El frío que nace del calor
El ciclo de refrigeraci
El ciclo de refrigeraci ó ó n n por absorci
por absorci ó ó n n
Aplicaciones solares
Francesc Padrós Corominas
Apoderado y Asesor Técnico
Bienestar y contaminaci
Bienestar y contaminaci ó ó n n
En la actual sociedad del bienestar el confort de En la actual sociedad del bienestar el confort de la climatizaci
la climatizacióón se ha convertido en una n se ha convertido en una necesidad social imprescindible.
necesidad social imprescindible.
Pero el consumo el
Pero el consumo elééctrico asociado a este ctrico asociado a este servicio es responsable de las mayores puntas de servicio es responsable de las mayores puntas de consumo en verano y de una importante emisi
consumo en verano y de una importante emisióón n de gases de efecto invernadero.
de gases de efecto invernadero.
El compromiso espa
El compromiso espa ñ ñ ol ol
SegSegúún el Protocolo de Kyoto, firmado en 1997, la n el Protocolo de Kyoto, firmado en 1997, la emisi
emisióón de gases de efecto invernadero debern de gases de efecto invernadero deberíían an reducirse entre 2008 a 2012, en al menos un 5%
reducirse entre 2008 a 2012, en al menos un 5%
respecto a 1990 respecto a 1990
El gobierno espa
El gobierno españñol suscribe un acuerdo segol suscribe un acuerdo segúún el n el cual las emisiones de CO
cual las emisiones de CO22 no deberíno deberían crecer man crecer máás s del 15% en el per
del 15% en el perííodo comprendido entre 1990 y odo comprendido entre 1990 y 2008.
2008.
SegSegún el Secretario general para la Prevenciún el Secretario general para la Prevencióón de la n de la Contaminaci
Contaminacióón y del Cambio Climn y del Cambio Climático, D. Arturo ático, D. Arturo Gonzalo
Gonzalo Aizpiri, la previsiAizpiri, la previsióón es que las emisiones n es que las emisiones de CO
de CO22 en el 2008 superaren el 2008 superaráán un 37% las de 1990 n un 37% las de 1990
El CO
El CO 2 2 debido a la refrigeraci debido a la refrigeraci ó ó n n
La producci
La producción elón elééctrica en Espactrica en Españña durante el 2006 fue a durante el 2006 fue de 279.600
de 279.600 GWhGWh y segy segúún el IDAE, el 11,1% de esta n el IDAE, el 11,1% de esta potencia es debida a la refrigeraci
potencia es debida a la refrigeracióón de edificios, lo n de edificios, lo que significa un consumo anual de m
que significa un consumo anual de máás de 31.000 s de 31.000 GWhGWh
Ello representa que los sistema de refrigeraci
Ello representa que los sistema de refrigeración en ón en climatizaci
climatización durante el aón durante el añño 2006,o 2006, supusieron la supusieron la emisi
emisióón de mn de máás de 14 millones de toneladas de COs de 14 millones de toneladas de CO22
SegSegún el CENEAM, (Centro Nacional de Educaciún el CENEAM, (Centro Nacional de Educacióón n Ambiental) la emisi
Ambiental) la emisióón especín específica media de COfica media de CO22 debida debida al parque de generaci
al parque de generacióón de energn de energíía ela elééctrica en ctrica en EspaEspañña es en la actualidad de 455,6 toneladas de COa es en la actualidad de 455,6 toneladas de CO22 por por GWhGWh producidoproducido
La soluci
La soluci ó ó n ecol n ecol ó ó gica gica
Esta alternativa es totalmente posible y consiste en hacer Esta alternativa es totalmente posible y consiste en hacer funcionar el ciclo frigor
funcionar el ciclo frigoríífico con energfico con energíía ta téérmica en vez de rmica en vez de utilizar un compresor mec
utilizar un compresor mecáánico accionado por un motor nico accionado por un motor elelééctrico.ctrico.
El escenario energ
El escenario energéético ideal para evitar esta importante tico ideal para evitar esta importante contaminaci
contaminacióón sern seráá aquel que permita evitar el consumo aquel que permita evitar el consumo eléeléctrico sin renunciar a las prestaciones frigorctrico sin renunciar a las prestaciones frigoríficasíficas..
