Influencia de la capacidad del refrigerador seco en la eficiencia de las enfriadoras

Aumento de la eficiencia energética mediante la certificación

Autores : Ingeniero Hanns Christoph Rauser - HCR CONSULTING - Alemania
Stefano Filippini - Presidente del Comité de Cumplimiento para Intercambiadores de Calor

La Directiva EcoDesign ha establecido normas de alta eficiencia y todos tenemos el deber legislativo y moral de garantizar que los sistemas de enfriadoras sean adecuados para su propósito y tan eficientes energéticamente como sea posible. Aunque el EcoDiseño ha obligado a la tecnología de enfriadoras a mejorar significativamente a lo largo de los años, el ahorro de energía puede mejorarse aún más añadiendo enfriadores secos. Sin embargo, el reciente descenso de las ventas de enfriadores secos demuestra que muchas instalaciones nuevas de enfriadoras están desaprovechando importantes ahorros energéticos y económicos.  

Los sistemas de refrigeración deben cumplir las Normas Mínimas de Eficiencia Energética (MEPS) y tienen requisitos de rendimiento distintos según el tipo de enfriadora y la aplicación. Si se garantiza que los sistemas superan los MEPS, se reducen los costes de funcionamiento y el impacto medioambiental, y es posible que en el futuro estén protegidos frente a nuevas normativas. 

Para permitir el diseño de sistemas eficientes desde el punto de vista energético, los fabricantes tienen que proporcionar por ley datos de Ecodiseño. Sin embargo, no todos los datos son iguales y, para el profesional, navegar entre productos certificados y no certificados puede ser un campo de minas. Por ejemplo, entre 2004 y 2008, los fabricantes de intercambiadores de calor certificados por la ECC pidieron a Eurovent Certita Certification (ECC) que probara de forma independiente el rendimiento de nueve intercambiadores de calor. Estos fueron fabricados por siete empresas europeas, que no participan en el programa de certificación Eurovent. La comparación de los datos de rendimiento comprobados con los valores publicados en la documentación de los productos de los fabricantes dio como resultado una reducción de la capacidad de hasta el 37%. Los sistemas realmente eficientes desde el punto de vista energético sólo pueden diseñarse con la información correcta.

¿Cómo mejoran la eficiencia los refrigeradores secos?

Los refrigeradores secos son esencialmente dispositivos de transferencia de calor que utilizan la convección forzada del aire para eliminar el exceso de calor. También conocidos como enfriadores de aire, esta tecnología puede utilizarse para enfriar agua en los condensadores de agua de las unidades de producción de agua fría, o para aplicaciones de refrigeración libre. Los refrigeradores secos pueden ayudar a disminuir la carga del sistema de refrigeración, eliminando el calor del proceso y reduciendo el trabajo del compresor.

Los componentes principales de los enfriadores secos son un intercambiador de calor aire-líquido y un ventilador. Los refrigeradores secos son un sistema de circuito cerrado que utiliza ventiladores para aspirar el aire ambiente. Este aire fluye sobre un intercambiador de calor, que puede ser un diseño tradicional de aletas y tubos o de microcanales. El aire que pasa por el intercambiador de calor atrae el calor del fluido que contiene, que suele ser agua o una mezcla de agua y glicol. Una vez enfriado, el fluido está listo para absorber el calor de un proceso asociado. Una vez hecho esto, el fluido vuelve al intercambiador de calor para iniciar de nuevo el ciclo.

Los refrigeradores secos son adecuados para altas capacidades de refrigeración, en regiones donde la temperatura del aire ambiente es más fría que la mezcla de agua / agua-glicol del sistema. Aunque la temperatura del aire sea más fría sólo durante una parte del año, se conseguirá ahorrar. Si se utiliza una enfriadora certificada con un condensador o refrigerador instalado por separado, es aconsejable utilizar un producto certificado para alcanzar la máxima eficiencia energética.

Tipos de construcción de las enfriadoras

Las enfriadoras refrigeradas por agua se construyen con intercambiadores de calor de placas y tubos como condensadores. En estos sistemas, el calor se disipa en el aire ambiente mediante un refrigerador en el ciclo secundario. Si el calor se disipa directamente en el aire ambiente mediante un condensador, el sistema se denomina enfriadora refrigerada por aire. Éstas se clasifican en enfriadoras compactas para uso exterior con condensador integrado refrigerado por aire, o en sistemas de enfriamiento dividido con condensador refrigerado por aire para instalación exterior. Hoy en día, en la mayoría de los casos, se utilizan enfriadoras compactas refrigeradas por aire. 

