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Soluciones de eficiencia en zonas de tránsito y acceso a cámaras
“Proyecto para la evaluación de la mejora
de la eficiencia energética en cámaras frigoríficas
mediante el uso de esclusas neumáticas”
José Fernández Seara
Alberto Dopazo Sánchez
REIT – REfrigeración e Ingeniería Térmica
Área de Máquinas y Motores Térmicos
E.T.S. de Ingenieros Industriales
Universidad de Vigo
INTRODUCCIÓN - CARGAS
Q transmisión
Cámara frigorífica
Ti, HR, v, etc
Q renovación
Sistema de
refrigeración
Q Interiores
Q infiltración
CARGA POR INFILTRACIONES
► Infiltración: “Flujo de aire a través de las puertas de las cámaras
debido a las distintas condiciones del aire en el interior y el exterior”.
● Afecta a condiciones de cámara, temperatura y humedad.
● Puede llegar al 40% de la carga de la cámara (ASHRAE).
● Depende:
- De la utilización de la cámara
- De las dimensiones de la puerta y cámara
- De las condiciones interiores
- Del ambiente exterior
INFILTRACIONES
► Flujo de aire entre dos recintos a distintas temperaturas
INFILTRACIONES
0.015
49.6 kJ/kg
11.75 gr/Kg
0.01
0.005
-20.9 kJ/kg
0.47 gr/Kg
0
-30
-22
-20
-10
0
Temperatura [ºC]
10
20
30
Humedad específica W [kg/kg as]
0.02
INFILTRACIONES
● Desestabilización condiciones interiores de la cámara.
► Aumento carga y tiempo operación del sistema de refrigeración.
● Formación de escarcha en evaporadores y sobre los productos.
► Aumento del tiempo de desescarche.
● Formación de hielo entorno a la puerta, en el techo y en el suelo.
► Riesgo de accidentes.
● Formación de neblina, cristales en suspensión.
► Se dificulta la visión.
INFILTRACIONES
INFILTRACIONES
► Soluciones
1º.- Reducir las infiltraciones
● Cortinas de lamas
● Cortinas de aire
2º.- Reducir infiltraciones y sus efectos nocivos
● Esclusas neumáticas
ESCLUSAS NEUMÁTICAS
► Reducir infiltraciones, infiltraciones baja humedad y temperatura
PROYECTO INVESTIGACIÓN
“Instalación experimental para el estudio, evaluación y mejora de la
eficiencia energética y de las ventajas que supone el uso de esclusas
neumáticas en cámaras frigoríficas”
● Consellería Economía e Industria, Xunta de Galicia. INCITE 2009
● 2 años, 2010-2011
● KINARCA, S.A.u
● Equipo investigación Refrigeración e Ingeniería Térmica, REIT
PROYECTO INVESTIGACIÓN
► Objetivos
● Medir infiltraciones en cámara sin esclusa y con esclusa
considerando distintas condiciones de funcionamiento.
● Evaluar las cargas por infiltraciones sin esclusa y con esclusa
en distintas condiciones de funcionamiento.
● Optimizar las esclusas fabricadas por Kinarca.
► Problema complejo. Trabajo experimental.
PROYECTO INVESTIGACIÓN
► Construcción de una cámara. Instrumentación.
► Método del gas trazador, CO2
● Se introduce CO2 en la cámara, se deja estabilizar, y se mide su
concentración (medidores de concentración de CO2), Yi.
● Se mide la concentración de CO2 en el exterior, Yext.
● Se abre la puerta de la cámara y se realizan las condiciones de
operación con la esclusa que se desean ensayar.
● Se cierra la puerta de la cámara, se deja estabilizar un tiempo y se
mide la concentración de CO2 en el interior, Yf
● Medidas de temperatura y humedad interiores y exteriores
PROYECTO INVESTIGACIÓN
► Proceso de cálculo a partir datos experimentales.
● Se realiza un balance de masa en el CO2, durante un Δt
mCO2 ,i  mCO2 ,out  mCO2 ,in  mCO2 ,f
Vcam  YCO2 ,i  CO2 ,i  Vinf  YCO2 ,out  CO2 ,out  Vinf  YCO2 ,in  CO2 ,in  Vcam  YCO2 ,f  CO2 ,f
● Conocido (medido): Vcam , YCO2 ,i , ρCO2 ,i , YCO2 ,ext , ρCO2 ,ext , YCO2 ,f , ρCO2 ,f
● Hipótesis: YCO2 ,out  YCO2 ,i ; ρCO2 ,out  ρCO2 ,i ; YCO2 ,in  YCO2 ,ext ; ρCO2 ,in  ρCO2 ,ext
● Se obtiene, Vinf
PROYECTO INVESTIGACIÓN
► Se obtiene el caudal de aire infiltrado,

V inf, t


Vinf
V

, V inf, 24 h  inf
t
24 h



minf, t  V inf, t  inf , minf, 24 h  V inf, 24 h  inf
► Se obtiene la carga por infiltraciones,

qinf  V inf  inf  ( hext  hcam )