La téLa técnica que desde hace añcnica que desde hace años brinda esta posibilidad, es os brinda esta posibilidad, es la basada en el
la basada en el ciclo frigorciclo frigorííficofico denominado de denominado de ABSORCI
ABSORCIÓNÓN, en el que la circulaci, en el que la circulacióón de los fluidos se n de los fluidos se logra utilizando el calor conseguido a partir de cualquier logra utilizando el calor conseguido a partir de cualquier combustible, o el procedente de fuentes residuales como combustible, o el procedente de fuentes residuales como
equipos de cogeneraci
equipos de cogeneración, o gratuitas como la captada de ón, o gratuitas como la captada de la radiaci
la radiacióón solar.n solar.
El ciclo de refrigeraci
El ciclo de refrigeraci ó ó n n por absorci
por absorci ó ó n tiene historia n tiene historia
Pero es finalmente el francés Ferdinand Carré, quién construye y comercializa la primera máquina de absorción de amoniaco/agua, destinada a la fabricación de hielo. Esta máquina fue patentada en 1859 y obtuvo el premio de la Exposición Universal de Londres de 1862.
En 1875 el buque Paraguay, equipado con maquinas de Carré, transportó por primera vez carne congelada desde Buenos Aires hasta el puerto de Le Havre.
En 1748 William Cullen consigue obtener en un laboratorio de la Universidad de Glasgow, una pequeña cantidad de hielo evaporando éter etílico en una campana donde mantenía una presión reducida. Se le considera el padre de la refrigeración artificial
En 1777, otro escocés, Gerald Nairne, introducía ácido sulfúrico en la campana de Cullen, de manera a que el vapor fuera absorbido por éste, dejando espacio para permitir una mayor evaporación.
En 1810, John Leslie coloca dentro de la campana bajo vacío,un recipiente con el agua a congelar y en el fondo otro recipiente con el ácido sulfúrico, logrando una producción de 3 kg de hielo en una hora.
Como se enfr
Como se enfr í í a (se saca el calor) a (se saca el calor)
El ciclo de refrigeración por absorción, al igual que el de compresión, se basa en la necesidad que tiene el fluido adoptado como refrigerante, de obtener calor de su entorno para poder cambiar del estado líquido al de vapor (evaporarse) cuando pasa de una presión más elevada a otra más baja.
CALOR
CALOR
CALOR
CALOR
CALOR CALOR
Pabs= 2,9 bar Tevap = -10°C
NH Pabs=
10 bar
3
Ciclo de compresi
Ciclo de compresi ó ó n n
COMPRESOR GASREFRIGERANTE A
ALTA PRESIÓN CONDENSADOR REFRIGERANTE LÍQUIDO A ALTA PRESIÓN
VÁLVULA DE EXPANSIÓN REFRIGERANTE
LÍQUIDO A BAJA PRESIÓN
EVAPORADOR
ASPIRACIÓN GAS REFRIGERANTE
Como funciona el ciclo Como funciona el ciclo frigor
frigor í í fico de absorci fico de absorci ó ó n n
En el ciclo de absorción al fluido refrigerante se le añade otro con el que se disuelve fácilmente y se sustituye el compresor por un recipiente en el que añadiendo calor se separa por evaporación el refrigerante del otro fluido llamado absorbente. El refrigerante sigue el mismo proceso que en el ciclo de compresión pero a la salida del evaporador es absorbido por el otro fluido para integrarlo al estado líquido y poder volver juntos a ser calentados y reiniciar el ciclo.
Ciclo de absorci
Ciclo de absorci ó ó n n
GENERADOR
Solución de refrigerante y
absorbente CONDENSADOR
Condensación del vapor refrigerante Evaporación del
refrigerante
Agua refrigerada
Refrigerante líquido
Solución absorbente
EVAPORADOR
ABSORBEDOR Absorción del vapor
refrigerante por la solución absorbente
Ciclo de absorci
Ciclo de absorci ó ó n n
GENERADOR CONDENSADOR EVAPORADOR
ABSORBEDOR
ZONA DE ALTA PRESIÓN ZONA DE
BAJA PRESIÓN
Comparaci
Comparaci ó ó n de los ciclos n de los ciclos de compresi
de compresi ó ó n y de absorci n y de absorci ó ó n n
CICLO DE COMPRESIÓN CICLO DE ABSORCIÓN
Vapor Alta Presión
Vapor Baja Presión Compresor
Condensador
Evaporador Calor Calor
Calor Calor Condensador
Evaporador Vapor Alta
Presión
Vapor Baja Presión Calor
Calor
Absorbedor Generador
Las parejas de
Las parejas de fluidos fluidos en absorci en absorci ó ó n n
• El amoniaco como refrigerante, con agua como absorbente
• El agua como refrigerante, con el Bromuro de Litio (LIBr) como absorbente. Hoy nos
referiremos concretamente a este par.
