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5/12/2018 Emerson Sistemas Distribuidos - slidepdf.com

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Extendiendo los Límitespara una Refrigeración Más EficienteLa arquitectura de refrigeración distribuida resurge como una solución eficientepara los sistemas de refrigeración comercial.

El sistema de refrigeración comercial, por su magnitud y diseño relativamentecomplejos, siempre se identifica como la causa principal del alto consumo de energíaen supermercados y comercios minoristas.

Muchas soluciones han sido ofrecidas para enfrentarse al reto de mejorar elrendimiento en las tiendas de hoy. Lo que vamos a investigar en este artículo no es unconcepto nuevo, sino uno que está recuperando su popularidad. La refrigeracióndistribuida (Fig. 1 y 2) ha estado presente por más de cincuenta años en el mercado yha resurgido recientemente como alternativa de diseño del sistema.

En teoría, instalar sistemas múltiples de refrigeración por toda la tienda puedereducir costos de construcción, instalación y energía, mientras ofrece un nivel deflexibilidad mayor que los pesados sistemas convencionales de centrales decompresores en paralelo.

Gracias al flujo constante de avances en tecnología de los componentes y en laintegración de los sistemas, la idea de dividir la carga de refrigeración en seccionesmás pequeñas y manejables, se considera ahora como una solución nueva y viablepara optimizar el rendimiento de una tienda.




Vamos a ver con más profundidad la refrigeración distribuida en cuatro niveles:

• Los beneficios de la arquitectura de refrigeración distribuida.• La capacidad de integrar los componentes del sistema para obtener un mayor

rendimiento.• El impacto de un equipo más confiable en el rendimiento de un sistema.• Cómo se verá un sistema de refrigeración distribuida en el futuro y cómo

beneficiará a los operadores de tiendas.

Ventajas de un Sistema Distribuido

La tendencia de la industria de los supermercados actuales, hace que lastiendas vean de forma diferente el impacto que el diseño del equipo tiene sobre las

ventas. Las tiendas quieren distinguirse ofreciendo áreas especializadas como cafés,comida gourmet para llevar, bares sushi y otros servicios generalmente dependientesde la refrigeración. Esta diversidad requiere flexibilidad en la ubicación y distribución deaplicaciones de baja y media temperatura. Por sus mismos principios de diseño, laarquitectura de refrigeración distribuida concuerda más con la nueva orientación que elnegocio de los supermercados está tomando.

Cuando hablamos de rendimiento, hay dos beneficios inmediatamenteasociados con los sistemas distribuidos: la optimización de la presión de succión y la

FIG. 1 FIG. 2




reducción de la caída de presión en la línea de succión. En primer término, laarquitectura distribuida ofrece una mayor facilidad para seleccionar la presión desucción más adecuada. Los casos de operación con varias temperaturas deevaporación en sistemas paralelos pesados, resultan muchas veces en una falta derendimiento del sistema. El enfoque tradicional ha sido, hasta ahora, dividir el colector ocabezal de succión en tantos circuitos como diferentes temperaturas de evaporación se

encuentren e instalar válvulas reguladoras de la presión de evaporación en cadacircuito. Desde el punto de vista del compresor hay una mayor pérdida de carga en lalínea de succión cuando el refrigerante se expande a través de dicha válvulareguladora. Estas caídas de presión fueron vistas como razonables para un sistema decompresores en paralelo que ofrece altos niveles de rendimiento. En una situaciónideal, un sistema distribuido puede ser optimizado para evitar la instalación de lasválvulas reguladoras de presión de evaporación y anular la re-expansión delrefrigerante en las líneas de succión.

También, la refrigeración distribuida es más eficiente que el diseño tradicional desistemas paralelos pesados, ya que las líneas más cortas entre el equipo y losexhibidores refrigerados, resultan en una menor caída de presión en las líneas desucción. Menos metros de tubería de menor diámetro pueden generar ahorros múltiples

para el operador de una tienda, que pueden llegar a representar hasta un 40% delcosto de materiales y un 50% menos de carga de refrigerante.

Además, menos soldaduras reducen la posibilidad de fugas de refrigerante. Así comola arquitectura distribuida ofrece ventajas de rendimiento, hay algunos componentesclaves dentro del sistema que, cuando están bien seleccionados e instalados, puedenproporcionar ahorros de energía adicionales para el supermercado.