Conocido (medido): minf , hext (Text , HRext ), hint (Tint , HRint )
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
► Instalación experimental. Cámara con esclusa e instrumentación.
Vcam  120.9 m3
63 cm
2m
2.37 m
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
► Instalación experimental. Instrumentación, 30 T, 8 HR, 3 CO2.
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
► Instalación experimental. Sistema adquisición de datos.
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
► Cámara
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
► Esclusa
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
► Esclusa
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
► Esclusa
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
► Sensores
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
► Detectores de CO2, 0 – 100000 ppm, 0.1% valor medido
ENSAYOS REALIZADOS
● Temperaturas de cámara, -18 ºC y -22 ºC
● Tiempo de apertura de puerta, 2 minutos
● Aperturas esclusa, 1, 2 y 3 aperturas / 2 minutos
30, 60 y 90 aperturas/hora
● Ensayos sin esclusa, 2 minutos
● Estabilización de la cámara antes y después de cada ensayo,
diferencias en concentración de CO2 < 5%
RESULTADOS, Tcam=-22 ºC
► Concentración CO2 en cámara y exterior
6 horas
10000
2 min
9000
15 min
8000
CO2 (ppm)
7000
6000
5000
4000
3000
1
ap/min
2
ap/min
C01
3
ap/min
C03
0
abierta
ap/min 2 min
2000
1000
0
10000
15000
20000
Tiempo (s)
25000
30000
RESULTADOS, Tcam=-22 ºC
► Temperatura cámara de referencia, -22 ºC.
20
T14
T15
T14
T16
Temperatura (ºC)
10
0
T15
-10
-20
T16
-30
10000
15000
20000
Tiempo (s)
25000
30000
RESULTADOS, Tcam=-22 ºC
► Humedades relativas interior cámara, HR3 y HR5
100
Humedad Relativa (%)
90
Te=19.5 ºC
HRe=78%
80
70
60
50
40
HR3
HR5
30
20
10000
15000
20000
Tiempo (s)
25000
30000
RESULTADOS, Tcam=-22 ºC
► Caudal de aire infiltrado.
Caudal de aire infiltrado (kg∙s-1)
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
-92.3%
0.2
-87.6%
-82.8%
-79%
0.0
SIN
AP
00Ap/h
AP
301 Ap/h
AP
602 Ap/h
903 AP
Ap/h
RESULTADOS, Tcam=-22 ºC
Caudal diario de aire infiltrado (kg∙hr-1)
► Caudal diario aire infiltrado - horas operación y aperturas por hora.
2000
1800
1600
Puerta abierta
Esclusa abierta
1400
1200
90 aperturas/hora
1000
60 aperturas/hora
800
30 aperturas/hora
600
Puerta abierta
Esclusa cerrada
400
200
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Operación Cámara (hr/dia)
9
10
11
12
RESULTADOS, Tcam=-22 ºC y -18 ºC
► Caudal de aire infiltrado.
1.4
1.2
m (kg∙s-1)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
SIN
AP
00Ap/h
AP
301 Ap/h
AP
602 Ap/h
903 AP
Ap/h
ANÁLISIS ENERGÉTICO
► Comparación SIN - CON esclusa

1º.- SIN esclusa. Carga por infiltración, qinf  minf  ( hext  hcam )
2º.- CON esclusa. Carga infiltración + Potencia consumida esclusa

● Carga infiltración, qinf  minf  ( hext  hcam )
● Potencia consumida esclusa,
- Horas de operación: puerta abierta, resistencias y ventilador encendido,
9 kW + 6 kW + 1.5 kW = 16.5 kW
- Horas no operación: puerta cerrada, modo emergencia,
Resistencias de 9 kW encendidas el 37.5% del tiempo
RESULTADOS, Tcam=-22 ºC
► Carga infiltraciones - horas operación y aperturas hora
40
Potencia infiltración (kW)
35
30
Sin Esclusa
0 Aperturas/hr
30 Aperturas/hr
60 Aperturas/hr
90 Aperturas/hr
25
20
15
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Operación Cámara (hr/dia)
9
10
11
12
RESULTADOS, Tcam=-18 ºC
► Carga infiltraciones - horas operación y aperturas hora
35
Sin Esclusa
0 Aperturas/hr
30 Aperturas/hr
60 Aperturas/hr
Potencia infiltración (kW)
30
25
90 Aperturas/hr
20
15
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Operación Cámara (hr/dia)
9
10
11
12
ANÁLISIS TERMOGRÁFICO, Tcam=-22 ºC
CONCLUSIONES
● Proyecto de investigación, Kinarca – REIT.
● Obtener infiltraciones, evaluación energética y optimización de
esclusas neumáticas.
● Determinación experimental de infiltraciones sin y con esclusa,
horas de operación, 0, 30, 60 y 90 aperturas/hora.
● Análisis energético sin y con esclusa.
- Horas de operación mínimas que justifican el uso de esclusa.
- Reducción de desescarches.
- Ventajas derivadas de la reducción de la formación de hielo.
● Datos experimentales para optimización del diseño de las esclusas.
Soluciones de eficiencia en zonas de tránsito y acceso a cámaras
“Proyecto para la evaluación de la mejora
de la eficiencia energética en cámaras frigoríficas
mediante el uso de esclusas neumáticas”
José Fernández Seara
Alberto Dopazo Sánchez
REIT – REfrigeración e Ingeniería Térmica
Área de Máquinas y Motores Térmicos
E.T.S. de Ingenieros Industriales
Universidad de Vigo