En todo ciclo de absorción se requiere siempre dos componentes, el refrigerante y el absorbente Aunque se utilizan distintas parejas de productos, las más usuales son:
El bromuro de litio es una sal parecida a la sal común y se usa en este caso por su altísima afinidad con el agua
0 10 20 30 1,23
2,34 4 ,24
3 0,76
40 50 60
7,37 12,33 19,92 31,15 47, 35 70, 10 101 ,32 143 ,26
70 80 90 1 00 110
TEMPERATURA EN °C
PRESIÓN ABSOLUTA EN kPa
La temperatura de ebullición depende de la presión absoluta
Presi
Presi ó ó n y temperatura en el n y temperatura en el equilibrio l
equilibrio l í í quido/vapor en el agua quido/vapor en el agua
LÍQUIDO VAPOR
1,23
0 3 5 10
0,76
A 0,76 kPa evapora a 3°C
Presión atmosférica
100°C
Experimento b
Experimento b á á sico de la sico de la refrigeraci
refrigeraci ó ó n por absorci n por absorci ó ó n n
H2O LiBr+
Presión absoluta 0,7 kPa Entrada refrigerante
H2O
Agua en circulación a enfriar
{
Experimento b
Experimento b á á sico de la sico de la refrigeraci
refrigeraci ó ó n por absorci n por absorci ó ó n n
Presión absoluta 0,7 kPa
12°C 7°C
El LiBr absorbe el vapor de H2O y la solución se hace más diluida
Evaporación H2O a 3,3°C
Agua
Experimento b
Experimento b á á sico de la sico de la refrigeraci
refrigeraci ó ó n por absorci n por absorci ó ó n n
Presión absoluta 0,7 kPa
12°C 7°C
El LiBr absorbe el vapor de H2O y la solución se hace más diluida
Evaporación H2O a
3,3°C Agua
88°C CALOR83°C
Solución diluida
Vapor de agua
Ebullición de la solución Solución
concentrada
Ciclo continuo de Ciclo continuo de refrigeraci
refrigeraci ó ó n por absorci n por absorci ó ó n n
12°C 7°C
CALOR 88°C83°C Solución
concentrada EVAPORADOR
ABSORBEDOR
Disipación calor
31°C 35°C GENERADOR
Vapor refrigerante (agua) CONDENSADOR
Ciclo de absorci
Ciclo de absorci ó ó n simple efecto n simple efecto
88°C
GENERADOR Ebullición
SEPARADOR Vapor H2O refrigerante
Solución Concentrada
H2O- LiBr CONDENSADOR
EVAPORADOR
7°C
INTERCAMBIADOR DE CALOR ABSORBEDOR
Entrada Salida 31°C 35°C Agua enfriamiento Solución diluida
BOMBA SOLUCIÓN
H2O 50% 52% 54% 56% 58%
Presión
Temperatura
Ciclo de absorci
Ciclo de absorci ó ó n n Simple efecto H
Simple efecto H 2 2 O/LiBr O/LiBr
31°C 38°C
ABSORBEDOR
72°C 85°C
EVAPORADOR
0,7 kPa
3,3°C 41°C
8,0 kPa
ENTRADA
CONDENSADOR GENERADOR
INTERCAMBIADOR DE CALOR
Ciclo de doble efecto Ciclo de doble efecto
• Cuando en vez de un fluido a baja
temperatura (<100°C) la aportación de calor puede hacerse a alta temperatura (agua sobrecalentada, vapor aceite
térmico, etc.) o por llama directa de un
quemador, los equipos tienen un segundo generador y se llaman de doble efecto.
• La principal ventaja es que aumentan considerablemente su eficiencia
energética.
Unidades a llama directa de gas Unidades a llama directa de gas
Ciclo de doble efecto Ciclo de doble efecto
Bomba de solución
Generador de baja temperatura
Válvula de inversión frío/calor
Secci
Secci ó ó n unidad a llama directa n unidad a llama directa
Generador de baja temperatura Agua enfriamiento
Absorbedor - Condensador
Condensador Bandeja líquido
refrigerante
Agua refrigerada (evaporador)
Generador de alta temperatura
El calor extra
El calor extra í í do del agua que se do del agua que se refrigera m
refrigera m á á s el aportado como s el aportado como energ
energ í í a t a t é é rmica, debe ser rmica, debe ser eliminado a trav
eliminado a trav é é s de un circuito s de un circuito de disipaci
de disipaci ó ó n por agua. n por agua.
