Enfriadora Carrier Aire-Agua en la que se aprecian elementos que la integran

• La parte superior son las baterías de condensación con sus ventiladores
• Los compresores (en este caso Scroll)
• El evaporador donde se realiza el intercambio de calor
• La válvula de expansión está integrada en el circuito frigorífico.

El ahorro energético empieza desde la selección de la enfriadora.

Todas tienen opcionales que pueden reducir significativamente la energía consumida, mejora el funcionamiento de la maquina y alarga su vida útil.

Algunos de estos opcionales pueden ser instalados con posterioridad.

• Reajuste automático del punto de consigna en base a las condiciones exteriores.

• Opciones free-cooling en base al funcionamiento

• Permite la utilización del aire exterior para refrigerar con temperaturas exteriores mas frías

• Recuperación total o parcial del calor de condensación

• En un ciclo frigorífico por compresión para producir agua fría es preciso disipar calor.
• Este calor que se disipa puede ser utilizado para la producción gratuita de agua caliente sanitaria.

• Pasarelas de comunicación con el Sistema de Gestión y Control.

• Permite optimizar el funcionamiento de las maquinas

• Variación de velocidad en ventiladores y bombas

• Modulo gestión de energía

• Etc. etc.

RENDIMIENTO DE LA ENFRIADORA EN LA PRODUCCIÓN DE FRIO

El rendimiento es la relación entre la energía aportada y la energía obtenida.

Existen unos principios técnicos aplicables a todas las enfriadoras, que lo mejoran siginificativamente.

Diferencia de temperatura entre condensación y evaporación

• La eficiencia energética se incrementa a medida que la diferencia entre la temperatura de condensación y evaporación disminuye.

• Este aspecto es muy importante.
• Ejemplo:

• Supongamos que el aire exterior está a 32ºC. y a la maquina se le exige que aporte una energía por ejemplo de 200 KWh.
• Si se establece una consigna de 7ºC. para producción de agua fría, el consumo energético es superior que si se fija una consigna mas alta (por ejemplo 10ºC.)

• Siempre que se pueda producir el agua a mayor temperatura se reduce el consumo energético incrementando el rendimiento.

Funcionamiento a carga parcial

• Cuando la enfriadora funciona a carga parcial incrementa su rendimiento.

• Las enfriadoras suelen estar formada por circuitos frigoríficos con varios compresores.

• A un mismo circuito frigorífico pueden acometer 2 o 3 compresores.

• Hay un principio básico de la física que es valido para cualquier bombeo:

Potencia=Caudal*Presion

• La potencia es una función cubica.

• El caudal es una función lineal.

• La presión es una función cuadrática.

• Si en un circuito frigorífico al que se conectan varios compresores, funciona solo uno:

• Circula un caudal de refrigerante.

• Se produce una perdida de presión.

• Desarrolla una potencia
• Consume una energía en base a la potencia desarrollada.

• Al entrar en funcionamiento un segundo compresor en el mismo circuito frigorífico:

• El caudal se incrementa

• No al doble, (sino a un valor inferior).

• Se produce una mayor perdida de presión en el circuito como consecuencia de que circula por el mismo un mayor caudal.

• En ese caso para mover el mismo caudal que aportaba un solo compresor hace falta mayor potencia debido al incremento de presión.

• El consumo energético se incrementa significativamente.

• Al incrementarse el consumo energético, disminuye el rendimiento.

• Igual ocurriría en un compresor de tornillo que es capaz de regular el caudal que aporta.

• A medida que incrementa el caudal que aporta al circuito frigorífico, se eleva la presión disminuyendo el rendimiento.

• Para comprender la programación optima que se debe dar a la enfriadora se toma como ejemplo una enfriadora con dos circuitos frigoríficos y 5 compresores.

• 2 Circuitos frigoríficos

• Circuito 1: 2 compresores
• Circuito 2: 3 compresores

• Se debería de programar de la siguiente forma:

• Entra en funcionamiento 1 compresor del circuito 2.
• A continuación entra en funcionamiento 1 compresor del circuito 1.
• El siguiente compresor seria un segundo compresor del circuito 2.
• A partir de ahí uno de los dos circuitos entraría al 100%.

