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Proyecto Fin de Carrera
Realizado por: Gonzalo García-Palacios Galán
Dirigido por: Amancio Moreno Rodríguez
1. Introducción
Actualmente  Gran variedad (splits, enfriadoras, conductos, absorción, etc.)
Bomba de calor para superficies grandes (no doméstico).
Necesario
modificaciones
Sistemas de caudal de refrigerante variable (CVRV, CRV, VRF, VRV, etc.)
Control
- Caudal másico (VEE).
- Caudal volumétrico (inverter-rpm).
- Subenfriamiento  ↑Longitud tuberías.
- Central + distribuido independiente.
- Recuperación calor.
- Nº uds ext/nº int ↓↓↓.
- Etc.
2. Descripción General y Tipos
de Sistemas CRV.
Tipos de CRVs (según funcionamiento):
- Sólo frío
- Bomba de calor
- Recuperador de calor
No confundir con multi-split
Tipos de CRVs (según distribución del refrigerante):
- 2 tubos L y G (aspiración- refrigeración; descarga-calefacción).
- 3 tubos L, G a ↓P (aspiración) y G a ↑P,T (descarga).
Ventiladores
Otros:
Deshidratadores,
sensores, actuadores,
separador aceite,
válvulas, placas
control, etc.
Intercambiador
Circuito
subenfriamiento
y válvulas
Placa
electrónica
Compresor
inverter
Acumulador
Compresor
velocidad
fija
Intercambiadores
para subenfriamiento
en la caja
recuperadora.
Válvulas
de control
(C) Válvula bypass de líquido.
Evita condensación en el
colector de la caja recuperadora.
(D) Válvula de balance.
 Control de P entre líneas de
alta y baja durante la inversión
de ciclo.
(A) Solenoides de paso.
Conmutación refrigeración/calefacción.
(B) VEE (subenfriamiento). Expande
una fracción ↓ del colector de línea
de líquido  subenfría el que se
dirige al evaporador.
3. Funcionamiento y Control
Funcionamiento de un CRV con recuperador de calor a 2 tubos
Demanda mayoritaria de frío
09/02/2011
Funcionamiento de un CRV con recuperador de calor a 2 tubos
Recuperación total (demanda refrigeración = demanda calefacción)
09/02/2011
Funcionamiento de un CRV con recuperador de calor a 3 tubos
Refrigeración>Calefacción
Refrigeración=Calefacción
09/02/2011
Esquema del sistema a 3 tubos funcionando en modo mixto
con 2 unidades en calefacción y una en refrigeración
Resumen:
-Ud. Int. en refrigeración recibe L a ↑P de la caja recuperadora y
devuelve G a ↓P.
-Ud. Int. en calefacción recibe G a ↑T,P procedente de la caja
recuperadora, y devuelve líquido a ↑P.
Carga del sistema = f(uds. en funcionamiento, ma, %HR, capacidad, Taspiración)
a) Control del compresor (refrigeración)
demanda) uds. interiores Paspiración)
Modificación condiciones diseño.
Electrónica  rpm compresor  Vrefrigerante necesario (Pevap y
Pcond en rango de diseño Tevap / absorbe carga de refrigeración y sus
fluctuaciones).
b) Control recalentamiento (frío) VEE ud int.  Capacidad ud.
interior.
Control compresor  sistema completo = f(Σuds. Int.)
c) Condensación y subenfriamiento (calefacción)
Sensor Pdescarga  capacidad compresor / T sea la apropiada.
Si subenfriamiento ↑↑  Qdemanda > Qcaudal de refrigerante  VEE abre
paso (información del sensor de Pdescarga ud. Ext. y del termistor del tubo de líquido de la ud.
Int. que gobierna).
Globalmente…
Aumento demanda
ΔP(alta-baja) disminuye
rpm compresor aumenta (electrónica)
Disminuye demanda
Dificultades condensación (Vrefrig↑↑↑ Vs Tint)
VEE uds. Int.(en este caso condensadores) cierran.