Todos los equipos de absorci
Todos los equipos de absorci ó ó n n con soluci
con soluci ó ó n LiBr/agua son n LiBr/agua son enfriados por agua
enfriados por agua
• El calor aportado al generador con el agua caliente.
• El calor extraído del agua que se refrigera
En el sistema de disipación de calor debe eliminarse:
Por ejemplo, en una planta YAZAKI modelo WFC SC10 debe eliminarse el siguiente calor:
• Calor aportado por el agua caliente = 50,2 kW
• Calor extraído en el proceso de refrigeración = 35,2 kW
• Calor total a disipar = 85,4 kW
El circuito de enfriamiento
El circuito de enfriamiento
Balance t
Balance t é é rmico rmico
GENERADOR 50, 2 kW
C ON DENSAD OR 39,1 k W
ABSORB EDOR 46 ,3 kW FUENTE
DE CALOR 50, 2 kW
WFC SC10
CALOR TOTAL A DISIPAR
85,4 kW
CAPACIDAD REFRIGERACIÓN
35,2 kW
EVAPO RADOR 35,2 kW
BS
APORTE DE CALOR = 50,2 kW
CALOR OBTENIDO DEL AGUA REFRIGERADA
= 35,2 kW
TOTAL = 50,2 + 35,2 = 85,4 kW A DISIPAR
Temperatura
Presión de vapor
H2O
54% 56%
58% 60%
22°
12°
Línea de
Cristalización
La cristalizaci
La cristalizaci ó ó n del LiBr n del LiBr
El Bromuro de Litio es una sal muy soluble en agua, pero que se
cristaliza en determinadas
condiciones de concentración y
temperatura
.H2O 50% 52% 54% 56% 58%
Presión
Temperatura
31°C 38°C
ABSORBEDOR
72°C 85°C
EVAPORADOR
0,7 kPa
3,3°C 41°C
8,0 kPa
ENTRADA
CONDENSADOR GENERADOR
INTERCAMBIADOR DE CALOR
ZONA DE RIESGO DE CRISTALIZACIÓN
La cristalizaci
La cristalizaci ó ó n del LiBr n del LiBr
AGUA CALIENTE
AGUA REFRIGERADA
AGUA DE
ENFRIAMIENTO (TORRE)
Solución Diluida
Solución Concentrada
Refrigerante en estado vapor Refrigerante líquido
La cristalizaci
La cristalizaci ó ó n del LiBr n del LiBr
ZONAS CON RIESGO DE CRISTALIZACIÓN
• Que se interrumpa la circulación de los fluidos en el circuito de la planta y que por lo tanto esta no funcione.
• Puede provocar que se queme el devanado del motor de la bomba de solución debido a su recalentamiento a causa de la obstrucción por cristales de LiBr
La formación de cristales de LiBr en la unidad tiene como consecuencia:
La cristalizaci
La cristalizaci ó ó n del LiBr n del LiBr
• Evitar el descenso de la temperatura de la solución, lo que ocurre cuando la temperatura del agua de enfriamiento es demasiado baja.
• Evitar la concentración de la solución, lo que ocurre cuando la temperatura es excesivamente alta y se separa demasiada agua
La cristalizaci
La cristalizaci ó ó n del LiBr n del LiBr
Para impedir la formación de cristales de LiBr
deben tenerse en cuenta los siguientes
aspectos:
Fe
Superficie metálica de intercambio de calor Capa de
inhibidor de corrosión
o
H
Otro fenómeno que debe prevenirse y que puede ser causa de serias averías en equipos de absorción, es la corrosión interna de los materiales férricos.
El fen
El fen ó ó meno de la corrosi meno de la corrosi ó ó n n
Depósitos de sales
Desprendimiento y reducción de la capa de inhibidor
Moléculas de hidrógeno libres
AGUA
El fen
El fen ó ó meno de la corrosi meno de la corrosi ó ó n n
Los equipos fabricados por Yazaki son sin duda los menos sensibles a este peligroso fenómeno, debido a que la mayor parte de sus circuitos son de cobre.
