Caso práctico: simulación del bajo rendimiento de un sistema

Un nuevo informe técnico, “Más allá del folleto: Revelando la Realidad del Bajo Rendimiento de los Productos de Refrigeración,” elaborado por Eurovent Certification, presenta los resultados de investigaciones recientes basadas en pruebas realizadas en equipos de disipación de calor seleccionados, incluidos productos que no estaban certificados por un organismo independiente en el momento de las pruebas. El estudio indica que, en determinados climas, el rendimiento declarado por los fabricantes y el rendimiento medido en el laboratorio podrían variar significativamente. De hecho, las pruebas realizadas en enfriadores de gas CO₂ no certificados revelaron que la capacidad de disipación de calor medida podía ser hasta un 53 % inferior a la declarada en las regiones de Europa Central y del Norte y hasta un 37 % inferior a la declarada en climas cálidos.

A partir de los datos del estudio sobre enfriadores de gas y de los resultados de investigaciones previas sobre el rendimiento de los condensadores refrigerados por aire con HFC, Eurovent Certification utilizó un software de simulación para evaluar el impacto potencial de los componentes de rechazo de calor con HFC y CO₂ de bajo rendimiento en todo el sistema de un supermercado. Estos son los resultados de dichas simulaciones.

Objetivos del estudio de caso

El objetivo era:

1) Determinar el impacto potencial del bajo rendimiento en términos de:

• Consumo energético adicional
• Costes de funcionamiento adicionales
• Emisiones adicionales de CO₂.

2) Simular el bajo rendimiento a diferentes índices para evaluar el impacto a lo largo de 1 año, 10 años y 15 años (ciclo de vida completo).

Método

Mediante un software de simulación, se calculó el impacto de los dispositivos de disipación de calor con bajo rendimiento utilizando dos soluciones técnicas típicas para una aplicación en supermercados:

• Sistema 1: Instalación transcrítica de CO₂
• Sistema 2: Instalación de HFC de temperatura media (MT) y baja temperatura (LT).

Ambos sistemas se sometieron a una serie de simulaciones para calcular el impacto del bajo rendimiento basándose en la siguiente configuración:

Tamaño del sistema:

• Temperatura media (MT): Teva = -8 °C; Qeva = 180 kW

  • 112 kW de los armarios – 62 %
  • 68 kW de las cámaras frigoríficas – 38 %

• Temperatura baja (LT): Teva = -30 °C; Qeva = 50 kW

  • 23 kW de los armarios – 46 %
  • 27 kW de las cámaras frigoríficas – 54 %

Referencia: diferencia de temperatura del punto de aproximación de +2 K (salida del condensador/enfriador de gas – temperatura ambiente)

Perfil climático [1]: Múnich (DE)

Tipología del equipo: amplificador de CO₂ y R448a

Factor de emisión [2]: 338 gCO₂/kWh – media de 2020-2023

Coste de la electricidad: 0,18 €/kWh

Figura 1: Temperatura máxima anual por día

Fuentes: [1] & [2] 

Sistema del caso práctico 1: Instalación transcrítica de CO₂

En este sistema, la disipación de calor se realiza mediante un enfriador de gas de CO₂. En la investigación del libro blanco, se sometieron a prueba los enfriadores de gas de CO₂ en cinco condiciones de mercado, registrándose la mayor desviación en las condiciones 3 y 4.

Tabla 1: Desviaciones entre la capacidad de rechazo de calor declarada y la medida

El signo “-” indica un rendimiento inferior al esperado

Para este estudio de caso, el rendimiento se evalúa según las diferentes condiciones enumeradas en la tabla 2, que se basan en el rendimiento inferior medio obtenido en la investigación del informe técnico.

El rendimiento inferior se expresa como un aumento del delta T en las simulaciones. Esto traduce la capacidad perdida en un menor cambio de temperatura a través del enfriador de gas. Esto da lugar a una temperatura de salida significativamente más alta, lo que puede provocar un aumento de la presión del lado de alta presión y del consumo energético del compresor, y puede reducir la capacidad y la eficiencia generales del sistema.

Tabla 2: Rendimiento inferior según cada condición basado en los resultados de las pruebas

El enfriador de gas funciona como condensador para T ambiente ≤18 °C y en modo transcrítico cuando T ambiente >18 °C.

Resultados

Se simuló el rendimiento del sistema tanto en la condición 3 como en la condición 4, teniendo en cuenta el rendimiento inferior experimentado al funcionar en modo subcrítico (condición 5). Las simulaciones evaluaron el consumo energético adicional, los costes de funcionamiento adicionales y las emisiones adicionales de CO₂ durante un periodo de 1 año, 10 años y 15 años.