El mercado de las enfriadoras

La mayoría de las enfriadoras están certificadas por Eurovent Certita Certification. En la actualidad, 33 fabricantes de enfriadoras participan en el Programa de Certificación. La evolución de las ventas de enfriadoras en la UE entre 2014 y 2021 se muestra en la figura 1, mientras que la evolución de las ventas de enfriadoras frente a enfriadores secos se muestra en la figura 2.

Figura 1 - Evolución de las ventas de enfriadoras, 2014-2021, de Eurovent Market intelligence.
 

Figura 2 - Evolución de las ventas de enfriadoras y enfriadores secos en la UE28, 2019-2021, de Eurovent Market intelligence.

La proporción de ventas de enfriadoras en la UE en 2021 según el tipo y tamaño de construcción se muestra en las figuras 3, 4 y 5.
 

Modelo de cálculo

Se crearon dos sistemas de prueba para medir la influencia del enfriador seco en la eficiencia energética de un sistema de enfriadoras refrigeradas por agua. En uno se utilizó un enfriador seco certificado y en el otro un enfriador seco no certificado.

El sistema de enfriadoras estaba formado por una enfriadora de agua certificada por Eurovent, de clase B de eficiencia energética Eurovent, utilizada para aire acondicionado (sólo refrigeración). La potencia frigorífica de 1.000 kW a plena carga y una temperatura ambiente de 35 °C era suministrada por dos compresores de tornillo que utilizaban refrigerante R134a. El evaporador enfriaba el agua de 12°C a 7°C. 

En el modelo simplificado se supuso que la diferencia de temperatura entre la temperatura de condensación y la temperatura ambiente era de 12K fijos. El condensador calentaba el fluido secundario, que era enfriado de nuevo por un refrigerador seco. En el refrigerador seco, el fluido secundario se enfriaba 5K hasta alcanzar una temperatura 5K superior a la temperatura ambiente. No se tuvo en cuenta la potencia de bombeo del fluido secundario. El estudio tenía una diferencia de capacidad del 25%. 

A plena carga, el refrigerador seco no certificado provocó un aumento de 2,5K en la temperatura de condensación de la enfriadora. Con un funcionamiento a carga parcial del 75%, 50% y 25%, se aumentó la velocidad del ventilador de CA del enfriador seco no certificado para alcanzar la misma temperatura de condensación que cuando se utilizaba el enfriador seco certificado. Ambos sistemas se compararon utilizando el valor ESEER (coeficiente europeo de eficiencia energética estacional) del sistema completo. 

Resultados

El consumo eléctrico del ventilador del enfriador seco se situó entre el 10% y el 20% del consumo eléctrico total del sistema en las distintas condiciones de carga (Figura 6).

La figura 7 muestra la relación de eficiencia energética (ESEER) del sistema total con los dos enfriadores secos diferentes. El valor ESEER del sistema que utiliza un enfriador seco con diferencia de capacidad es un 4,6% inferior, debido al mayor consumo de energía de la enfriadora a plena carga y al mayor consumo de energía de los ventiladores del enfriador seco en funcionamiento a carga parcial.

Para poner esto en contexto, para la ciudad de Milán, el ahorro energético anual del sistema de enfriadoras que utiliza un enfriador seco, obteniendo la capacidad diseñada, es de unos 20.000 kilovatios-hora a unas 3542 horas de funcionamiento calculadas.

Para enfriadoras con más horas de funcionamiento, o enfriadoras diseñadas para la refrigeración de procesos, el tiempo de amortización será aún menor.

Figura 7: EER de una enfriadora de sistema más un enfriador seco con distintas cargas, de Eurovent Market intelligence.

Por qué es importante la certificación

Los resultados muestran lo importante que es utilizar componentes y sistemas certificados. Unos datos correctos sobre el rendimiento de los intercambiadores de calor son absolutamente esenciales, porque influyen en la eficiencia energética de todo el sistema. En el estudio, una enfriadora refrigerada por agua, refrigerada por un enfriador seco no certificado con una diferencia de capacidad del 25%, provocaba unos costes energéticos un 4,6% superiores. 

Por eso, cuando se utiliza una enfriadora certificada con un condensador refrigerado por aire o un enfriador seco instalado por separado, se debe utilizar un producto certificado para alcanzar la máxima eficiencia energética. Ahorrará dinero y energía a largo plazo y puede estar seguro de que los productos certificados funcionarán según lo previsto.

Para ver y comparar productos certificados como enfriadoras y enfriadores en seco, nuestro directorio de productos certificados, fácil de usar, puede ayudarle. Busque productos por familia, tipo, marca, nombre de modelo y número de certificado. 

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