El fenómeno de la corrosión se detecta por la formación de hidrógeno en el circuito interno, que al ser un gas incondensable rompe el vacío y el equipo deja progresivamente de funcionar. También se detecta al hacer las revisiones anuales al comprobar si hay gases incondensables y de que tipo.
Su aparición se debe generalmente a una elevación de las temperaturas de trabajo que provoca la descomposición del inhibidor que se halla normalmente depositado en las paredes de intercambio de calor.
Para detener el fenómeno y sus nefastas consecuencias, debe eliminarse la causa y restablecer en el circuito el correcto contenido de inhibidor de corrosión
Plantas enfriadoras de agua Plantas enfriadoras de agua
Yazaki con generador por agua Yazaki con generador por agua
caliente. Serie WFC
caliente. Serie WFC - - SC SC
Equipos de absorci
Equipos de absorci ó ó n YAZAKI n YAZAKI funcionando con agua caliente.
funcionando con agua caliente.
Modelos y potencias Modelos y potencias
WFC-SC05 WFC-SC10 WFC-SC20 WFC-SC30
Capacidad frigorífica en kWh 17,6 35,2 70,3 105
Calor necesario en kWh 25,1 50,2 100 151
Calor a disipar en kWh 42,7 85,4 170,3 256
Medidas en cm 59x74x174 76x97x192 106x122x203 138x152x207
Peso en vacío, en kg 365 500 930 1.450
Dise Dise ñ ñ o global cil o global cil í í ndrico ndrico
El circuito de enfriamiento El circuito de enfriamiento
• Paro de la unidad por alarma de alta temperatura en el condensador
• Aumento de la temperatura de condensación con insuficiente producción de líquido refrigerante.
• Aumento general de las temperaturas provocando la
descomposición del inhibidor de corrosión formando gases NOx que rompen el vacío.
• Inicio de procesos de corrosión por pérdida del inhibidor de protección.
• Formación de cristales de LiBr por baja temperatura del agua de enfriamiento.
La mayoría de las averías que aparecen en equipos de absorción, se deben al sistema de disipación de calor. Si la torre de enfriamiento no está bien seleccionada, el caudal de agua no es el adecuado o el diseño del circuito es incorrecto, pueden producirse diversos problemas como:
• Torre de enfriamiento evaporativo de circuito abierto.
• Torre de enfriamiento evaporativo de circuito cerrado
• Agua de pozo, rio, lago o de origen freático, con intercambiador de calor
• Agua de mar con un intercambiador de calor apropiado.
La disipación de calor del circuito de enfriamiento puede efectuarse mediante:
El circuito de enfriamiento
El circuito de enfriamiento
Torre de enfriamiento Torre de enfriamiento
Filtro
Bomba de agua Válvula de 3 vías
Válvula de retención Filtro de aspiración Purga automática
Purga manual Desagüe
Alimentación agua tratada
Sonda termostática
CIRCUITO TORRE DE ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO DE AGUA
Equipo YAZAKI
Calidad del agua de enfriamiento
Calidad del agua de enfriamiento
Variaci
Variaci ó ó n de las prestaciones n de las prestaciones
• La temperatura del agua caliente de alimentación al generador
• La temperatura del agua de enfriamiento (torre)
• La temperatura del agua refrigerada
Las prestaciones de las plantas enfriadoras por ciclo de absorción, como en cualquier ciclo de refrigeración, varían en función de las temperaturas de sus tres circuitos exteriores.
En consecuencia, las tres variantes que determinan sus prestaciones son:
Variaci
Variaci ó ó n de las prestaciones n de las prestaciones
• Si la temperatura del agua caliente de alimentación al generador aumenta, la capacidad frigorífica también.
• Si la temperatura del agua de enfriamiento (torre) baja, la capacidad frigorífica aumenta.
• Si la temperatura del agua refrigerada es mayor, la capacidad frigorífica también.
