podía disponer de variadores de potencia En el 15% de los casos no existía esta regulación mientras que en otro 15% la regulación era regular o deficiente. En el resto, existía una buena regulación de capacidad de producción de frío. Hay que mencionar que los sistemas donde no se disponía de regulación de capacidad, o esta era deficiente, eran los de menor producción frigorífica, y, por lo tanto, el efecto de esta carencia sobre el consumo energético era pequeño. En cuanto al control de arranque y de regulación de la capacidad, en el 26% de los compresores se hacía por presostatos; en el 46% de los casos se hacía mediante un programador de levas, y en el resto (26%) mediante un autómata programable. Como resumen de las mejoras posibles en cuanto a instalación frigorífica, se estimó (valores correspondientes a 1999) que era posible disminuir sensiblemente los costes energéticos anuales. Con escasa o nula inversión, con sólo mejorar la gestión del frío, las modificaciones en la temperatura de evaporación producían un ahorro por central y año estimado entre 180 y 1900 euros. El cambio a condensadores evaporativos podía proporcionar a cada central un ahorro estimado entre 1000 y 7000 euros por año, debido a la mejora del rendimiento del ciclo frigorífico. Finalmente, analizando la gestión de las cámaras frigoríficas se estimaron ahorros adicionales si se concentraba el almacenaje de fruta en pocas cámaras a final de temporada, cuando la mayoría de cámaras se usan en un bajo porcentaje de su capacidad, y se recomendó ajustar las entradas diarias de producto, en época de cosecha, a las capacidades reales de enfriamiento de las cámaras. Bibliografía Azara, M. 1988. Ahorro energético en instalaciones frigoríficas. Primeras Jornadas Técnicas Europeas del Frío aplicado a la agroalimentación (ed. FMI Valencia), pp. 121-114. Díaz, J.M. 1988. Ahorro energético en instalaciones frigoríficas. Primeras Jornadas Técnicas Europeas del Frío aplicado a la agroalimentación (ed. FMI Valencia), pp. 121-123. Domínguez, M., García de Vinuesa, S., Carrasco, J.A. 1981. El Instalador, Monografía nº 11: 69-76. ICAEN, 1993a. Tecnologies avançades en estalvi i eficiència energètica. 10. Les instal·lacions frigorífiques de la indústria agroalimentària. Institut Català d'Energia, Barcelona, 95 pàg. ICAEN, 1993b. Tecnologies avançades en estalvi i eficiència energètica. 12. Sector de fabricació de begudes alcohòliques: Vi, Cervesa i Destil·lats. Institut Català d'Energia, Barcelona, 127 pàg. IDAE, 1998. Eficiencia energética en el sector industrial de fabricación del pan. Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, Madrid, 27 pàg. López, E. 1998. Ahorro energético en instalaciones frigoríficas. Refrigeración-Frial, 47: 22-31. Velázquez, A., Martínez, P.J., Alarcón, M. 2001. Sistemas de mejora en los períodos de funcionamiento de una instalación frigorífica. Refrigeración- Frial, 59: 3-6. Sanz, F. 1999a. Ahorro en instalaciones frigoríficas desde la óptica del control. RefrigeraciónFrial, 52: 9-17. *Sanz, F. 1999b. Ahorro en instalaciones frigoríficas. El Instalador, mayo:13-30. I Congreso Español de Ciencias y Técnicas del Frío, CYTEF'2002 Cartagena, 4-6 Abril 2002 El 40% de las instalaciones disponían de control del desescarche mediante autómata programable o basado en ordenador; el resto hacía el desescarche por programadores horarios (menos eficientes porque no tienen en cuenta el tiempo de producción de frío ni, por tanto la acumulación real de hielo). En relación a los aspectos constructivos, se analizó la superficie de intercambio específica, es decir, superficie de evaporación en relación al volumen de la cámara. Este parámetro es indicativo en las comparaciones entre cámaras de construcción y uso similares, como es el caso que nos ocupa. Los valores hallados oscilaban en torno a 0,50 m2/m3, con mínimos entorno a los 0,20 y máximos alrededor de 0,75. Hay que tener en cuenta que pequeñas