FUNCIONAMIENTO DE UNA ENFRIADORA

Las enfriadoras disponen de controles internos que gestionan su funcionamiento.

En los hoteles con varias enfriadoras, la gestión de la puesta en marcha se debe encomendar al Sistema de Gestión y Control que se encarga de optimizar su funcionamiento.

En este caso, el planteamiento es como debe funcionar una sola enfriadora.

Previamente Mantenimiento ha tenido que fijar las Consignas:

Consignas

Temperatura de impulsión

• Es necesario indicarle a la enfriadora a que temperatura debe producir el agua para refrigeración.

• Siempre debe programarse en impulsión debido a que las unidades terminales (climatizadores y fancoils), se calculan en base a la temperatura a la que reciben el agua fría.

Diferencial de temperaturas

• Hay que fijar un diferencial cuando la enfriadora se detiene para que se ponga en marcha nuevamente.

Noche-día

• La demanda energética es inferior durante la noche al no existir radiación solar y ser la temperatura exterior mas baja.

• Por tanto se deben fijar consignas diferentes para la temperatura de impulsión y diferencial de temperatura entre el día y la noche.

Marcha Paro de la enfriadora

• Es necesario que haya recirculación de agua.

• Es necesario que se habilite la enfriadora para que funcione.

Marcha

• La enfriadora tratará de impulsar el agua a la temperatura fijada en consigna.

• Si se fija por ejemplo 9ºC., siempre tratará de que salga a 9ºC.

• En base a la temperatura de retorno y la masa de agua, la planta enfriadora tendrá que aportar la potencia necesaria para conseguirlo.

• Para ello va introduciendo o sacando compresores de los circuitos frigoríficos.

Paro

• Cuando solo quede en servicio uno de los compresores, si no hay demanda energética suficiente, el agua de la enfriadora saldrá a menos de los 9ºC., fijados en consigna y el control propio de la maquina, pasado el tiempo establecido, desconecta.

Diferencial temperatura Paro Marcha

• Cuando la enfriadora se detenga mediante sus técnicas propias de desactivación al disminuir la demanda, es necesario que siga habilitada.

• La enfriadora tiene que conocer la temperatura del agua que se está aportando a los elementos terminales (climatizadores y fancoils)

• La nueva orden de puesta en marcha será la que Mantenimiento establezca en consigna.

• Si se fija por ejemplo 11ºC., la maquina se pondrá en marcha al llegar el agua a 11ºC.

• Si se fija 14ºC., la enfriadora se pondrá en marcha cuando alcance los 14ºC.

• Una vez que la enfriadora está en funcionamiento, la temperatura de salida será la fijada en consigna. (En el ejemplo 9ºC.)

Noche-día

• La demanda frigorífica durante la noche es inferior al día.

• Las enfriadoras vienen dotadas de la función noche día

• Esta opción consiste en fijar condiciones de funcionamiento diferentes.

• El funcionamiento será exactamente igual que el indicado, si bien lo único que varia son las consignas.

• En el ejemplo se ha indicado durante el día temperatura de salida de 9ºC.

• Por la noche se puede fijar 11ºC.

• En relación al diferencial de temperatura paro marcha se puede programar algo superior.

ENERGÍA NECESARIA EN LA INSTALACIÓN

La misión de la enfriadora en un sistema centralizado es la producción de agua fría para mantener los recintos con las condiciones higrotérmicas requeridas, utilizando para ello  unidades terminales (climatizadores y fancoils).

La demanda de refrigeración en un recinto no siempre es la misma.

Si a través de los ventanales incide el sol, si la temperatura es alta, si hay una elevada ocupación, si existen aparatos que generan calor, etc. etc., la demanda energética será mayor frente a condiciones mas favorables como la ausencia de sol o temperaturas exteriores mas bajas.

Se toma como ejemplo una habitación de hotel

• Las necesidades energéticas de una habitación de hotel son en las condiciones mas desfavorables de 1.500 W.

• Esta potencia solo es preciso aportarla algunos días al año y a algunas horas determinadas.