Sistema DistribuidoAplicado con Copeland Scroll™




Tecnologías que Incrementan el Rendimiento

Dentro de un sistema de refrigeración distribuida, hay dos componentes quetienen un impacto mayor sobre el rendimiento de la instalación: los compresores y losmotores. Los nuevos desarrollos tecnológicos en estos últimos años han llevado a laintroducción de compresores y motores de alto rendimiento. Vamos a hablar del papelque desempeña cada uno en mejorar el rendimiento del sistema. La mayoría de lossistemas de refrigeración comercial de compresores en paralelo están constituidos porcompresores semi-herméticos gracias a su gran tamaño e historia comprobada deoperación a alto rendimiento. Debido a los avances en obtener mayor rendimiento enlos compresores Scroll de refrigeración, estos están demostrando ser la elecciónperfecta para los requisitos de rendimiento y confiabilidad de los sistemas derefrigeración.

Debido en parte a estos avances, incluyendo la evolución y el rendimientocomprobado de las plataformas Scroll y Scroll Digital, los sistemas de refrigeracióndistribuida han llegado a ser una propuesta más que interesante tanto en el diseñocomo en la modificación de supermercados. La tecnología introducida por EmersonClimate Technologies en su plataforma de compresores Scroll, puede ofrecer de un10% a un 15% de mejora del rendimiento sobre la tecnología actual (basado en unanálisis energético anual).

El análisis energético consiste en tomar los datos climáticos de una ciudad, unaregión o un país y dividir el registro histórico de temperaturas de un período de tiempoespecífico, normalmente se toma un año, en “paquetes” discretos de temperaturas(Fig. 3). Por ejemplo, en Rio de Janeiro – Brasil, en el curso de un año dado, para 8760hrs totales, habría en total 3.940 horas en las que la temperatura varía entre los 70°F ylos 75°F. Luego se calcula o se comprueba el rendimiento del sistema funcionandodurante el total de las horas asignadas a cada temperatura ambiente. Los resultados seintegran para obtener un valor anual de la capacidad frigorífica y del consumo deenergía. La relación entre estos valores es el factor estacional de rendimiento. Elincremento del factor estacional de rendimiento es un gran incentivo para la utilizacióndel Scroll en aplicaciones de media temperatura, con bajas temperaturas decondensación. FIG. 3




Adicionalmente, Emerson ha rediseñado parte de su línea decompresores Scroll para aumentar la capacidad frigorífica pormedio de la inyección de vapor mejorada (EVI por sudenominación en inglés: Enhanced Vapor Injection ). Loscompresores Scroll con inyección de vapor (EVI), funcionan de

manera similar a los compresores de dos etapas con enfriamientode la etapa intermedia. Se consigue una capacidad adicional porefecto del subenfriamiento del líquido con un menor consumo deenergía.

Los compresores Scroll con inyección de vapor mejoradaobtienen el mismo efecto de subenfriamiento que eleva lacapacidad del sistema, con un mayor rendimiento, al mismo tiempoque se reduce la temperatura de descarga del compresor (Fig.4).

La tecnología Scroll digital ofrece un nivel adicional de ahorroenergético dentro de sistemas de refrigeración distribuida. Estecompresor es el único diseño Scroll con una capacidad inherentede regular su capacidad frigorífica del 10% al 100%, manteniendo

una velocidad de rotación constante (Fig. 5). El Scroll Digitalprovee un diseño mucho más sencillo porque modula lacapacidad controlando la conformidad axial de las espirales, envez de usar tecnologías más costosas.

Modular la capacidad, le permite al compresor ajustarse alos requerimientos de carga brindando un control más preciso detemperatura con menos arranques y paradas.

Copeland Scroll™con EVI

FIG. 4

Copeland Digital Scroll™




Puesto que el flujo de masa – o capacidad frigorífica - puede ser modulado comorespuesta a la demanda, este compresor es ideal para los supermercados, donde lascargas térmicas de los exhibidores refrigerados están cambiando constantemente.La amplia línea de diseños Scroll de hoy ofrece una flexibilidad máxima para eldiseñador de un sistema distribuido. Cualquier combinación de compresores Scroll deplataforma digital o de inyección de vapor mejorada puede ser integrada en el sistema,dependiendo de la carga frigorífica y de los requerimientos de temperatura (Fig. 6)

FIG. 5

FIG.6




Variadores de Velocidad

Los motores de los ventiladores del condensador representan otraoportunidad para lograr beneficios de rendimiento en un sistema derefrigeración. Los variadores de velocidad pueden aumentarconsiderablemente el rendimiento, ya que los motores de ventiladorconsumen una gran cantidad de energía dentro del sistema derefrigeración.

Se puede eliminar entre una tercera y hasta dos terceras partesde la energía consumida por los motores del condensador por mediode la aplicación de variadores de velocidad.