superficies están asociadas a mayores diferenciales de temperatura entre la evaporación del fluido y la de consigna de la cámara, lo cual tiene varios efectos desfavorables (menor Te, en perjuicio del COP; menor humedad relativa de equilibrio en la cámara, asociada a mayor frecuencia de desescarche y, por lo tanto, a mayores necesidades de agua para corrección de la humedad ambiental si se quiere evitar el arrugado y la pérdida de peso de los frutos por exceso de transpiración). En cuanto al mantenimiento, el 44% de las instalaciones estaba en buen estado; el 30% se calificó como regular, y el resto tenía un mantenimiento deficiente. Condensadores y torres de refrigeración: El 44% de las instalaciones funcionaba con condensadores evaporativos. En el resto, esta función la cumplían intercambiadores tubulares alimentados por agua procedente de una torre de refrigeración. En un caso, por ampliación puntual de potencia, se había ampliado el intercambiador con algunas unidades de intercambio por aire. En el 41% de los casos el condensador disponía de variadores de capacidad, generalmente en forma de variadores de frecuencia en los ventiladores o con varios ventiladores que arrancaban secuencialmente. El resto de instalaciones era de potencia fija, que se evaluó como adecuado desde el punto de vista del consumo energético. La capacidad de disipación de calor estaba ligeramente sobredimensionada respecto a las necesidades reales (entre 100 y 220%), lo cual es favorable desde el punto de vista del rendimiento del ciclo (se consigue subenfriamiento del líquido), aunque en alguna instalación los condensadores proporcionaban sólo entre el 80 y el 100% de la capacidad requerida, con lo cual cabe esperar consumos energéticos mayores que los normales en los períodos de máxima demanda. En cuanto a mantenimiento, se observó que en el 15% de las instalaciones se disponía de tratamientos anticalcáreos y alguicidas en el agua, en el 33% sólo se hacía tratamiento anticalcáreo y en el resto no se aplicaba ningún tratamiento al respecto. Dada la calidad del agua habitual en las comarcas de Lleida, cabe esperar que la mayoría de las instalaciones que no realizan tratamientos tengan a medio plazo problemas de intercambio de calor, debidos a las incrustaciones calcáreas sobre las superficies metálicas de los elementos intercambiadores (tal como se observó ya in situ en algunos casos). Finalmente, cabe observar una gran variabilidad en cuanto a las potencias de bombeo de agua instaladas en los condensadores evaporativos y torres (incluso entre equipos de características similares), lo que indica que los instaladores no siguen habitualmente unos cálculos fiables en la selección y tienden a sobredimensionar estos elementos auxiliares. Compresores: El último elemento analizado fueron los compresores. Las potencias instaladas eran variables. En compresores alternativos, las potencias frigoríficas por equipo oscilaban entre los 6,25 y los 110 kW; en los helicoidales, entre 92 y 147 kW. La variación de potencia también estaba resuelta de modos distintos; en la mayoría de instalaciones se disponía de varios compresores en paralelo; adicionalmente, cada compresor I Congreso Español de Ciencias y Técnicas del Frío, CYTEF'2002 Cartagena, 4-6 Abril 2002 temperatura de trabajo de las cámaras analizadas se situaba cerca de los 0ºC, y la temperatura del aire exterior en los momentos más desfavorables podía alcanzar los 35-40ºC (con T de saturación adiabática entre 22 y 30ºC). T evaporación: Los evaporadores bien diseñados deberían permitir trabajar con un salto térmico entre 5 (invierno, cuando la carga térmica que soporta la cámara es menor) y 7ºC (verano). Se observó que, con frecuencia, se operaba a Te<-10ºC, por un exceso de carga térmica (demasiada fruta entrando en la misma cámara en un mismo día), para compensar el déficit de superficie de intercambio en los evaporadores. En estas condiciones, aun