USO EFICIENTE DE ENERGIA ELECTRICA

1
USO EFICIENTE DE ENERGIA ELECTRICA

• REFRIGERACION

2
CURSO DE REFRIGERACION

• SESION 1
• INTRODUCCION

3
CONTENIDO

• Antecedentes
• Enfoque estructurado

4
BENEFICIOS POTENCIALES

• 20 - 30 de ahorros
• Retorno de la inversión 1 - 1.5 años

5
PORCENTAJE DE UTILIZACION DE ELECTRICIDAD
6
ASPECTOS PRINCIPALES

• Ahorros de electricidad
• Otros costos de operación
• Costos de capital
• Confiabilidad
• CFCs, CO2

7
BARRERAS

• Complejidad
• Falta de adiestramiento
• Bajos precios de electricidad
• Papel de los contratistas

8
BARRERAS Cont.-
9
LAS CUATRO AREAS A CONSIDERAR

• Diseño de proceso
• Diseño del sistema
• Diseño de componentes
• Operación/Mantenimiento

10
POLEA DE CALOR
E 1-3
Nivel T3
E 1-2
Nivel T2
C
Nivel T1
11
CURSO DE REFRIGERACION

• SESION 2
• PRINCIPIOS BASICOS DE
• LA REFRIGERACION

12
CONTENIDO

• El proceso de refrigeración
• Equipos
• Ciclos
• Parámetros de rendimiento

13
EL REQUERIMIENTO DE FRIO
-10 C
-15 C
14
TRANSFERENCIA DE CALOR
-10C
-15C
Refrigerante -20C
15
DISIPACION DE CALOR AL AMBIENTE
16
EBULLICION DEL AGUA
Montaña
17
PUNTOS DE EBULLICION DEL AMONIACO
1 bar (15 psig) -20C 14,5 bar (240
psig) 40C
18
EL PROCESO DE REFRIGERACION (1)

• Absorción de energía a baja temperatura y
  presión
• Compresión para incrementar punto de ebullición
• Disipación de energía a alta temperatura y
  presión
• Expansión del refrigerante para reducir punto de
  ebullición

19
EL PROCESO DE REFRIGERACION (2)
Refrigerante a alta T/P
Corriente ambiental de enfriamiento
Sustancia siendo enfriada
Refrigerante a baja T P
20
COMPONENTES PRINCIPALES

• Evaporador
• Condensador
• Compresor
• Dispositivo de expansión
• Refrigerante

21
AREA FRIA- EVAPORADORES

• Tipo de sustancia
• gas, líquido, sólido
• Nivel de temperatura
• Tamaño

22
AREA CALIENTE - CONDENSADORES

• Reservorios de
• Calor - aire, agua
• Aire - enfriamiento con aire
  seco
• - enfriamiento evaporativo
• Agua - río, agua servida, etc...

23
COMPRESORES

• Reciprocante
• Tornillo
• Centrífugo
• Aletas
• Scroll

24
DISPOSITIVOS DE EXPANSION

• Capilar
• - sistemas muy pequeños
• Válvulas de expansión
• termostáticas
• - sistemas pequeños y medianos
• Válvulas de control de nivel
• - sistemas medianos/grandes

25
REFRIGERANTES

• Buenas propiedades termodinámicas
• Baja toxicidad / flamabilidad
• Bajos costos
• Podrían usar agua

26
FACTOR COP
Factor COP (Coefficient of performance)
Enfriamiento obtenido
COP
Potencia requerida por el comp.
Factor COP del sistema (Coefficient of system
performance (COSP))
Enfriamiento obtenido
COSP
Potencia requerida por el comp. y equipos
auxiliares
27
CURSO DE REFRIGERACION

• SESION 3
• ANALISIS DE CARGAS DE
• ENFRIAMIENTO

28
CONTENIDO

• Por qué deben estudiarse las cargas de
  enfriamiento ?
• Tipos de carga
• Perfiles de carga

29
OBJETIVOS

• Identificar oportunidades para reducir las cargas
• Optimizar los niveles de temperatura
• Seleccionar adecuadamente los sistemas de
  refrigeración
• Evaluar ideas para ahorrar energía

30
COMPONENTES DE LA CARGA DE ENFRIAMIENTO

• Procesos
• Infiltración de calor
• Equipos auxiliares

31
TIPOS DE CARGA DE ENFRIAMIENTO

• Calor Sensible
• Calor latente
• Reacciones químicas
• Fuga de calor
• Infiltración
• Equipos auxiliares

32
TIPOS DE CARGA DE ENFRIAMIENTO Cont.-
33
EVALUACION DE CARGAS DE ENFRIAMIENTO

• Carga o demanda pico de enfriamiento
• Variaciones de corta duración (diversidad)
• Variaciones estacionales
• Cargas totales de enfriamiento anuales (factores
  de carga)