Los variadores de velocidad regulan la velocidad de los ventiladores delcondensador regulando el flujo de aire y así la capacidad del condensador. Lareducción de la potencia en los ventiladores puede ser drástica, como está indicado enel diagrama, basada en los resultados de una prueba realizada en un supermercadomoderno de 63000 pies cuadrados, sobre las estrategias de control de velocidad de losventiladores del condensador mediante el control de la temperatura diferencial decondensación (Fig 7).

Para un requerimiento del 60% de la capacidad del condensador, el control develocidad variable requiere alrededor del 20% de la potencia total de ventiladores delcondensador, mientras que el ciclado presostático de los ventiladores requiere casi un60% de la misma. Esto puede ser una fuente principal de ahorro de energía en elsupermercado típico de hoy.

Los variadores de velocidad simplifican el control de los ventiladores y por endeel control de capacidad del condensador y hacen más fácil implementar la estrategia de

Variador de VelocidadControl Techni ues

FIG.7




control de ventiladores por temperatura diferencial de condensación. Cambiar laestrategia de control de los ventiladores del condensador de un sistema derefrigeración, desde un control de la presión de condensación a un control de latemperatura diferencial (donde la temperatura diferencial es la diferencia entre latemperatura ambiente y la temperatura de saturación del refrigerante en el proceso decondensación) puede reducir drásticamente el consumo energético de los ventiladores

y aumentar el rendimiento energético del sistema de refrigeración. Esta estrategiaahorra energía permitiendo a los ventiladores del condensador apagarse o disminuir sucaudal cuando las cargas térmicas del condensador son bajas.(cuando las tiendasestán cerradas, o cuando se está llevando a cabo un descongelamiento por gascaliente o cuando se activa la recuperación de calor) aunque las temperaturasambientales sean altas.

Obteniendo un Real Ahorro de Energía.

El ahorro que se puede obtener por medio del control del diferencial de temperatura(DT) del condensador en un supermercado determinado depende:

• del diferencial de temperatura (DT) real del condensador (la diferencia detemperatura de diseño menos la perdida de efectividad por la acumulación depolvo y degradación de la superficie).

• de la temperatura ambiental media (el ahorro será mayor cuanto más cálido seael clima si lo comparamos con un sistema de control presostático convencional).

• de la relación entre la potencia de los motores del condensador en proporción ala capacidad de emisión de calor del mismo.

• de la mínima presión admisible para el lado de alta

El uso de una estrategia de control de la temperatura diferencial (DT) para losventiladores del condensador, automáticamente minimiza la potencia total consumidasumando la de los compresores y la de los ventiladores del condensador. No hay otraestrategia que pueda lograrlo para todas las condiciones de carga frigorífica y paratodas las condiciones ambientales exteriores.

Sin embargo, para asegurar que se mantenga la confiabilidad del sistema, laestrategia de control por temperatura diferencial se cambia automáticamente por uncontrol presostático tradicional, si las presiones de condensación del sistema seacercaran a los límites de diseño durante períodos de temperatura ambientalextremadamente fríos o calientes.

Mientras que el control por DT de los ventiladores del condensador es la mejor yúnica manera de reducir el consumo total de energía de una unidad condensadora derefrigeración a niveles mínimos, esta estrategia de control no se puede llevar a caboperfectamente utilizando los algoritmos de control disponibles actualmente en loscontroladores electrónicos existentes. Esto es debido al hecho que el punto óptimopara el DT, está afectado por algunas variables incontrolables del sistema, como lacapacidad y/o condición del condensador y la carga frigorífica instantánea del sistema.




Cuando estas variables cambian, también lo hace el valor óptimo del DT. Paralos sistemas de refrigeración de supermercados con potencias de ventiladorrelativamente altas y un bajo rendimiento de los condensadores – el estándar corrientede la industria – este cambio del punto de trabajo óptimo en el DT puede llegar a ser de5°F a 6°F.

Los ingenieros de sistemas de control y de refrigeración, que estándesarrollando los nuevos sistemas distribuidos de hoy, han respondido recientemente aeste reto desarrollando un nuevo algoritmo de control por diferencial de temperaturaflotante, que funciona de manera similar a los algoritmos de presión de succión flotanteexistentes. Este control único de la capacidad del condensador, eliminarácomplicaciones en la calibración de la instalación, en incertidumbre del técnico deservicio y en las pérdidas de energía asociados con la aplicación de la estrategia decontrol por diferencial de temperatura del pasado.