suponiendo que los compresores estuvieran suficientemente sobredimensionados como para proporcionar el frío requerido, se producía una caída sendible en el coeficiente de rendimiento del ciclo (C.O.P.), que daba lugar a sobrecostes notables en términos de energía. T condensación: La temperatura de condensación dependía del tipo de condensador instalado. Se admite, orientativamente, que, en unas condiciones con aire a 35ºC y con una temperatura de bulbo húmedo de 22ºC, si se dispone de suficiente caudal de agua no recuperable a 18ºC, se puede diseñar el sistema para una Tc = 31ºC; con condensadores evaporativos, Tc = 34ºC; con condensadores multitubulares asociados a una torre de refrigeración, Tc = 42ºC; y, con condensadores por aire, Tc = 50ºC. En sistemas con amoníaco (frecuentes en las instalaciones analizadas; algunas instalaciones funcionaban con R-22), tomando datos de las instalaciones y combinando ambos factores, se estimaron los valores del C.O.P. real que se muestran en la Tabla 1. En instalaciones bien diseñadas, este indicador podría alcanzar el valor de 3,64, mientras que cuando se fuerza a la baja la temperatura de evaporación (sin cambiar la de condensación) puede disminuir hasta valores inferiores a 3 (cabe comentar que, para R-717, Tc= +35ºC y Te= -5ºC, el COP del ciclo teórico saturado simple vale 5,70). Tabla 1: COP en función de las temperaturas de evaporación (Te) y de condensación (Tc), en amoníaco. Te (ºC) -5 -7 -10 +35 3,64 3,44 3,17 Tc (ºC) +40 3,19 3,03 2,80 +45 2,82 2,68 2,50 B.2)Equipos Evaporadores: Se analizaron varios aspectos de funcionamiento, constructivos, y de mantenimiento en los evaporadores de las cámaras. En cuanto al funcionamiento, se consideró: la existencia de un control para proporcionar una capacidad variable de ventilación; la utilización de válvulas termostáticas o electrónicas (estas últimas, en R-22, proporcionan un perfil de T con oscilaciones más atenuadas, y son más favorables para el ahorro energético); y, también, el sistema de desescarche instalado (tanto el tipo de dispositivo como el sistema de ciclación) y el estado de mantenimiento. De todos los sistemas instalados, en el 67% los evaporadores no disponían de regulación de caudal de aire; en el 22% se disponía de escalado de velocidades; en una de las instalaciones se encontraban variadores de frecuencia. En cuanto a las válvulas, y considerando únicamente los sistemas de R-22, sólo en 4 de ellos (total: 20) se empleaban válvulas electrónicas acompañando a la válvula termostática. En el 26% de los casos existían válvulas de presión constante en el tubo de retorno del gas. I Congreso Español de Ciencias y Técnicas del Frío, CYTEF'2002 Cartagena, 4-6 Abril 2002 Finalmente, cabe citar como sistemas alternativos o complementarios a los propuestos: el sombreado, mediante vegetación u otros sistemas; el uso de cubiertas altamente reflectantes que reduzcan la temperatura superficial externa del tejado; o el mantenimiento de una lámina de agua en vaporización encima de las tejas (por aspersión), cuyo coste, en relación a su eficiencia, es excesivamente alto para una región tan seca en verano como Lleida. El coste por m2 y año asociado al sobrecalentamiento de los entretechos se estimó en un valor entre 0,15 y 0,18 euros. A.4)Puertas de pasillos y cámaras El último elemento constructivo que se analizó fueron las puertas en pasillos y cámaras. Los elementos a considerar fueron: presencia de puertas (en las bocas de los pasillos), tipo de dispositivo de apertura (los automáticos garantizan el cierre de puertas cuando no están en uso, cosa que no suele suceder con los manuales) y existencia de dispositivos final de carrera, que paren el flujo de refrigerante y los ventiladores en cuanto se abre la puerta de las cámaras. Las pérdidas de calor durante la carga y descarga de cámaras, asociadas a los flujos de aire mientras las puertas permanecen abiertas, se estimaron entre 2,6 y 