Las variaciones de temperatura en estas tres
variantes producen los siguientes efectos:
Influencia de las temperaturas Influencia de las temperaturas
sobre el COP sobre el COP
COP = Te - Tc Tc
kW refrigeración kWh consumidos COP =
La eficiencia de los sistemas frigoríficos se expresa mediante el COP (Coefficient of Performance) que expresa la relación entre la energía aportada y la energía
obtenida en forma frigorífica, o sea:
El cálculo del COP depende de las temperaturas de evaporación y de condensación así como de la eficiencia del equipo, de acuerdo con la siguiente ecuación:
Donde:
Te = Temperatura absoluta de evaporación Tc = Temperatura absoluta de condensación
= Rendimiento del equipo
COP en WFC SC10 COP en WFC SC10
4 5 6 7 8 9 10 11 12
0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00
COP
Temperatura salida agua refrigerada °C
95°C 88°C 85°C 80°C75°C Tempera tura de entrada agua caliente
Entrada agua enfriamiento (torre) 31°C
0,66 0,72
Potencia seg
Potencia seg ú ú n temperatura del n temperatura del agua caliente en WFC SC10
agua caliente en WFC SC10
4 5 6 7 8 9 10 11 12
0 10 20 30 40 50 60 70
Potencia frigorífica en kW
Temperatura salida agua refrigerada °C
95°C 88°C85°C 80°C75°C Temperatura de entrada agua caliente
Entrada agua enfriamiento (torre) a 31°C
16 75°C
27 80°C
35 88°C
90°C
Aplicaciones con energ
Aplicaciones con energ í í a solar a solar t t é é rmica rmica
El objetivo es conciliar la demanda real de refrigeración con la capacidad de aportación de calor procedente de los captadores solares con el fin de utilizar al máximo la energía solar gratuita.
En determinados momentos, es posible que la insolación sea insuficiente para obtener la potencia nominal de la máquina, pero que al mismo tiempo la instalación tampoco la requiera y pueda ser suficiente la capacidad frigorífica que obtiene con el calor que se le aporta.
Cualquier diseño de instalación y su regulación, debe actuar en función de las necesidades en vez de querer mantener constante la temperatura del agua caliente a 88°C
Aplicaciones con energ
Aplicaciones con energ í í a solar a solar t t é é rmica rmica
Comportamiento de la planta de absorci
Comportamiento de la planta de absorci ó ó n: n:
•• Si la demanda frigorSi la demanda frigoríífica es fica es superiorsuperior a la a la capacidad de la unidad,
capacidad de la unidad, aumentaaumenta la temperatura la temperatura del agua refrigerada
del agua refrigerada
•• Si la demanda frigoríSi la demanda frigorífica es fica es menormenor que la que la capacidad de la unidad,
capacidad de la unidad, bajabaja la temperatura del la temperatura del agua refrigerada (al llegar a 6,5
agua refrigerada (al llegar a 6,5°°C se para).C se para).
•• Si por falta de agua calienteSi por falta de agua caliente disminuye la disminuye la potencia del equipo, se
potencia del equipo, se reduce el salto treduce el salto téérmicormico en en el agua refrigerada.
el agua refrigerada.
Aplicaciones con energ
Aplicaciones con energ í í a solar a solar t t é é rmica rmica
Pueden darse distintas situaciones:
1.1. La planta enfriadora de agua funcionando con energíLa planta enfriadora de agua funcionando con energía a solar solo
solar solo cubre una parte de la demanda frigorícubre una parte de la demanda frigoríficafica. El . El resto, o cuando no se dispone de suficiente energ resto, o cuando no se dispone de suficiente energíía a tétérmica solar, lo cubre otra planta convencional de rmica solar, lo cubre otra planta convencional de absorci
absorcióón o de compresin o de compresióón.n.
2.2. La planta enfriadora de agua funcionando con energíLa planta enfriadora de agua funcionando con energía a solar
solar puede cubrir la totalidad de la demandapuede cubrir la totalidad de la demanda mámáxima de xima de refrigeraci
refrigeración cuando la insolación cuando la insolacióón es la prevista. Cuando n es la prevista. Cuando ello no es posible otra unidad convencional de absorci ello no es posible otra unidad convencional de absorcióón n o de compresi
o de compresión completa la demanda.ón completa la demanda.
3.3. Solo existe la planta enfriadora de agua funcionando con Solo existe la planta enfriadora de agua funcionando con energ
energíía ta téérmica solar y rmica solar y cuando la insolacicuando la insolación es ón es insuficiente se utiliza una caldera auxiliar
insuficiente se utiliza una caldera auxiliar..
Criterios de regulaci
Criterios de regulacióón con aporte auxiliar de calor:n con aporte auxiliar de calor:
Aplicaciones con energ
Aplicaciones con energ í í a solar a solar t t é é rmica rmica
•• Si en el circuito de agua refrigerada disminuye el Si en el circuito de agua refrigerada disminuye el ∆t ∆t y aumenta la temperatura de impulsi
y aumenta la temperatura de impulsióón, se debe n, se debe aportar calor suplementario.
aportar calor suplementario.