Palta aumenta
rpm compresor disminuye (electrónica).
d) Factores de corrección de la capacidad:
Correcciones por pérdidas de carga (L, Δaltura), desescarche, etc.
f) VEE
-Tipo solenoide + μP (tren de
pulsos).
- Tipo motor eléctrico paso a
paso + engranajes+espiga.
Frío  recalentamiento.
Calor  subenfriamiento
Subenfriamiento ≈5 ºC.
09/02/2011
4. Consumo energía. Factores
-Componentes del sistema.
- Diseño del sistema general y control.
- Sistemas reversibles: Bomba de calor.
- Mantenimiento y gestión.
- Diseño del edificio y ventilación.
Ver texto del proyecto
5. Relación entre Potencia Frigorífica,
Longitud de Tuberías y Subenfriamiento
Subenfriamiento = grados que se baja la
Trefrigerante (líquido) al extraerle calor sensible
partiendo de líquido saturado.
A la salida del condensador y en las cajas
recuperadoras (Líquido antes de L↑).
-Evita evaporación antes de VEE de uds. destino.
- La VE debe recibir sólo líquido para funcionar.
- Al ser líquido, con el mismo caudal se puede
transportar más energía y con menos pérdida de
carga que en estado gaseoso (o mezcla).
≈40ºC
≈10ºC
Algunos sistemas producen y almacenan hielo
(noche) para subenfriar de día.
Hipótesis:
- ΔPintercambiadores = 0.
- Rendimiento intercambiador
subenfriamiento ≠0 (T1> T4).
- Expansiones a h cte.
- h4 ≈ hsalida circuito subenfr ≈ hsalida evap.
(diferencias de P y T en 4 despreciables).
Ecuaciones:
Q e  m e ·( h 4  h 5 )
mT=me+ms
Qs  ms ·( h4  h3 )
Qs  mT ·( h1  h2 )
Del balance de
energía en el
subenfriador
h2=h3=h5
Operando…
K ·h1  h4 

Qe  mT K  1 h1 
  mT K  1h1  K ·h1  h4   mT (h4  h1 )
K 1 

Nota: K es la relación entre el gasto total y el sangrado.
Hipótesis:
- ΔPintercambiadores = 0.
- Rendimiento intercambiador
subenfriamiento ≠0 (T1> T4).
- Expansiones a h cte.
- h4 ≈ h3 (diferencias de P y T
despreciables).
Ecuaciones:
Q e  m e ·( h 3  h 2 )
mT=me+ms
Qs  ms ·( h3  h1 )
Qs  me ·( h1  h2 )
Del balance de
energía en el
subenfriador
Operando…



m
s
Qe  (mT  ms ) h3   h1 
 h3  h1  
mT  ms



 Qe  mT h3  h1 
Ecuaciones:
h3 s  h3 ; h2 s  h2 ss  h2
Qe  me ·( h3 s  h2 ss )
mT=me+ms
Qs  ms ·( h3  h2 s )
Q s  m T ·( h1  h 2 )
Del balance
de energía en
el
subenfriador
Operando…
Qe  mT ·( h3  h1 )
Resultados anteriores (teóricos):
Qevaporador ≠ f(subenfriamiento)
Para obtener valores de rendimientos reales en
relación al funcionamiento de cada uno de estos
sistemas, podría recurrirse a simulaciones o
medidas empíricas.
Relación Subenfriamiento-Longitud Tuberías
Pérdida de carga por fricción, restricciones en L-Ø y
ascenso de altura.
Refrigerante pierde energía  Disminuye P (ebullición)
1
Presión Líquido Saturado [mbar]
Temperatura Líquido Saturado [oC]
7950 (Yo)
0 (Xo)
9274
5
10756
10
12408
15
14241
20
16269 (Y1)
25 (X1)
18502
30
20954
35
23636
40
26563
45
29745 (Y2)
50 (X2)
R410A
L V2
2 P  f  
d 2g
L: longitud.
d: diámetro.