9,7 kW, lo que significa unos costes (estimación de 1999) entre 0,07 y 0,30 euros por hora y cámara. Las instalaciones existentes fueron las siguientes: en 11 centrales, los pasillos carecían de puerta. En 7 había puerta dotada de cierre automático; en una, el cierre era manual, y en otra central existían pasillos con las tres tipologías. En cuanto a las puertas de las cámaras, en todas las centrales existían puertas de cierre manual (el único tipo de cierre en 14 de ellas); en 5 centrales, parte de las cámaras disponían de puertas con cierre automático, y en una de ellas parte de las puertas estaban dotadas de dispositivos fin de carrera. Como resumen de las mejoras posibles en cuanto a obra civil, se estimó (valores correspondientes a 1999) que era posible disminuir los costes energéticos anuales entre 300 y 600 euros por central incorporando ventilación del entretecho, en unos 860 euros anuales incorporando o mejorando las puertas en pasillos, y entre 1000 y 2000 euros anuales incorporando dispositivos de fin de carrera en las puertas de las cámaras. B)INSTALACIÓN FRIGORÍFICA Se analizaron los parámetros de funcionamiento del conjunto del sistema frigorífico, en primer lugar, y los de los principales equipos, en segundo, así como los dispositivos de control existentes. Un total de 14 centrales disponían de un solo circuito frigorífico; 4 de ellas disponían de 2 circuitos, y en las dos restantes funcionaban más de dos circuitos. En cuanto a los refrigerantes empleados, existían 38 unidades de R-22 (expansión directa; media de potencia frigorífica: 142 kW); 7 de R-717 (inundados; media de potencia frigorífica: 815 kW) y una de refrigeración indirecta por solución acuosa de etilenglicol con R-22 como refrigerante primario (274 kW). La variedad de instalaciones hace que ya no podamos referirnos a 20 centrales, sino a a un número más elevado de tipologías. Varios de los resultados se expresarán, por ello, en porcentaje. B.1)Régimen de funcionamiento Las variables analizadas fueron las temperaturas características del ciclo frigorífico: temperatura de evaporación y temperatura de condensación. Hay que tener en cuenta que la I Congreso Español de Ciencias y Técnicas del Frío, CYTEF'2002 Cartagena, 4-6 Abril 2002 (m2/m3). Al estar la altura de las cámaras limitada esencialmente por el alcance de las carretillas elevadoras, era de esperar que este índice diera valores bastante homogéneos. A pesar de ello, se detectaron centrales con las cámaras especialmente bajas (en una, >0.2, mientras que en 7 de ellas este índice estaba comprendido entre 0,15 y 0,20). En el resto, S3 valía entre 0,10 y 0,15. A.2)Orientación de las cámaras Es conocido que la temperatura que alcanzan los paramentos exteriores de las centrales depende de su orientación respecto a la posición del sol. En nuestro hemisferio, la orientación al Norte es la más favorable en términos de conservación energética en cámaras frías, seguida, por este orden, por E, O y S. En muchas ocasiones, la construcción de la central estaba condicionada por otros factores (forma del solar, ampliaciones sucesivas a partir de una instalación inicial, etc). Con todo, este indicador, como los anteriores, podía ayudar a justificar las diferencias entre consumos eléctricos en el equipo de frío, y por ello se analizó. De las 20 centrales, 8 se consideraron bien orientadas. En otras 4, la orientación se calificó como regular, mientras que el resto tenía una orientación incorrecta. A.3)Entretechos La zona del entretecho puede alcanzar temperaturas superiores a los 45ºC durante el verano, en Lleida, cuando los equipos frigoríficos deben suministrar mayores capacidades frigoríficas, al coincidir las temperaturas más altas con la época de recolección de la fruta (que se suele enfriar en la misma cámara donde se almacenará posteriormente). Ventilación: La reducción de esta temperatura puede hacerse mediante la ventilación natural o forzada de los