34
REDUCCION DE CARGAS DE ENFRIAMIENTO

• Si no hay carga de enfria-miento no hay
  requerimiento de refrigeración
• Puede ser muy efectivo desde el punto de vista de
  costos
• Resulta más económico
• Pre - Instalación
• Post - Instalación

35
PRE-INSTALACION

• Modificación de proceso
• Estándares de aislamiento
• Eficiencia de iluminación

36
POST-INSTALACION

• Procedimientos operacionales
• Revisión del proceso
• Re-ingeniería

37
PERFIL DE CARGA I
200 kW
Demanda de enfriamiento (kW)
0
Tiempo
1 hr
38
PERFIL DE TEMPERATURA I
39
PERFIL DE CARGA II
Carga kW
Tiempo
40
PERFIL DE TEMPERATURA II
Carga de enfriamiento kW/oC
-20
0
10
Temperatura oC
41
PERFIL DE TEMPERATURA II Cont.-
42
RESUMEN

• Análisis de carga de enfriamiento es fundamental
• Discriminación de tipos de carga
• Identificar oportunidades para reducir cargas
• Perfiles ilustran el trabajo que debe realizar el
  sistema

43
CURSO DE REFRIGERACION

• SESION 4
• OPORTUNIDADES DE AHORRO DURANTE LA ETAPA DE
  DISEÑO DE PROCESO

44
CONTENIDO

• Antecedentes
• Enfriamiento libre
• Reducción de carga térmica
• Niveles de temperatura

45
OBJETIVOS DEL DISEÑO DE PROCESOS

• Minimizar los requerimientos de refrigeración
• Obtener la mejor combinación de sistemas y cargas
• Producir un sistema óptimo

46
DISEÑO DE PROCESOS

• Ignorado por contratistas
• Requiere conocimiento del proceso a servir
• Planteamiento de interrogantes fundamentales
• Puede conllevar a ahorros de capital

47
COMPROMISO ENTRECAPITAL - ENERGIA
Costo de energía
Costo de capital
48
OPORTUNIDADES

• Reducción de cargas térmicas
• Enfriamiento libre
• Niveles de temperatura

49
REDUCCION DE CARGAS TERMICAS

• Cargas de proceso
• Cargas auxiliares
• Fugas de calor

50
REDUCCION DE CARGAS TERMICAS Cont.-
51
ENFRIAMIENTO LIBRE Y SUS LIMITACIONES

• Carga térmica/ capacidad
• Combinación de tiempo
• Ubicación
• Contacto

52
ENFRIAMIENTO LIBRE Y SUS LIMITACIONES Cont.-
53
TABLA DE DEFINICION DE CORRIENTES

• - Corrientes de productos calientes
• Corrientes de productos fríos
• Corrientes ambientales

54
COMBINACION DE CORRIENTES

• Durante todo el año
• Durante partes del año
• Temporadas

55
GRADIENTE DE TEMPERATURA

• No se debe ignorar
• 4 - 8 0C para intercambio líquido/líquido
• 10 - 15 0C para intercambio gas limpio/gas

56
ENFRIAMIENTO AMBIENTAL LIBRE

• Aire frío directo
• Enfriamiento evaporativo
• Enfriamiento seco
• Fuente de agua (ej. río)

57
ENFRIAMIENTO LIBRE DEL PRODUCTO

• Alimentación de agua
• Corriente de producto frío a ser calentado
• Corriente de servicio industrial que requiere de
  vaporización

58
ENFRIAMIENTO LIBRE DEL PRODUCTO Cont.-
59
OPORTUNIDADES DE ENFRIAMIENTO LIBRE

• Corrientes calientes que necesitan ser enfriadas
• Corrientes frías que requieren de calentamiento
• Corrientes con rangos amplios de temperatura

60
OPORTUNIDADES DE ENFRIAMIENTO LIBRE Cont.-
61
OPTIMIZACION DE PASTEURIZADORA
Agua caliente Agua helada
T1
T2
72 C
4 C
Tubo de retención
Entrada de leche
4 C
Salida de leche
62
CORRIENTES AUXILIARES

• Bombas
• Ventiladores
• Luces
• Aislante
• Infiltración

63
CONTROL DE BOMBEO
64
CONTROL DE VENTILADORES
65
ILUMINACION

• Controladores
• temporizadores
• ocupación
• zonificación
• Niveles de iluminación
• Luces de alta eficiencia

66
PUERTAS DE ALMACENES REFRIGERADOS

• Cierre automático
• Cortinas de tiras

67
OTROS ASPECTOS

• Espesor de aislante
• Barreras de vapor en aislante
• Personal
• Condensadores

68
RESUMEN

• Considerar el diseño del proceso antes que el
  diseño del sistema
• Reducir las cargas térmicas
• Considerar opciones de enfriamiento libre
• Oportunidades de enfria- miento libre con
  corrientes de producto

