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
0