entretechos, ya que el aire exterior suele estar entre 8 y 10ºC por debajo de la temperatura de esta zona. Esta solución tiene detractores, al significar una chimenea de tiro en el caso de incendio, hasta el punto de condicionar el coste de las pólizas de seguros. Los sistemas de bloqueo automático de las salidas, aunque sencillos de desarrollar, no están instalados en ninguna central. La ventilación suele hacerse mediante tiro por convección natural, disponiendo oberturas de entrada de aire en los laterales y oberturas de salida en la cima del tejado. En cuanto a la ventilación forzada, supone unos costes energéticos adicionales que habría que añadir al balance de costes del conjunto de la instalación. De las 20 centrales, 2 tenían un buen sistema de ventilación del entretecho; en 4 de ellas se consideró el sistema como regular, y el resto carecía de ventilación. Aislamiento: Otro sistema para reducir la temperatura en el entretecho es el aislamiento térmico de la cubierta, que reducirá el flujo de calor hacia el entretecho. Frecuentemente, el coste de aislar (inversión puntual), aunque puede verse compensado por el ahorro sostenido en energía, es difícil que lo aprueben las juntas rectoras de las sociedades cooperativas como las que nos ocupan. De las 20 centrales, sólo una tenía el techo correctamente aislado (la misma, además, disponía de un buen sistema de ventilación). En 3 de ellas se había aislado parte de la superficie, y el resto carecía de aislamiento. I Congreso Español de Ciencias y Técnicas del Frío, CYTEF'2002 Cartagena, 4-6 Abril 2002 de los aislamientos, selección y diseño adecuado de los equipos e instalaciones, funcionamiento y mantenimiento eficiente de los mismos, gestión y control de la instalación, y gestión adecuada del producto almacenado, para minimizar las ganacias caloríficas. Así pues, el objetivo del presente trabajo se centra en el diagnóstico de diferentes aspectos de funcionamiento de los equipos frigoríficos, y de aspectos generales de la obra civil, de 20 almacenes frigoríficos de fruta de la zona de Lleida, para establecer índices comparativos de eficiencia energética y posibilitar la formulación de recomendaciones prácticas a dichas industrias. Material y métodos El estudio se llevó a cabo en cámaras frigoríficas de 20 centrales frutícolas de la zona de Lleida, entre 1998 y 1999. El estudio se basó en el análisis de los planos constructivos y documentos relativos a reformas y mejoras, toma de datos y mediciones in situ del estado y las condiciones de funcionamiento de los equipos, y consulta a los fabricantes e instaladores de equipos respecto a sus características de diseño. El análisis de datos separó los aspectos relacionados con la obra civil de los relacionados con la instalación frigorífica. En cuanto a obra civil, se analizaron indicadores de geometría (especialmente aquellos indicativos de la superficie de intercambio en relación al volumen de almacenaje), orientación, y soluciones constructivas en los puntos de mayor intercambio térmico con el interior de las cámaras: los entretechos (flujo de calor a través del paramento) y los pasillos de acceso (intercambio de aire por flujo de masa). En relación a la instalación frigorífica, se analizaron los principales equipos (compresores, evaporadores, condensadores y torres de refrigeración) y los elementos reguladores de su funcionamiento. Resultados A)OBRA CIVIL A.1)Indicadores de geometría. Se consideraron los siguientes indicadores: 1. Superficie específica de paredes exteriores (S1): relación entre la superficie de pared exterior (orientada al exterior de la nave) de las cámaras y su volumen (m2/m3) En 4 centrales, este indicador dió valores altos (>0,10); en 8 los valores oscilaron entre 0,06 y 0,10, y en otras 8 la superficie orientada al exterior era baja (<0,06). Se V S1 =Se/V 2. Superficie específica de paredes interiores (S2): relación entre la superficie de pared de las