69
CURSO DE REFRIGERACION
SESION 5 OPORTUNIDADES DE AHORRO DURANTE LA
ETAPA DE DISEÑO DEL SISTEMA
70
CONTENIDO

• En qué consiste el diseño del
• sistema de refrigeración?
• Arreglo del sistema
• Estrategia de control
• Recuperación de calor
• Almacenamiento térmico

71
ARREGLO DEL SISTEMA

• Selección de refrigerante
• Ciclos de una vs ciclos de dos etapas
• Sistemas de expansión directa vs. sistemas
  inundados
• Integrados vs. Modular

72
SELECCION DE REFRIGERANTE

• Propiedades termodinámicas
• Consideraciones prácticas
• Aspectos ambientales

73
CICLO DE DOS ETAPAS
CONDENSADOR
INTERENFRIADOR
EVAPORADOR
74
DISEÑO INTEGRADO
C1
C2
E1
E2
75
DISEÑO MODULAR
C1
C2
E1
E2
76
ENFRIADORES EN PARALELO
1c
35c
77
ENFRIADORES EN SERIE
15C
35c
1C
78
ESTRATEGIA DE CONTROL

• - Rendimiento a cargas parciales
• - Efecto de equipos auxiliares
• - Control de presión de succión
• - Control de presión de cabezal
• - Métodos de control

79
ESTRATEGIA DE CONTROL Cont.-
80

• Caso Práctico
• carga Potencia kW
• Compresor 1 33 90
• 2 33 90
• 3 33 90
• Bombas de
• agua helada 1 100 25
• 2 100 25
• 3 100 25
• Condensa-
• dor 1 100 20
• 2 100 20
• 3 100 20
• TOTAL - 405

81

• Caso práctico
• carga Potencia kW
• Compresor 1 100 150
• 2 0 0
• 3 0 0
• Bombas de
• agua helada 1 100 25
• 2 0 0
• 3 0 0
• Conden-
• sador 1 100 20
• 2 0 0
• 3 0 0
• TOTAL - 195

82
CONTROL

• Evitar altas presiones de cabezal
• Evitar operación a cargas parciales
• Evitar bajas presiones de succión
• Minimizar uso de equipos auxiliares

83
ALMACENAMIENTO TERMICO

• Costos de operación
• Costos de capital
• Reducción de la demanda de electricidad
• Transferencia diurna/nocturna

84
CURSO DE REFRIGERACION
SESION 6 OPORTUNIDADES DE AHORRO MEDIANTE EL
DISEÑO DE COMPONENTES
85
CONTENIDO

• Compresores
• Evaporadores/Condensadores
• Válvulas de expansión
• Descongelación
• Otros componentes

86
EFICIENCIA DEL COMPRESOR
Te fijo Tc fijo
COP
Eficiencia Isentrópica
87
ASPECTOS PRINCIPALES

• Dimensionamiento/carga parcial
• Selección de la mejor eficiencia a plena carga
• Secuenciado óptimo

88
PROBLEMAS CON DATA PUBLICADA
Para determinados valores de Te, Tc se
obtiene a) Capacidad de enfriamiento b)
Potencia del compresor - pero resulta difícil
hacer comparaciones
89
EFICIENCIA A CARGA PARCIAL
Potencia a plena carga
100 75 50 25 0
desvío de gas caliente
Válvula de desliza- miento
Aletas de direccionamiento
Variador de velocidad
0
25
50
75
100
carga
90
INTERCAMBIADOR DE CALOR

• Selección del tipo
• Optimización del tamaño
• Otros aspectos relacionados con la eficiencia

91
TEMPERATURA DE EVAPORACION
Factor COP
Tc fija Eficiencia fija
Te
92
TEMPERATURA DE CONDENSACION
Factor COP
Te fija Eficiencia fija
Tc
93
TIPOS DE EVAPORADORES

• Inundado/Expansión Directa DX
• Circulación forzada
• Superficie extendida
• Diseño compacto

94
OPTIMIZACION DEL TAMAÑO

• Se debe evaluar el costo total
• Evaporadores de mayor capacidad reducirán los
  costos de operación

95
ASCENSO DE TEMPERATURA
Definición
Ascenso intrínseco
Te
Tc
96
REDUCCION DE TE

• Menor costo de operación
• Compresor más pequeño
• Evaporador más costoso
• Mayor consumo de potencia en equipos auxiliares

97
OTROS ASPECTOS RELACIONADOS CON EVAPORADORS

• Remoción de aceite
• Limpieza
• Escarcha

98
FORMACION DE ESCARCHA

• Escarcha
• Aislamiento de aletas
• Conllevan a
• reducción de capacidad
• disminución de eficiencia

