistemas partidos o compactos industriales para cámaras frigoríficas (D-2)

Sin limitación PCA < 2500 (Fgas 2022)

Sin limitación < 25 kg < 1kg en sótanos

Sistemas indirectos para industria y cámaras frigoríficas (D-3i)

Sin limitación

Sin limitación

Sin limitación < 1kg en sótanos

Aplicaciones industriales y cámaras frigoríficas (categoría D)

Grupo incorp.

R290

Sistema indirecto

HFC

Exp. directa

CO2

Exp. directa

HFCs

Sistema

R290-CO2

Sistema

R290-CO2

Sistema

NH3

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Características R290 (Propano) y R744 (CO2)

R404A R134a R290 (propano) R744

Fórmula HFCs H2F4C2 H8C3 (natural) CO2 Natural

Peso molecular 97.6 gr/mol 102 gr/mol 44 gr/mol 44 gr/mol

Temp. ebullición -46.2/-45.5 ºC -26.1 ºC -42ºC -78ºC (sublim.)

Temp. crítica 72 ºC 101.1 ºC 96.7ºC 31 ºC

Calor latente (-10ºC) 166 kJ/kg 199 kJ/kg 375 kJ/kg 231 kJ/kg

Densidad líquido 1187 kg/m3 1327 kg/m3 542 kg/m3 983 kg/m3

Producción frig. Vol. (-10ºC) 2022 kJ/m3 1293 kJ/m3 1846 kJ/m3 6185 kJ/m3

COP ideal (-10/+45ºC) 3.0 3.5 3.5 1.8

COP ideal (-35/+0ºC) 5.7 5.9 5.1

PCA 3922 1430 3 1

Clase de seguridad A1 A1 A3 (inflamable) A1

Límite práctico 480 gr/m3 250 gr/m3 8 gr/m3 70 gr/m3

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ARQUITECTURA DE SISTEMAS FRIGORIFICOS

Sistemas centralizados de CO2

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Sistema directo centralizado tradicional (Ubicación tipo 2)

CU

BIE

RTA

SA

LA D

E M

ÁQ

UIN

AS

SALA

S D

E V

ENTA

S

+ PROS • Sistema tradicional y

conocido • Eficiente en MT y BT - CONTRAS • Largos tendidos de

tubería • Perdidas de carga en

tuberías • Alta carga de

refrigerante • Alto riesgo de fugas • Pérdida de eficiencia

en AT • Prohibido en Fgas

2022 para > 40kW.

CÁ

MA

RA

S

Y S

ERV

ICIO

S

R404A

R404A

10

Sistema R134a - cascada CO2 subcrítico (Ubicación tipo 2)

CU

BIE

RTA

SA

LA D

E M

ÁQ

UIN

AS

SALA

S D

E V

ENTA

S

+ PROS • Sistema conocido • Eficiente - CONTRAS • Largos tendidos de

tubería • Perdidas de carga y

sobrecalentamiento

• Gran carga de refrigerante

• Alto riesgo de fugas

R134a CO₂

CÁ

MA

RA

S

Y S

ERV

ICIO

S

R134a

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Sistema doble cascada: R134a-CO2-CO2 (Ubicación tipo 3)

CU

BIE

RTA

SA

LA D

E M

ÁQ

UIN

AS

SALA

S D

E V

ENTA

S

+ PROS • Sistema conocido • Eficiente - CONTRAS • Largos tendidos de

tubería • Perdidas de carga y

sobrecalentamiento

• Gran carga de refrigerante

• Alto riesgo de fugas

R134a CO₂

CÁ

MA

RA

S Y

SER

VIC

IOS

CO₂

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Sistema doble cascada: R290-CO2-CO2 (Ubicación tipo 3)

CU

BIE

RTA

SA

LA D

E M

ÁQ

UIN

AS

SALA

S D

E V

ENTA

S

+ PROS • Sistema conocido • Eficiente - CONTRAS • Largos tendidos de

tubería • Perdidas de carga y

sobrecalentamiento

• Gran carga de refrigerante

• Alto riesgo de fugas

R290

CÁ

MA

RA

S Y

SER

VIC

IOS

CO₂

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Sistema doble cascada: R290-CO2-CO2 (Ubicación tipo 3)

Murales de temp.

positiva

Cámaras de

temp. positiva

Islas de

congelados

Obradores

Vitrinas

refrigeradas

Vitrinas

refrigeradas

Murales de temp.

positiva

Murales de temp.

positiva

Cámara de

congelados Central frigorífica

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Plantas de CO2

60kW 20kW 300kW CO2

Plantas comerciales de CO2 con condensador incorporado

Conjuntos de compresores semiherméticos

Rack de compresores de CO2

150kW

Plantas especiales de CO2 con condensador incorporado

15

Instalación piloto R134a - CO2 en cascada

16

Plantas comerciales de R290-CO2-CO2

Características

Compresores de R290 confinados en compartimento inferior • Detección de fugas • Ventilación de emergencia • Válvula de seguridad de alivio a BP • Doble circuito de R290 < 5kg