Integrando los Componentes del sistema

Un simple componente, ya sea un compresor o un motor dealta eficiencia o un controlador electrónico ultra preciso, puede llegara tener un gran impacto en un sistema de refrigeración. Siconsideramos el efecto acumulativo que puede producir laintegración de estos componentes dentro de un sistema ya diseñadopara optimizar la presión de succión y reducir las caídas de presiónen las líneas, podemos ver el valor que tiene un sistema derefrigeración distribuida cuando de ahorrar energía se trata.

Los datos recogidos en instalaciones reales nos dicen que hay una grandiferencia en el costo de la energía entre un sistema convencional de compresores enparalelo y un sistema de refrigeración distribuida. Cuando se aúnan la última tecnologíaen compresores Scroll, ventiladores con control de velocidad variable y controlelectrónico, en un sistema de refrigeración distribuida que aplique la estrategia depresión de succión flotante y de baja presión de condensación, el costo de la energíaeléctrica puede reducirse hasta en un 20%.

Aún puede lograrse un nivel de ahorro superior cuando el criterio deoptimización de la demanda se expande a toda la tienda, desde los compresores hastala iluminación, a través de un sistema de control integrado de las instalaciones.

La confiabilidad es la consideración más importante en cualquier instalación de

refrigeración. Además de asegurar que todos los sistemas estén activos y funcionando,hay circunstancias donde los componentes en un equipamiento confiable tambiénestablecen el rumbo del mejoramiento de la eficiencia.

En los sistemas de refrigeración distribuida esto ocurre de dos formas: en primertérmino, cuando los componentes de un sistema operan confiablemente, conducen amayores ahorros de energía y menores costos de mantenimiento y en segundo términocuando toda la instalación trabaja de forma más confiable, se logra un estado de

Controlador Electrónico E2




optimización del consumo de energía que brinda un prolongado retorno de la inversióna través del tiempo.

Hay numerosos ejemplos donde un componente confiable tiene tambiénincidencia sobre un desempeño eficiente de la instalación. El diseño simple delcompresor Scroll lo hace intrínsicamente más confiable ya que solo cuenta solo contres partes móviles. Menos partes móviles implican menor riesgo de fallas, la supresión

de movimientos alternativos brinda menos vibraciones y dado que no hay pistones paracomprimir el gas, no hay pérdida de rendimiento volumétrico debida a la re-expansióndel mismo. El compresor Scroll carece de válvulas por lo que no hay posibilidad de fallade cierre de las mismas.

Los compresores Digital Scroll son otro excelente ejemplo donde la confiabilidadimpacta directamente sobre la eficiencia. La modulación digital de la capacidadminimiza los ciclos de arranque-parada, lo que trae aparejados beneficios tanto desdeel punto de vista del ahorro de energía como de la vida útil del compresor.

Todos estos ejemplos se traducen en una reducción directa de costos para la

tienda, especialmente cuando la reducción de costos de mantenimiento se logran através de menores índices de falla.

Aplicando tecnologías de ahorro de energía

Pueden lograrse ganancias más significativas cuando un sistema distribuidoopera a su máxima confiabilidad. Como fue destacado anteriormente, los sistemasdistribuidos utilizan menos tubería lo que reduce el riesgo de fugas.

Un nivel de carga correcto, reduce el tiempo de funcionamiento y por lo tanto elconsumo de energía. Un nivel de carga correcto también asegura el correctoenfriamiento del motor del compresor mediante el gas de retorno, manteniendo laconfiabilidad del sistema. Finalmente un nivel correcto de carga asegura la mejorconservación de los productos reduciendo el descarte o desperdicio.

Aplicando más tecnologías energéticamente eficientes a sistemas de refrigeraciónnuevos o existentes, pueden generar un ahorro de energía de modo relativamentesencillo. Pero el mantener esas ganancias es difícil. Algunos puntos de fricciónincluyen:

• Anular los mandos de velocidad variable• Variación en la programación de descongelamientos.• Subir o bajar el punto de trabajo establecido para la presión de operación• Fallas del equipo o problemas con las condiciones de trabajo del mismo• Condensadores con bajo rendimiento• Fallas del sistema de control que provoquen un funcionamiento ineficiente.

Una de las mejores maneras de obtener un ahorro de energía y mantener elrendimiento del sistema, es a través del monitoreo permanente del equipo. La primera




línea de protección es la verificación de la calibración de los puntos de trabajo medianteuna rutina automática de verificación a detectar, corregir y evitar el desajuste de esospuntos debido al reajuste o recalibración realizado por personal de servicio técnico malinformado o mal entrenado.