99
TIPOS DE CONDENSADORES

• Enfriado por aire
• Concha y tubo enfriado por agua
• Evaporativo

100
ASPECTOS RELACIONADOS CON CONDENSADORES

• Opimización del tamaño
• Purga de aire
• Limpieza
• Tubería del recibidor

101
VÁLVULAS DE EXPANSION

• Flotador Baja Presión/ Alta Presión
• Termostática
• Electrónica
• Manual o capilar

102
VÁLVULA DE EXPANSION TERMOSTATICA

• Bajo costo y convenientes
• Pero dan origen a varios problemas
• Control de presión de cabezal
• Utilización deficiente del evaporador

103
CURSO DE REFRIGERACION
SESION 7 OPORTUNIDADES DE AHORRO MEDIANTE
OPERACION Y MANTENIMIENTO
104
REGLAS GENERALES

• Incremento de 1C en temp. de condensación
  incrementa costos de operación en 2- 4
• Reducción de 1C en la temp. de evaporación
  incrementa los costos de operación en 2-4
• Desvío de gases por válvulas de expansión puede
  incrementar costos en 20 o más
• Compresores controlados incorrectamente pueden
  incrementar costos en 20 o más
• Control deficiente de los equipos auxiliares
  puede incrementar costos en 20 o más

105
CONDENSADORES - FALLAS COMUNES

• Gases incondensables
• Retroceso de líquido

106
CONDENSADORES - FALLAS COMUNES Cont.-
107
CONDENSADORES - FALLAS COMUNES Cont.-
108
CONDENSADORES - FALLAS COMUNES Cont.-
109
CONDENSADORES - FALLAS COMUNES II

• Control de cabezal de presión
• Ensuciamiento
• Malfuncionamiento de bombas y sopladores
• Torres de enfriamiento

110
CONDENSADORES - FALLAS COMUNES II Cont.-
111
CONDENSADORES - FALLAS COMUNES II Cont.
112
EVAPORADORES - FALLAS COMUNES I

• Carga de refrigerante
• Aceite
• Ensuciamiento

113
EVAPORADORES - FALLAS COMUNES I Cont.-
114
EVAPORADORES - FALLAS COMUNES I Cont.-
115
EVAPORADORES - FALLAS COMUNES II

• Problemas de descongelación
• Control de temperatura
• Bombas y ventiladores

116
EVAPORADORES - FALLAS COMUNES II Cont.-
117
EVAPORADORES - FALLAS COMUNES II Cont.-
118
EVAPORADORES - FALLAS COMUNES II Cont.-
119
VÁLVULAS DE EXPANSIÓN- FALLAS COMUNES

• Desvío de gas
• Retención de líquido
• Puntos de ajuste
• Otros problemas

120
VALVULAS DE EXPANSION- FALLAS COMUNES Cont.-
121
COMPRESORES - FALLAS COMUNES I

• Secuenciado
• Operación a cargas parciales

122
COMPRESORES - FALLAS COMUNES I Cont.-
123
COMPRESORES - FALLAS COMUNES II

• Operación de controles de presión de succión
• Empleo de válvulas de contrapresión en la línea
  de succión

124
COMPRESORES - FALLAS COMUNES II Cont.-
125
COMPRESORES - FALLAS COMUNES II Cont.-
126
DETECCION DE FALLAS - ENFOQUE ESTRUCTURADO

• Métodos de detección de fallas
• Mediciones
• Cargas de enfriamiento

127
DETECCION DE FALLAS ENFOQUE ESTRUCTURADO
128
DETECCION DE FALLAS ENFOQUE ESTRUCTURADO
129
CALCULANDO EL COSTO DE UNA FALLA
Costo Adicional
costo
esperado
de electricidad
130
PLANTA CENTRAL- ENFOQUE DE TRABAJO

• Análisis preliminar de la planta
• Análisis inicial de la data
• Análisis detallado de la data

131
ANALISIS PRELIMINAR

• Consumo de potencia del compresor
• Temperaturas de condensación y evaporación
• Temperaturas ambientales
• Temperaturas de proceso
• Carga de enfriamiento
• Carga de calor del condensador

132
ANALISIS PRELIMINAR Cont.-
133
PASOS A SEGUIR

• Análisis detallado
• Tendencias
• Revisión de condición
• Implementación y seguimien-to a resultados de
  medidas correctivas impuestas
• Herramientas computacionales

134
PASOS A SEGUIR Cont.-
135
RESUMEN

• Enfoque riguroso y sistemático
• Maximizar eficiencias de operación
• Evitar desvío de gas en válvulas termostáticas
• Ajustar compresores a las cargas y maximizar
  eficiencias
• Usar enfoque estructurado para la detección de
  fallas
• Conocimiento de los costos de fallas conlleva a
  la asignación de recursos para su corrección
• Mediciones confiables son fundamentales para un
  buen trabajo de detección de fallas