• Por ejemplo cuando se produzca la mayor incidencia de radiación solar sobre los cristales y la temperatura exterior sea alta.

• En el momento que la incidencia solar sea menor y las temperaturas exteriores mas bajas, la potencia necesaria es inferior:

El aporte energético de la una unidad terminal (fancoil) va a depender de:

• Temperatura a la que entra el agua
• Caudal de agua
• Temperatura a la que entra el aire de la habitación
• Caudal del aire que mueve el ventilador del fancoil.

Se produce un intercambio térmico

• El aire sale a menor temperatura para refrigerar la habitación
• El agua sale a mayor temperatura porque ha cedido energía al aire

Si se ha calculado el fancoil para que en las condiciones mas desfavorables aporte por ejemplo 1.500 W., entrando agua a 9ºC., a medida que las condiciones sean mas favorables tendrá que aportar menos energía.

Si se incremente la temperatura de entrada del agua se reduce el aporte energético.

• A 12ºC., la potencia será inferior.
• A 14ºC., la potencia será aun inferior.
• Es lo que requiere la habitación en cada momento.

OPTIMIZACIÓN DEL CONSUMO ENERGÉTICO EN LA INSTALACIÓN

En apartados anteriores se han analizado técnicas que correctamente implementadas reducen el consumo energético.

Una buena optimización energética se inicia en el diseño del Sistema, en la selección de maquinas y elementos opcionales y una vez ejecutada como es el caso que estamos considerando, estableciendo condiciones de funcionamiento adecuadas.

Funcionamiento de la enfriadora a carga parcial

Ha sido analizado con anterioridad y se han expuesto las causas que reducen el consumo energético y mejora el rendimiento.

• Se programa a través de su propio control.
• En base al numero de compresores y circuitos frigoríficos se establecen las secuencias de entrada y salida de los mismos.

Distribución del agua a mayor temperatura

En un ciclo de compresión a medida que se reduce la diferencia de temperatura entre la condensación y la evaporación del refrigerante, se incrementa el rendimiento, tanto a carga parcial como a carga total.

Aumentar la temperatura del agua no solo representa un menor consumo energético en la propia enfriadora, sino también en la instalación.

• Se reducen las perdidas por calor latente en las unidades terminales.

• El contenido de vapor de agua en el aire depende de la temperatura del aire.
• A menor temperatura, el aire admite menos vapor de agua, condensándose en la batería de la unidad terminal, exactamente igual que ocurre con el aire que entra en contacto con una copa de cerveza fría y que forma gotitas de agua en su superficie.
• En ese cambio de estado se consume energía.
• Con agua a mayor temperatura se reduce la condensación y el consumo energético.

• Se reducen las perdidas por transmisión a través del aislamiento de las redes hidráulicas de distribución

• El agua fría hay que llevarla a través de una red  de tuberías a las unidades terminales.
• Las perdidas energéticas dependen de la temperatura del fluido (en este caso agua fría) y de la temperatura exterior.
• A medida que el agua tenga una menor temperatura las perdidas energéticas se incrementan.

Se incrementa el confort.

• Siempre que el aire se aporte a la habitación a una temperatura mas próxima a la del ambiente, se mejora el confort.

• En una habitación de hotel, saldría una vena de aire mas frio a través de la rejilla, lo que sin duda es mas molesto que si sale a una temperatura mas alta.

• Por otra parte, si el fancoil da una mayor potencia por recibir agua mas fría, el termostato detecta antes que ha llegado a la temperatura de consigna y los arranques y paros son mas frecuentes.

Paro Marcha de la enfriadora

Cada vez que se pone en marcha una enfriadora hay una perdida energética provocada por la necesidad de pasar del estado de reposo a su velocidad nominal.

Por ello es conveniente optimizar el numero de arranques y paros.

Como se ha indicado anteriormente la maquina se detiene cuando la temperatura de salida es igual o algo inferior a la de consigna, debido a que se reduce la demanda energética en la instalación.

Si la maquina produce agua a 9ºC. y se establece un diferencial muy bajo por ejemplo 1ºC., cuando el circuito detecte que el agua se impulsa a 10ºC., nuevamente pone en marcha la enfriadora.