•• Si aumenta la temperatura de impulsiSi aumenta la temperatura de impulsióón pero no el n pero no el
∆∆t, significa que la demanda es superior a la t, significa que la demanda es superior a la capacidad frigor
capacidad frigoríífica. Hace falta un equipo auxiliar fica. Hace falta un equipo auxiliar de refrigeraci
de refrigeracióón.n.
•• Si disminuye el Si disminuye el ∆∆t pero no aumenta la temperatura t pero no aumenta la temperatura de impulsi
de impulsióón, significa que la capacidad frigorn, significa que la capacidad frigoríífica fica es menor pero que a
es menor pero que aúún cubre la demanda. No debe n cubre la demanda. No debe aportarse calor suplementario.
aportarse calor suplementario.
Radiaci
Radiaci ó ó n y captaci n y captaci ó ó n solar n solar
RADIACIÓN SOLAR MES DE JULIO EN MADRID
0 200 400 600 800 1000 1200
04:52 05:52 06:52 07:52 08:52 09:52 10:52 11:52 12:52 13:52 14:52 15:52 16:52 17:52 18:52
Horario GMT
Wh/m2
Radiación Calor captado Orientación Sur - Inclinación 34°
1018 Wh/m2
650 Wh/m2 462 Wh/m2 5 horas
Superficie solar necesaria Superficie solar necesaria
Hemos visto que el COP medio de las máquinas frigoríficas de absorción de simple efecto, es de 0,72. Por lo tanto, para obtener 1 kW de frío se necesita aportar al generador, por término medio, 1,388 kW de calor.
En el gráfico que acabamos de ver se ha situado el punto de máximo calor captado a las 12:00 h GMT, que eran 650 Wh/m2.
También se ha situado un punto en el que durante 5 horas se excede de 462 Wh/m2
Ello significa que a las 12:00 GMT, con una superficie de captación solar de 2,13 m2 se puede obtener 1 kW frigorífico. Pero solo a las 12:00 h, el resto del tiempo no habrá suficiente calor.
En cambio, si el campo solar se dimensiona a razón de 3 m2 de captación por cada kW de potencia frigorífica de la máquina, durante 5 horas habrá suficiente calor para hacerla funcionar a plena potencia y todavía habrá excedente de calor.
Superficie solar necesaria Superficie solar necesaria
Si se dispone de un depósito de agua caliente que permita gestionar la diferencia entre el calor captado y el requerido, acumulando el exceso para utilizarlo cuando no se capte suficiente, puede prolongarse sensiblemente el tiempo de utilización.
Además las máquinas YAZAKI pueden funcionar con temperatura incluso de 68°C si bien la capacidad frigorífica es mucho más reducida, pero probablemente también lo sea la demanda cuando hay poca insolación.
CONCLUSIONES:
La superficie de captación solar aconsejable para 1 kW de frío, es de 3 m2
La mejor cobertura se obtiene calculando la acumulación según la curva de demanda
Curvas de calor captado, capacidad Curvas de calor captado, capacidad
frigor
frigor í í fica y demanda fica y demanda
GRAFICA REFRIGERACIÓN SOLAR JULIO RESTAURANTE EN MÓSTOLES
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0 55,0 60,0 65,0
8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00
Hora GMT
kW
RADIACIÓN SOLAR UTIL PRODUCCIÓN FRIGORÍFICA DEMANDA FRIGORÍFICA
Superficie campo solar = 72 m2, orientación Sur, inclinación 34°
Aplicaciones con energ
Aplicaciones con energ í í a solar a solar t t é é rmica rmica
CARG A TÉRMICA DE LA INSTALACIÓN PLANTA ENFR IA DORA
POR ABSORCIÓN A LLAMA DIRECTA
YAZAKI WFC SC POR AGUA
CALIENTE
1. Planta con energía solar cubriendo parte de la potencia frigorífica necesaria. Prioridad de funcionamiento respecto a la que utiliza energía convencional. Instalación en serie en el retorno del agua refrigerada.
BOMBA CONTROLADA POR LA PROPIA PLANTA
ENFRIADORA
Aplicaciones con energ
Aplicaciones con energ í í a solar a solar t t é é rmica rmica
CARG A TÉR MICA DE LA INSTALACIÓN PLANTA
ENFRIA DO RA POR ABSOR CIÓN A LL AMA DIRECTA
YAZAKI WFC SC POR AG UA
CALIEN TE
2. Planta con energía solar cubriendo la totalidad de la potencia frigorífica necesaria. Apoyo con planta usando energía convencional instalada en serie en la impulsión del agua refrigerada. Prioridad a la energía solar.