Compresores de CO2 en paralelo en compartimento superior

Inverter en compresores

Ventiladores electrónicos

Doble intercambiador de cascada

• Expansión por válvulas electrónicas

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R290 COMPRESSORS

CO2 SUBCRITICAL COMPRESSORS

LIQUID CO2

BT CO2 SUCTION

MT CO2 SUCTION

Sistema frigorífico de R290-CO2-CO2

Esquema de principio

COMBINED CONDENSER + GAS COOLER

HOT GAS

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-50

-30

-10

10

30

50

70

90

110

0.5 1 1.5 2 2.5

T (ºC)

S (kJ/kgK)

Sistema frigorífico de R290-CO2-CO2

Diagrama TS

CASCADA

CONDENSADOR

El desrecalentador o gas-cooler permite evacuar una parte del calor.

R290

CO2

Condensación de CO2 en cascada de +5 a 10ºC

El R290 puede condensar a más de 65ºC

El R290 posee un alto efecto frigorífico

19

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

110

0.5 1 1.5 2 2.5

T (ºC)

S (kJ/kgK)-50

-30

-10

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110

0.5 1 1.5 2 2.5

T (ºC)

S (kJ/kgK)

Sistema frigorífico de R290-CO2-CO2

Modos de funcionamiento

VERANO: funcionamiento en cascada INVIERNO: funcionamiento subcrítico con condensación directa

20

-50

-30

-10

10

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90

110

0.5 1 1.5 2 2.5

T (ºC)

S (kJ/kgK)

Sistema frigorífico de R290-CO2-CO2

Diagrama TS - Desescarche por gas caliente a baja presión

CASCADA

CONDENSADOR

R290

CO2

En el desescarche a baja presión, el gas caliente es expandido a la presión de evaporación, y se utiliza el calor sensible para descongelar el evaporador.

21

Sistema frigorífico de R290-CO2-CO2

Esquema de instalación con desescarche por gas a baja presión

R290

R744 R744

22

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

0 10 20 30 40 50

CO

P c

en

tral

+ c

on

de

nsa

do

r

Temperatura ambiente ºC

DX R134a - cascada CO2

CO2 booster transcrítico

CO2 compresor paralelo

CO2 transcrítico con eyector

R290 - cascada CO2 doble asp.

Comparativa de eficiencia energética

0

50

100

150

200

250

300

350

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-17

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-13

-11 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49

Ho

ras

de

com

pre

sor

Sevilla

Estrasburgo

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Hipótesis del estudio: Potencias frigoríficas: - A temperatura positiva: 100kW - A temperatura negativa: 30 kW

Temperatura de evaporación - Temperatura positiva: -8ºC (CO2), -10ºC (R134a) - Temperatura negativa: -32ºC (CO2) - Sobrecalentamiento: 10K

Saltos térmicos en intercambiadores - DT1 en condensador de aire: 10K, subenfriamiento: 3K - DT2 en enfriadores de CO2 (gas cooler): 1K - DT en intercambiadores de cascada: 5K

Rendimiento componentes - Rendimiento isentrópico de compresores: 60% Compresores semihernéticos - Rendimiento isentrópico de eyector: 15% Referencia: Elbel and Hrnjak (2008)

Presiones de diseño - Alta presión de CO2 transcrítico: 75bar < valor óptimo < 120 bar. - Presión de recipiente de CO2 transcrítico: 40 bar Valor óptimo - Presión de recipiente de CO2 cascada: 40 bar Valor óptimo

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• Condensador y gas-cooler integrado

• Alto rendimiento, similar a sistemas transcríticos avanzados

• Bajas presiones: PS = 60 bar • Tropicalizadas a alta temperatura • Alta seguridad y fiabilidad • Componentes de mercado

Plantas comerciales de R290-CO2-CO2

Características

de 20 a 60 kW

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• R134a confinado en central • R744 en circuito MT y BT • Alto rendimiento, similar a

sistemas transcríticos avanzados • Bajas presiones: PS = 60 bar • Alta seguridad y fiabilidad • Componentes de mercado

Centrales de compresores de R134-CO2-CO2

Características

de 50 a 150 kW

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Características: Refrigerante: R744 – R134a Compresores CO2: 4x 4NSL30K Compresores R134a: 2x3x 6FE40Y Presión nominal de funcionamiento CO2 : 34 bar Presión de diseño PS : 55 bar Potencia frigorífica en evaporador: 354 kW (Tev = -35ºC, sh=6K, sc=5K) Potencia frigorífica compresores CO2: 4x 75 kW (Tev= -35ºC, sh= 10K) Potencia de enfriamiento de gas CO2: 70kW (Temp. enfri. 39ºC) Potencia de condensación de CO2 necesaria: 2x 180 kW (Tcd = 5ºC) Potencia frigorífica en compresores R134a: 2x 200 kW (Tev 0ºC, Tcd: 45ºC) Potencia absorbida total (compr + vent.) 220 kW COP compresores 1.50

Ejecuciones especiales Ejemplo de central de congelados de 300kW

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MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN

“Siendo natural y sincero, puedes crear una revolución sin pretenderlo.” Christian Dior