V: velocidad promedio
del refrigerante.
G: gravedad.
f: fricción.
P(T)  Po 
(T - T0 )(T - T1 )
(T - T0 )(T - T2 )
(T - T1 )(T - T2 )
+ P2 
+ P1 
(T1 - T0 )(T1 - T2 )
(T2 - T0 )(T2 - T1 )
(T0 - T1 )(T0 - T2 )
Con 1 y 2, hasta saturación de líquido se obtiene:
ΔLtubería≈ f(ΔTsubenfriamiento) para L horizontal sin elemtos.
causantes de ΔP y R410A.
L  K  6,36  ( T - 25)( T - 50) - 26,03  ( T)( T - 50) + 23,8  ( T)( T - 25) 
Para TЄ[0,50] ºC y con K  d 
19,62
f V 2
6. Ejemplo diseño
Resumen resultados:
- Mejor aprovechamiento
energético (sin considerar
Ltub) diseño hotel=1sistema
(flexibilidad asignación uds.)
- Coste 1sistema < sistema por
plantas.
- Diseño por plantas +
sobredimensionado  efecto
+o- en COP = f(caso)
PEID+PEII
=
343035 kg equiv. de CO2.
(12 h/d, 260 d/año, 1 año)
R410A no destruye el ozono.
Vida≈ 32 años..
(Más info en texto proyecto)
09/02/2011
7. Simulaciones
Utilidad:
- Estimación de cargas y consumos instantáneos y por zonas.
- Comparar alternativas.
- Analizar el efecto del control del sistema (≈Δ 60% consumo anual).
- Estudiar la relación carga interna-ocupación-uso aparatos.
Ej. Simulación:
evolución de la
carga térmica/m2 en
2 zonas.
Ej: Horas-Carga
↑tiempo a <100%  CRV.
CRV podría ahorrar:
≈12% Vs enfriadora.
≈22% Vs conductos.
8. Conclusiones
- Sistema ideal = f(caso)
- Rendimiento a cargas parciales ↓ (excepto en CRV).
- Diseño para situaciones extremas  sobredimensionamiento  %W<100%.
- Máx. COP (CRV) ≈ [45%<carga< 70%].
- En general, COP(todo agua) > COP (CRV) si carga>90%.
CRV de 10 CV.
Funcionamiento anual según
ASHRAE.
09/02/2011
Resultados=f(Mantenimiento, forma de uso, etc.)
 Estimación difícil.
Generalmente, el control distribuido mejor que central.
Text y Ltub. Muy influyentes en el COP.
 Si >20.000 m2  Sistema de agua.
Solución: División en varios CRVs independientes.
Si Text ↓ ↓  Caldera gas (generalmente)
Ej. COP100% = 2,4 y L=150m COP ≈ 1,63. Además, en caso de fuga será más difícil
de encontrar/reparar.
Problema sistemas DX ↑ potencia  kg refrigerante / m3.  Normativa.
CRV Vs Agua:
Agua  corrosión y goteos.
Costes y peso de tubería CRV < agua equiv. (posible reutilizar anteriores).
P(avería CRV) > agua (electrónica, compresores).
Costes:
Muy variables en función del caso (€CRV > €agua, 5-20%)
Ejemplo costes energéticos anuales:
7466$ para agua Vs 6326$ para CRV equivalente (ver texto proyecto)
Amortización
estimada 6-7
años
€CRV (iniciales +operación)|vida útil ≈86% equiv. agua.
Otros (ej. €/kWh) pueden ↓ periodo amortización CRV.
Futuro
- ↑nº CRVs.
- Gases + ecológicos.
- Simulaciones  Adaptadas para CRVs.
- Integración control [ventilación + CRV]  ↑Rendimiento conjunto.
- Fomento CRV + formación específica.
- Normalización  Evaluación instalación-equipos.
- Coste kWh  Elección diseño + eficiente (evitar conductos aire).