Si bien los estudios realizados han demostrado que la verificación periódica

ayuda a conservar los ahorros, esta no es la solución total. La eficiencia del sistema yel ahorro de energía pueden perderse debido a la superposición de órdenes dadas porel sistema de control o a la operación en modo manual del sistema aún cuando semantengan la programación correcta. Fallas en los equipos o ciertas condicionesambientales pueden provocar pérdidas adicionales. En estos casos, un monitoreo demantenimiento basado en las condiciones del sistema, es una de las mejores manerasde eliminar el desperdicio de energía.

El algoritmo del monitoreo basado en las condiciones del sistema fuedesarrollado para identificar los problemas que tengan un potencial para erosionar elahorro de energía, y en consecuencia, emitir mensajes de advertencia y disparar

alarmas para alertar al operador del supermercado. También puede reenviar lanotificación si el sistema no detecta que el trabajo de reparación se haya efectuado.

Esto requiere la instalación de sensores adicionales para permitir la detecciónremota de condiciones de trabajo incorrectas de los equipos que sean los mayoresconsumidores de energía de la instalación, debido a roturas, falta de mantenimiento,falla del sistema de control u operación manual del sistema. Los sensores estánenclavados en el sistema de refrigeración distribuida, quedando preparados paradetectar condiciones no deseadas y poder así emitir una advertencia temprana desdeel momento mismo de su instalación.




Ultra alta eficiencia en el horizonte

Entonces, ¿cuál es la visión para el sistema de refrigeración distribuida delmañana? Cuando todos los componentes de un sistema de refrigeración dearquitectura distribuida estén totalmente integrados, la administración de energía serealizará a su más alto nivel.

El máximo objetivo es construir un marco inteligente donde todo, desde loscomponentes individuales del sistema de refrigeración al más amplio sistema decalefacción, ventilación y aire acondicionado, pasando por la iluminación esténconectados, monitoreados y manejados desde un punto centralizado (Fig 8).

Los propietarios y los operadores de tiendas podrán entonces ver: qué localesde su cadena están funcionando a su máxima eficiencia y cuáles están necesitando dealguna tarea de mantenimiento, mejora de los equipos, o renovaciones para mejorar laeficiencia de toda la tienda.

La arquitectura de control de administración de sistemas de tiendas, harán deesta visión una realidad, proveyendo una integración sin solución de continuidad detodos los sistemas de un supermercado. Este grado de conectividad automatiza lacomunicación entre unidades, balanceando cargas, monitoreando el consumo depotencia y mucho más.

Considere el siguiente panorama: En una tienda inteligente, se puede detectarque la iluminación del local está operando a su máxima intensidad, o se pueden evitarpicos de consumo modificando levemente la presión de evaporación del sistema derefrigeración, sacando algún sistema de servicio o adelantando su descongelamiento, odisminuir la iluminación de algún sector, de forma de balancear el consumo de energíaen un período en particular. Este grado de manejo de la energía sólo puede ocurrircuando todos los sistemas están comunicados entre sí en tiempo real y durante las 24horas del día.

La optimización de la eficiencia en sistemas frigoríficos se logra a través de: laintegración de componentes más confiables, lo más avanzado en controladoreselectrónicos, y servicios de monitoreo inteligentes. Cuando estas piezas se unen en lacreación de nuevos sistemas distribuidos, los operadores de tiendas se beneficiarán alobtener un menor consumo de energía, menores costos operativos y por ende unnegocio mucho más rentable.




Acerca de Emerson Climate Technologies Emerson Climate Technologies™, es parte de la familia de Emerson, líder mundial ensoluciones para calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración. El grupoune tecnología avanzada con lo más sofisticado en ingeniería, diseño y servicios. Lassoluciones innovadoras de Emerson Climate Technologies™, gracias al desarrollo de

productos de alta tecnología como Copeland Scroll®, White-Rodgers® y una líneacompleta de válvulas, protectores de sistemas y controles electrónicos, mejoran elbienestar humano, preservan los alimentos y ayudan a proteger el medioambiente.

Acerca de Emerson

Emerson, cuya sede se ubica en St. Louis Missouri, es el líder mundial en tecnologías ysoluciones innovadoras: automatización industrial; control de procesos; calefacción,ventilación, aire acondicionado y refrigeración; electrónica y telecomunicaciones;artefactos y herramientas. Las ventas en el año 2006 fueron $20100 millones.

Tom Crone dirige la división Design Services Network and Integrated Products Business de Emerson Climate Technologies.Para más información diríjase a: www.emersonclimate.com/espanol

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