cámaras orientada al interior de la nave (excluyendo paredes intercámaras) y su volumen (m2/m3) En 13 centrales este valor superó 0,10; en otras 6 osciló entre 0,07 y 0,10, y sólo 1 tenía una distribución de cámaras tan compacta que permitía un valor inferior a 0,06 en este indicador. Si 3. Superficie específica de techos (S3): relación entre la superficie de techo de las cámaras y su volumen St V S2 =Si/V V I Congreso Español de Ciencias y Técnicas del Frío, CYTEF'2002 Cartagena, 4-6 Abril 2002 S3 =St/V MEJORAS EN INSTALACIONES FRIGORÍFICAS Y OBRA CIVIL PARA REDUCIR EL CONSUMO ENERGÉTICO EN ALMACENES DE FRUTA E. FONS, J. GRAELL, J. LATORRE, S. MOTHE, T. RAMO Depto. Tecnología de Alimentos, Universidad de Lleida J. ILLA Depto. Informática e Ingeniería Industrial, Universidad de Lleida Resumen En Centrales Frutícolas destinadas a la conservación de frutas se almacenan frigoríficamente dichos productos a lo largo de largos períodos de tiempo (hasta los 8-10 meses). El coste económico de dicha refrigeración está determinado fundamentalmente por tres tipos de aspectos: inversión realizada (cámaras, aislamientos,..), consumo energético (instalaciones frigoríficas,…) y el coste de la energía (tarifa eléctrica, …). Para proponer una serie de mejoras que permitan una reducción del consumo energético en 20 Centrales Frutícolas de la zona de Lleida, se han diagnosticado aquellos aspectos de obra civil y de funcionamiento de las instalaciones frigoríficas de las mismas que puedan ser optimizados. Así, las principales actuaciones en obra propuestas han sido: ventilación de entretechos, aislamiento de techos, cierre de puertas. Y, por otra parte, las actuaciones que pueden mejorar el funcionamiento de las instalaciones frigoríficas se refieren a: temperaturas de evaporación y condensación, capacidad y tipo de equipos frigoríficos, mantenimiento y limpieza de evaporadores y condensadores, régimen de funcionamiento de compresores, y control y regulación del sistema. Introducción En 1995 (datos disponibles), existían en Lleida 348 almacenes frigoríficos de fruta con un volumen global de frío próximo a 2,5 millones de m3. Estos almacenes de conservación de fruta fresca (principalmente manzanas y peras) constituyen un tipo de industria con unos elevados costes de funcionamiento, provocados por la necesidad de mantener temperaturas de refrigeración en las cámaras de almacenamiento durante unos períodos largos (entre 6-10 meses). Estos costes justifican el interés de plantear estudios con el fin de abaratarlos. En este ámbito, generalmente, se habla de dos tipos de ahorro: a) referido a la reducción del consumo energético; y b) referido a un ahorro económico conseguido en base a un menor coste de la tarifa eléctrica. Los posibles ahorros energéticos en instalaciones frigoríficas se pueden referir a multitud de aspectos o elementos de la instalación, algunos de los cuales hay que contemplar ya en la fase de diseño de la instalación y otros a lo largo de la vida útil de la misma. En España, diversas publicaciones técnicas revisan los ahorros energéticos potenciales que se pueden conseguir en las instalaciones frigoríficas en general (Domínguez y col., 1981; Azara, 1988; Díaz, 1988; López, 1998; Sanz, 1999a, 1999b) o en el caso de instalaciones frigoríficas en distintos sectores alimentarios (IDAE, 1998; ICAEN, 1999a, 1999b); sin embargo, en pocos trabajos se detallan las acciones prácticas recomendadas al respecto en el caso de una industria alimentaria determinada (Velázquez y col., 2001). Las acciones de ahorro energético principalmente citadas en estos trabajos se refieren a: a) en cuanto a simple ahorro económico: optimización de la tarifa eléctrica, acumulación de frío (hielo); b) en cuanto a ahorro de la energía consumida: diseño y ejecución correcta de la obra civil, selección y ejecución adecuada I Congreso Español de Ciencias y Técnicas del Frío, CYTEF'2002 Cartagena, 4-6 Abril 2002