Si en lugar de 1ºC., se fija por ejemplo 3ºC. entraría cuando se detecte 12ºC., con lo que se reduce el numero de arranque y paros.

• A medida que se amplia el diferencial se reduce el consumo energético y se incrementa el rendimiento.
• Se mejora el funcionamiento de la maquina
• Se reducen las averías
• Se incrementa la vida útil.

Funcionamiento del grupo bomba asociado a la enfriadora

Se observa en muchas instalaciones que las bombas asociadas a las enfriadoras funcionan de forma continua, las 24 horas cuando están en servicio.

La razón es porque la enfriadora debe detectar la temperatura del agua que pasa a través de la misma para ponerse nuevamente en marcha después de una parada.

Este aspecto es fácilmente solucionable colocando un termostato en la impulsión del circuito secundario (el que distribuye a unidades terminales que siempre tiene que estar en servicio).

En ese caso:

• Cuando se detenga la enfriadora se desconecta su bomba asociada con un pequeño retardo.
• Cuando en la impulsión del circuito secundario se detecta que la temperatura del agua llega al valor de consigna establecido (por ejemplo 12ºC.), pone nuevamente en marcha la bomba y poco después la enfriadora.

Desconectar la bomba cuando no es necesaria supone:

• Un importante ahorro energético.
• Una mayor durabilidad de la propia bomba y de los elementos por los que circula agua de forma continua e innecesaria.

Paro de la enfriadora al desconectar los circuitos secundarios

Se observa que en algunas instalaciones no existen una relación entre el funcionamiento de los circuitos secundarios (climatizadores y fancoils) con la enfriadora.

El objeto de que una enfriadora funcione es aportar agua fría a las unidades terminales.

Si las unidades terminales se desconectan no tiene objeto que la enfriadora siga habilitada.

• Cuando las bombas que dan servicio a los circuitos secundarios correspondientes a unidades terminales se desconecten, se debe dar orden de desconexión a la enfriadora y grupo bomba asociado.

• En el momento que se vuelva a habilitar alguno de los circuitos secundarios, se habilitaría también el grupo bomba asociado y la enfriadora.

Desconexión de la enfriadora con temperaturas exteriores bajas

A veces y sobre todo por la noche en primavera y otoño las temperaturas exteriores bajan incluso a valores muy inferiores a los requeridos para refrigerar.

Es conveniente en este caso proceder a la desconexión de la enfriadora y circuitos secundarios a partir de un valor que se puede establecer en consigna:

• Si por ejemplo la temperatura exterior desciende a 18ºC., no es preciso que funcione la enfriadora, a no ser que haya algún evento especial que así lo exija.
• En ese momento se daría la orden de desconexión a la enfriadora y bombas de los circuitos secundarios.
• Cuando la temperatura exterior vuelva a subir y alcance (por ejemplo 21ºC.) se vuelve activar la enfriadora y los circuitos secundarios que dan servicio a las unidades terminales.

Noche-Día

La opción noche día suele venir de serie en todas las maquinas.

• Se fijan unas consignas para el funcionamiento de día.

• Temperatura de producción de frio
• Diferencial de temperaturas para que entre la enfriadora después de una desconexión.

• Se fija la hora en la que se conmuta día noche

• Se fijan unas consignas para el funcionamiento de noche.

• Temperatura de producción de frio (algo mas alta que la de día)
• Diferencial de temperaturas para que entre la enfriadora después de una desconexión. (algo mas alto que el de día)

Temperatura de impulsión tomando como referencia la temperatura exterior

Esta función hay maquinas que la traen de serie y otras que permiten su implementación como opcional.

Las condiciones a lo largo del día son cambiantes.

Las temperaturas exteriores no son las mismas a las 9 de la mañana, a las 2 de la tarde ni a las 9 de la noche.

Por ello si se fija una temperatura de impulsión en la enfriadora se hace teniendo en cuenta el mantener los parámetros de confort y no es lógico que el Mantenedor vaya cambiando las consigna de salida de agua en la enfriadora continuamente a lo largo del día.