Tabla 3: Rendimiento inferior de una instalación de CO₂ en las condiciones 3 y 5, respectivamente

Tabla 4: Rendimiento inferior de una instalación de CO₂ en las condiciones 4 y 5, respectivamente

Sistema del caso práctico 2: Instalación de HFC

En este caso práctico, la disipación de calor se realiza mediante un condensador de HFC que utiliza el refrigerante R448a con un rendimiento inferior del 32 %. Este rendimiento inferior del 32 % se basa en un estudio previo sobre condensadores de HFC. Esto da lugar a una penalización de +3,5 K en la temperatura de salida del condensador, según la hipótesis utilizada para esta simulación durante todo el año.

Resultados

La simulación mostró el consumo energético adicional, los costes de funcionamiento y las emisiones de CO₂ durante un periodo de 1 año, 10 años y 15 años de la siguiente manera.

Tabla 5: Rendimiento inferior de una instalación de HFC

Tanto en los sistemas de HFC como en los de CO₂, los componentes ineficientes de disipación de calor provocan un consumo energético adicional de más de 43 000 kWh al año, lo que supone un coste superior a 7800 € anuales y añade al menos 14,7 toneladas de emisiones de CO₂ según los supuestos aplicados en los casos prácticos.

Figura 2: comparación de las emisiones adicionales de CO₂ entre instalaciones de HFC y CO₂ con rendimiento inferior al esperado

Medición de diferentes índices de rendimiento inferior al esperado

Los casos prácticos anteriores ilustran el rendimiento inferior al esperado de los condensadores y enfriadores de gas basándose en una selección de sistemas que muestran las mayores desviaciones de rendimiento observadas en los estudios analizados por Eurovent Certification. Para ofrecer una visión más amplia del impacto en los sistemas de refrigeración con diferentes índices de rendimiento inferior al esperado, se simularon los siguientes escenarios con fines comparativos e ilustrativos:

Caso S1: refrigerante CO₂, penalización del -10 % = +0,5 K de temperatura de salida del condensador en fase transcrítica y +2,5 K en fase subcrítica

Caso S2: refrigerante CO₂, penalización del -20 % = +1 K de temperatura de salida del condensador en fase transcrítica y +3 K en fase subcrítica

Caso S3: refrigerante CO₂, penalización del -30 % = +1,5 K de temperatura de salida del condensador en fase transcrítica y +3,5 K en fase subcrítica

Caso S4: refrigerante R448a, penalización del -10 % = +2,5 K de temperatura de salida del condensador durante todo el año

Caso S5: refrigerante R448a, penalización del -20 % = +3 K de temperatura de salida del condensador durante todo el año

Caso S6: refrigerante R448a, penalización del -30 % = +3,5 K de temperatura de salida del condensador durante todo el año

Los resultados se simularon a lo largo de 1 año, 10 años y 15 años para imitar el ciclo de vida de los condensadores de HFC y los enfriadores de gas CO₂.

Figura 3: Diferencia porcentual respecto a la referencia

Tabla 6: Rendimiento inferior en condiciones variables durante un periodo de 1 año.

Tabla 7: Rendimiento inferior en condiciones variables durante un periodo de 10 años.

Tabla 8: Rendimiento inferior en condiciones variables durante un periodo de 15 años.

Figura 4: Emisiones adicionales de CO₂

Los resultados muestran que incluso un pequeño rendimiento inferior al esperado puede tener un gran impacto a lo largo del ciclo de vida de un producto.

Conclusión

Eurovent Certification ha podido calcular las posibles consecuencias del bajo rendimiento de los equipos de disipación de calor en una aplicación de supermercado con CO₂ y HFC. A lo largo de un ciclo de vida de 15 años, ambos conjuntos de equipos de disipación de calor con bajo rendimiento pueden:

• Consumir al menos 650000 kWh de energía adicional
• Suponer un coste adicional de más de 117000 € en su funcionamiento
• Generar más de 219 toneladas de emisiones de CO₂ evitables.

Esto sin tener en cuenta el impacto adicional potencial sobre la fiabilidad y la longevidad del sistema, ya que los componentes deben trabajar más para cumplir con la disipación de calor requerida en estas condiciones simuladas. En resumen, el análisis indicó que el bajo rendimiento iba más allá de la unidad en sí, pudiendo afectar al funcionamiento de todo el sistema de refrigeración.

Descubra más sobre la investigación y el impacto del bajo rendimiento del sistema descargando el informe técnico: “Más allá del folleto: Revelando la Realidad del Bajo Rendimiento de los Productos de Refrigeración”.

Descargue el informe técnico ahora

Ver intercambiadores de calor certificados

Ver información sobre el programa de certificación