LA BOMBA ARRANCA SI T2 ES ALTA Y ∆t (T1-T2)
TAMBIÉN
T1 T2
Aplicaciones con energ
Aplicaciones con energ í í a solar a solar t t é é rmica rmica
3. Planta con energía solar cubriendo la totalidad de la potencia frigorífica necesaria. Apoyo con caldera auxiliar instalada en serie en la impulsión del agua caliente al generador de la unidad de absorción. Prioridad a la energía solar.
T1 C AR GA TÉR MICA
D E LA INSTALAC IÓN
DEPÓSITO ACUMULADOR
AGUA CALIENTE
YAZAKI WFC SC POR AGUA
CALIENTE CALDER A
T2
LA BOMBA ARRANCA SI T2 Y ∆t (T1-T2) AUMENTAN
Algunas instalaciones solares Algunas instalaciones solares
con plantas de absorci
con plantas de absorci ó ó n n
Veamos unos pocos Veamos unos pocos
ejemplos concretos
ejemplos concretos
Hotel IFA Continental en Las Palmas Hotel IFA Continental en Las Palmas
Campo de Campo de Campo de
captadores captadores captadores
solares t
solares t solares t éé é rmicos rmicos rmicos con 104 paneles con 104 paneles con 104 paneles
WAGNER LBM WAGNER LBM WAGNER LBM
100 HFT 100 HFT 100 HFT
Superficie total Superficie total Superficie total
de 946,4 m de 946,4 m de 946,4 m
222WFC SC30
WFC SC20
Capacidad frigor
Capacidad frigor í í fica fica total de 175,8
total de 175,8 kW kW
45.000 litros acumulación ACS Climatización piscina de 800 m3
Instalación proyectada y realizada por
Unidades Yazaki con energ
Unidades Yazaki con energ í í a solar a solar
1 YAZAKI modelo WFC SC10 1 YAZAKI modelo WFC SC10
de 35 kW de 35 kW
460 m
460 m22 de captadores solares de captadores solares planos
planos
Universidad de Almer
Universidad de Almer í í a a
Campo de 150 m2 de captadores solares
Planta de absorción YAZAKI modelo WFC SC20, de 70,3 kW de capacidad frigorífica
Agua mineral FONTEDOSO Agua mineral FONTEDOSO
Población: El Oso (Ávila) AIRE ACONDICIONADO Y ENFRIAMIENTO DE MOLDES
Planta YAZAKI modelo WFC SC20 de 70,3 kW de capacidad frigorífica
Planta YAZAKI modelo WFC SC10 de 35,2 kW de capacidad frigorífica Torre de
enfriamiento de agua
Puerto de Vigo
Puerto de Vigo – – Nave Arenal Nave Arenal
Planta YAZAKI WFC SC10
Torre de refrigeración centrífuga
GAMESA SOLAR en Tarragona GAMESA SOLAR en Tarragona
Torre de enfriamiento
Planta YAZAKI mod. WFC SC10 de 35,2 kW de capacidad frigorífica
Depósitos de inercia Captadores solares
térmicos
ENRESA
ENRESA – – Hornachuelos (C Hornachuelos (C ó ó rdoba) rdoba)
Centro de almacenamiento residuos nucleares El Cabril Centro de almacenamiento residuos nucleares El Cabril
YAZAKI WFC SC10 Intercambiador de calor
Depósito de inercia
Instalaci
Instalaci ó ó n en LYMA n en LYMA - - Getafe Getafe
Torre de enfriamiento
Planta YAZAKI modelo WFC SC10 de 35,2 kW de
capacidad frigorífica
Instalaci
Instalaci ó ó n en Atenas n en Atenas
Planta YAZAKI modelo WFC SC20 de 35,2 kW de
capacidad frigorífica Paneles captadores solares Depósitos acumuladores
Torre de enfriamiento
Con agua caliente de cogeneraci
Con agua caliente de cogeneraci ó ó n n
Trigeneración con
turbina en Gas Natural Montigalà (Badalona)
Unidad YAZAKI WFC SC30 de 105 kW de capacidad frigorífica Torre de enfriamiento
Turbina de cogeneración