Por ello es recomendable implementar una opción que de forma totalmente automática vaya modificando la temperatura de consigna y en base a la misma el resto de consignas que afectan a la producción de frio como el diferencial para que entre en funcionamiento la enfriadora después de un paro.

De esta forma a medida que se incremente la temperatura exterior se produce agua a menor temperatura y a medida que descienda la temperatura exterior se produce agua a mayor temperatura, estableciendo una rampa de funcionamiento.

Ejemplo

• Si con una temperatura exterior de 33ºC., el agua sale a 9ºC.
• Con una temperatura exterior de 25ºC., el agua puede salir a 12ºC.
• Mientras mas alta sea la temperatura de salida del evaporador menos energía se consume.

• Se establece el diferencial después del paro.
• Si por ejemplo la consigna está fijada para que vuelva a funcionar la enfriadora cuando haya un diferencial de 3ºC.

• Cuando desconecte a 9ºC., la maquina se volverá a poner en marcha cuando la temperatura en la impulsión sea (9+3=12ºC.)
• Cuando desconecte a 11,5ºC., la maquina se volverá a poner en marcha cuando la temperatura en la impulsión sea (11,5+3 = 14,5ºC.)

• Se deben establecer condiciones diferentes para la noche.

INCIDENCIA DEL MANTENIMIENTO EN EL CONFORT Y LA SOSTENIBILIDAD

Para reducir el Consumo Energético, el numero de averías y alargar la vida útil de maquinarias elementos y equipos, se requiere un Mantenimiento adecuado realizado por profesionales cualificados.

Al ser las Instalaciones Térmicas las que demandan el mayor consumo energético en las instalaciones hoteleras, el RITE (Reglamento de Instalaciones Térmicas) establece exigencias de obligado cumplimiento en su Mantenimiento.

El Mantenimiento tiene que ser realizado por Empresas Habilitadas y tienen que quedar documentadas todas las actuaciones.

Es necesario analizar y establecer consignas que optimicen el funcionamiento.

Consignas inadecuadas incrementan en gran medida el consumo energético.

Una planta enfriadora aire-agua está expuesta a las incidencias atmosféricas.

En las baterías de condensación, por las que se hace pasar un caudal de aire exterior bastante alto, se depositan impurezas que provocan disminución en el caudal de aire requerido para condensar el refrigerante.

• Se incrementa el consumo energético en los ventiladores.
• Se incrementa la presión de condensación.
• Como consecuencia de una mayor presión, el consumo energético de compresores.
• Si llega al limite máximo del presostato instalado por el fabricante, desconecta la maquina (salto por alta).
• La presión del refrigerante es elevada, por lo que se suelen producir roturas con escapes de gas.
• Se incrementan las averías.
• Disminuye la vida útil de la maquina.
• Deja sin servicio a los clientes en los momentos mas desfavorables.

También pueden aparecer incidencias en las baterías de evaporación, si el agua aportada tiene algunas impurezas y los elementos de filtración no están limpios.

El RITE exige que estas limpiezas se realicen con una periodicidad trimestral.

Además es necesario realizar limpiezas de filtros, revisiones de los sistemas de intercambios, de bombas, de control, etc. etc., con frecuencias mensuales, trimestrales, semestrales y anuales.

Todo ello se especifica en la Tabla 3.3 de la IT 3.3 del RITE.

Un buen Mantenimiento asegura un correcto funcionamiento de la enfriadora, mejorando el confort, disminuyendo el consumo energético, evitando la aparición de averías, incrementando la vida útil de la máquina, elementos y equipos y haciendo la instalación mas Sostenible.

CONCLUSIONES

• En este Articulo se analiza la Optimización Energética en la Producción de Refrigeración considerándola individualizada con el control propio de la maquina.

• La Producción de refrigeración suele representar el mayor consumo energético en las instalaciones hoteleras.

• Se analiza el Ciclo de Refrigeración tomando como base una enfriadora aire-agua que son las que se instalan en la mayoría de los hoteles.

• Como conclusiones mas importantes se obtienen las siguientes:

• Las Instalaciones se calculan para el funcionamiento mas desfavorable.

• Las necesidades de refrigeración son muy variables a lo largo del día, del mes y del año.

