Avance IGestión Energética II

“Disminuyendo ineficiencias en refrigeradores”

Grupo B

En casi todas las casas, en todos los supermercados, carnicerías, bazares y botillerías hay por lo menos un refrigerador. Éstos al ser abiertos y quedar expuestos al aire y temperatura ambiente generan una pérdida de energía (por estar a menor temperatura) en su interior, es decir, el refrigerador al abrirse expande su zona de control y tiende a enfriar todo el lugar en donde se encuentra, lo cual disminuye su eficiencia.

¿El síntoma?

Modelar tipos de refrigeradores para supermercados, carnicerías, casas y todo lugar en donde se utilicen, con una característica especial: refrigeradores con compartimientos que simulen un sistema con menor pérdida de energía.

¿La idea?

El objetivo principal es minimizar las pérdidas de energía, calcular el beneficio económico aproximado y analizar el beneficio energético/ecológico a mediano plazo.

El objetivo

Funcionamiento de un refrigerador

Transferencia de Calor

El funcionamiento de refrigeradores y congeladores se basa en la refrigeración del aire que contiene en su interior.

Esta se realiza mediante una secuencia de cambios de estado de un líquido refrigerante que circula a través de un circuito en el que se le va forzando alternativamente a comprimirse y expandirse, produciendo y consumiendo, alternativamente calor.

La refrigeración no consiste en inyectar frío en el refrigerador sino en la extracción del calor existente en el mismo.

Transferencia de Calor

El ciclo de compresión mecánica de vapor es el utilizado en la mayoría de refrigeradores y congeladores domésticos.

Se compone de una fase de compresión y otra de expansión que al alternarse hacen que la cámara frigorífica transfiera al exterior el calor y por lo tanto se enfríe.

Es decir el calor necesario para que se produzca la evaporación se va extrayendo, ciclo a ciclo del interior.

Además modificando la presión que se ejerza sobre el líquido conseguiremos cambiar la temperatura a la que se produzca la evaporación y en base a este principio se puede regular la temperatura del interior del refrigerador.

Estas variaciones de presión influyen notablemente en los cambios de estado del líquido, de forma que al bajar la presión favorecemos la evaporación (al comprimir le estamos añadiendo calor) y al aumentarla favorecemos la condensación

Evaporación

El refrigerante en estado líquido se hace llegar al evaporador mediante una válvula que produce una estrangulación en el fluido.

Esta estrangulación hace que la presión descienda y como vimos al bajar la presión la temperatura de ebullición baja con ella por lo que el refrigerante hierve y se evapora absorbiendo el calor por lo que el líquido se convierte en vapor.

De esta manera baja la temperatura de la cámara frigorífica al consumirse en el proceso de evaporación del refrigerante parte de su calor.

Compresor

El compresor aumenta la presión del gas disminuyendo su volumen y produciendo la aspiración del refrigerante por el circuito.

El gas sobrecalentado sale del evaporador por el compresor que lo comprime con el consiguiente aumento de presión y temperatura (fase de compresión).

De esta forma se consigue que el líquido refrigerante se condense a una temperatura mayor. El vapor se denomina sobrecalentado porque es portador de la suma del calor absorbido en el evaporador y el obtenido del compresor.

Condensador

El condensador es un intercambiador de calor cuya función es extraer del refrigerante el calor para que este vuelva de nuevo a estado líquido (condensación).

El líquido evaporado, convertido en vapor y por lo tanto portador del calor sale rápidamente del compresor y es aspirado por los tubos y bobinas del circuito de refrigeración.

El vapor sobrecalentado e inicialmente con alta presión viaja así hacia la otra parte del circuito en dónde se encuentra un condensador.

A la salida del compresor el vapor es sometido a una pérdida brusca de presión (fase de expansión) que provoca un rápido enfriamiento.

Durante el avance por el circuito el vapor se va enfriando (refrigeración pasiva) por la temperatura ambiente y a su llegada al condensador, que es un intercambiador en forma de serpentín, ya ha bajado su temperatura y se va licuando de nuevo.

A medida que el refrigerante va saliendo del condensador es forzado mediante una válvula de nuevo al evaporador y al compresor. De esta manera se completa y continúa el ciclo de compresión.

¿Qué ocurre cuando se abre la puerta de un

refrigerador?

Cuando se alcanza la temperatura del termostato el compresor se detiene.

Al abrir la puerta del refrigerador, la temperatura que está disminuyendo mientras trabaja el sistema se ve alterada y esta tiende a aumentar, provocando que el compresor necesite tiempo extra volver a la temperatura que había antes de abrir la puerta.

Se investigará el consumo del compresor cada vez que este se abra, para analizar el gasto de esta ineficiencia.

Refrigeradores en supermercados

Distribución del consumo energético en supermercados

Refrigeradores en supermercados

Entre un 60 y un 70% de la energía que necesitan para su funcionamiento es debido a que están abiertos en la parte del frente.

Al no tener puertas gran parte de ese aire frío se escapa y provoca que sea mayor la cantidad de aire que se debe producir para compensar las pérdidas, el consumo de energía es mayor y el costo operativo de los supermercados se eleva.

Posibles soluciones

1. Tener varios compartimientos en los refrigeradores en vez de 1 única puerta grande, para tener un sistema mas cerrado y con menos perdidas

2. Crear un flujo de aire que se active cuando una puerta se abre, que actúe como barrera para que el aire frío no salga al abrir la puerta de los refrigeradores

Solución de Aerofoil Energy Ltd & Williams (F1)

Al colocar los perfiles se crea una barrera de alta y baja presión entre el aire dentro del refrigerador y el del exterior, esto reduce la cantidad de aire caliente que entra.

Cuando el aire pasa por los perfiles la dirección del aire de la cortina se mantiene adentro, reduciendo el aire que se escapa.

División de Ingeniería Avanzada de Williams (F1) en base a aerodinámica diseñaron “Aerofoil” que impide que el frío se salga del refrigerador con perfiles parecidos a los alerones de los coches de Fórmula 1

Solución de Aerofoil Energy Ltd & Williams (F1)

Con el uso de estos perfiles se reduce entre un 17 y un 23% el consumo de energía

Utilizan dinámica de fluidos por computadora para modelar y simular nuevos diseños antes de ponerlos a prueba 

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“Disminuyendo ineficiencias en refrigeradores”

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