• Una unidad terminal (climatizador o fancoil) tiene que desarrollar su máxima potencia solo en periodos puntuales.
• El resto del tiempo la  potencia que tiene que aportar es inferior o muy inferior a la nominal.

• Incrementando la temperatura de entrada de agua en una unidad terminal (climatizador o fancoil) se reduce su potencia.

• Consume menos energía.
• Aporta un mayor confort.

• El consumo energético de una planta enfriadora se reduce:

• Produciendo agua a mayor temperatura.
• Trabajando a carga parcial.

• El consumo energético demandado por una instalación disminuye si se distribuye el agua a las unidades terminales a mayor temperatura:

• Se reduce el calor latente en las unidades terminales.
• Las perdidas en la distribución son inferiores al existir menos diferencia de temperatura entre el agua fría y el ambiente.

• Es necesario reducir el numero de arranque y paros de la enfriadora

• Se reduce el consumo energético.
• Se reduce el riesgo potencial de averías.
• Se incrementa la vida útil de maquinaria elementos y equipos.

• Es necesario activar la función noche-día en las enfriadoras y realizar una correcta regulación.

• Se incrementa en la noche la temperatura del agua que se envía a unidades terminales.
• Se incrementa en la noche el diferencial de arranque y paros.

• Es necesario evitar el funcionamiento del grupo bomba asociado a la enfriadora

• Se observa en muchas instalaciones funcionamientos de 24 horas.
• Solo debe funcionar el tiempo necesario.

• Debe existir una coordinación entre el funcionamiento de la enfriadora y los circuitos de distribución a unidades terminales.

• Los circuitos a unidades terminales siempre están en funcionamiento.
• Cuando se desconecten los grupos bomba de estos circuitos, debe desconectarse la enfriadora.
• Cuando se vuelva a conectar alguno de ellos, hay que habilitar la enfriadora.

• La enfriadora y las bombas de los circuitos secundarios se deben desactivar para temperaturas exteriores bajas.

• Si la temperatura exterior es baja, no se requiere producir refrigeración (salvo casos excepcionales de algún evento especifico).
• Si la temperatura exterior se incrementa, también se activaran enfriadoras y bombas.

• Es recomendable implementar un sistema de producción de frio que tenga como referencia la temperatura exterior.

• Incrementa o disminuye la temperatura de salida del agua, optimizando el consumo energético de forma continua.

• Es muy importante establecer consignas adecuadas.

• Consignas inadecuadas incrementan el consumo energético y perjudican la instalación.

• Las Instalaciones Térmicas requieren que estén atendidas por técnicos cualificados que conozcan las técnicas aplicables a las mismas.

• El RITE (Reglamento de Instalaciones Térmicas obliga a Mantenimientos Preventivos realizados por Empresas Habilitadas que tienen que quedar perfectamente documentados.
• Un buen mantenimiento preventivo reduce el consumo energético, evita averías e incrementa el confort

• We Resolve como Empresa de Mantenimiento Integral de edificios singulares, con una amplia experiencia e implantación en el Sector Hotelero (en España y América), dispone de un Dpto. Técnico en el que se analizan las patologías, optimización y mejoras que se presentan en el campo de las Instalaciones.

• En el caso de la Producción de Refrigeración que suele representar el mayor consumo energético de las instalaciones hoteleras, cualquier mejora supone una importante reducción en los costes de producción, incrementando la Sostenibilidad y reduciendo el Impacto Medioambiental.

• Es recomendable realizar en las Instalaciones Hoteleras, Auditorias Energéticas en las instalaciones de refrigeración, que permitan aportar soluciones para optimizar el consumo energético, incrementar el Confort, reducir el riesgo de averías y alargar la vida de maquinas elementos y equipos.

BIBLIOGRAFÍA

Reglamento de Instalaciones Térmicas

https://www.miteco.gob.es/es/energia/eficiencia/rite.html

Catálogos Técnicos Carrier

https://www.carrier.com/commercial/es/es/soluciones/enfriadoras/enfriadoras-aire-agua/30rb—30rbp/

3/03/2025
José Arroyo Martín

Ingeniero Tecnico Industrial en Electricidad y Mecánica