Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de...

21
Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final Título do proxecto Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos Coordinador/a Alfonso González Docasar Centro educativo CIFP Valentín Paz Andrade Proxecto de innovación premiado na resolución do 20 de abril de 2016 da Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa pola que se resolven os premios para o desenvolvemento de proxectos de innovación tecnolóxica ou científica e proxectos de innovación didáctica no ámbito da Formación Profesional en centros públicos dependentes da Consellería de Cultura, Educación e Ordenación Universitaria onde se impartan ensinanzas de Formación Profesional, convocados na resolución do 23 de novembro de 2015. CIFP Valentin Paz Andrade Estrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. 886110878 [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade Páxina 1 de 21 Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos

Transcript of Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de...

Page 1: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa

Proxecto de innovación. Convocatoria 2016Memoria Final

Título do proxecto Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos

Coordinador/a Alfonso González Docasar

Centro educativo CIFP Valentín Paz Andrade

Proxecto de innovación premiado na resolución do 20 de abril de 2016 da Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e InnovaciónEducativa pola que se resolven os premios para o desenvolvemento de proxectos de innovación tecnolóxica ou científica e proxectos de innovacióndidáctica no ámbito da Formación Profesional en centros públicos dependentes da Consellería de Cultura, Educación e Ordenación Universitaria ondese impartan ensinanzas de Formación Profesional, convocados na resolución do 23 de novembro de 2015.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade Páxina 1 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos

Page 2: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

Índice

1 Memoria xustificativa .............................................................................................................................. 3

1.1 Historia do proxecto. Xustificación ................................................................................................. 3

1.2 Relación de participantes ................................................................................................................. 6

1.3 Actividades realizadas ...................................................................................................................... 7

1.4 Avaliación final. Indicadores ............................................................................................................ 9

1.5 Conclusións. Valoración global do proxecto e previsións de futuro .............................................. 19

1.6 Memoria de xustificación económica ............................................................................................ 21

2 Resultados do proxecto .......................................................................................................................... 22

2.1 Planos ............................................................................................................................................. 22

2.2 Parámetros instalación ................................................................................................................... 23

2.3 Manuais elementos das instalacións .............................................................................................. 23

2.4 Unidades de traballo ....................................................................................................................... 24

2.5 Fotos ............................................................................................................................................... 24

2.6 Datos das probas ............................................................................................................................ 26

2.7 Vídeos ............................................................................................................................................ 26

Páxina 2 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 3: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

1. Memoria xustificativa

1.1 Historia do proxecto. Xustificación

Esta idea naceu dada a situación actual do sector da climatización no que estamos sufrindo unha transición no uso de sustancias refrixerantes que afecta en gran medida ás instalacións e polo tanto ao sector empresarial relacionado.

As limitacións existentes hoxe en día nas novas instalacións de climatización cos refrixerantes actuais usados son:

Altos valores de impacto medio-ambiental no que respecta ao efecto invernadoiro. Altas posibilidades de que antes da finalización da vida útil da instalación, o refrixerante usado

non estea dispoñible e aínda que é probable que o estarán fluídos substitutivos; estes non terán un percorrido amplo no mercado e polo tanto non presentarán confianza no seu uso ás empresasinstaladoras e mantedoras.

Os custos económicos de funcionamento e do refrixerante, das instalacións actuais, e mellora-ble; representando na actualidade, cos refrixerantes utilizados, un custo importante para os clientes de instalacións de climatización.

En pequenos equipos frigoríficos a tendencia e a cargar hidrocarburos desde 1995 os cales presentan baixo impacto medio-ambiental e boa eficiencia. Sendo esta unha solución que en instalacións de media potencia, con maiores cargas de refrixerante, implica riscos de seguridade e non se está abordando no noso país.

En instalacións de climatización o uso de hidrocarburos aumentaría a eficiencia das instalacións pero as limitacións normativas en España impiden un desenrolo deste tipo de equipos. Noutros países da comunidade europea como Alemaña o uso de hidrocarburos en instalacións de climatización estase potenciando coa adopción das correspondentes medidas de seguridade que reduzan riscos e co nacemento de empresas especializadas.

Simulacións desenvolvidas con software ceibe mostran unha mellor eficiencia empregando hidrocarburos en ciclos frigoríficos para equipos de climatización fronte a circuítos convencionais cos refrixerantes usados na actualidade de alto impacto medioambiental.

Ante esta análise numérica ábrese a necesidade de xustificar esta mellora mediante procesos experimentais comparados.

Estas melloras proporcionarían a vantaxe competitiva en tres aspectos:a. Dispoñibilidade do refrixerante e custo.b. Aforro económico no funcionamento da instalación.c. Contribución a protección medioambiental coa produción menor de CO2 medida en

dúas variables: PQA100 (Poder de quentamento atmosférico a 100 anos) dos hidrocarbu-

ros fronte aos refrixerantes actuais. TEWI das instalacións de climatización durante a súa vida útil que ao pre-

verse máis eficiente dá uns resultados menores.

Páxina 3 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 4: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

O proxecto consistiu nunha liña de investigación que seguiu os seguintes pasos:1.- Montáronse varios simuladores previos para decidir e parametrizar o controlador e a válvula de

expansión electrónica a usar nos prototipos. 2.- Desenrolo de 4 equipos prototipo distintos, cas súas peculiaridades independentes, equipos de

produción de auga quente bomba de calor con propano.Ten cabida os hidrocarburos como fluídos frigoríficos ao seren uns equipos onde os riscos

practicamente non existen montando todo o circuíto frigorífico no exterior. Inda así realizáronse coas adaptacións e comprobacións necesarias de seguridade para o seu uso seguro. Forzouse fugas do hidrocarburo e variacións bruscas nos parámetros de funcionamento para analizar as medidas de seguridade adoptadas cortando adecuadamente o funcionamento do equipo e lanzando as alarmas correspondentes.

3.- Montaxe dun equipo comercial de produción de auga quente con refrixerante tradicional a día dehoxe (R-410A).

4.- Deu tempo a analizar o funcionamento de 2 prototipos con hidrocarburo fronte o equipo comercial actual traballando sobre uns depósitos de auga xemelgos nas mesmas condicións ambientais e de carga térmica.

5.- Montáronse 2 sistemas de fancoils independentes e xemelgos para disipación da calor acumulada nos depósitos.

6.- Conectouse un sistema de adquisición de datos sobre as dúas instalacións para realizar unha captura de parámetros de funcionamento e consumos.

7.- Estudáronse os valores acadados para chegar ás conclusións definitivas.

As montaxes de 2 prototipos aínda que estaban avanzadas no mes de Setembro grazas a iniciarse xa fai dous cursos, houbo que refacelas practicamente desde cero por variar totalmente o cadro de control das mesmas e optar por variacións significativas nos esquemas frigoríficos e hidráulicos. Puxéronse en marcha grazas aos alumnos do ciclo medio de frío e climatización diúrno promoción do curso 2016-17 os cales grazas a súa inquietude; se lles adaptou parte das ensinanzas dos currículos formativos, traballando, durante o primeiro e segundo trimestre nestasmontaxes e na súa posta en marcha. A par un alumno do ciclo superior de mantemento de edificios e procesos realizou os seu traballo do módulo de proxecto sobre esta instalación.

A posta en marcha foi difícil debido a complexidade técnica das montaxes, as novidades empregadas e os defectos en parte dos elementos empregados ao ser reutilizados doutras montaxes realizadas en cursos pasados e que provocaban fallos que houbo que analizar ata dar co problema; pero ao final a día de hoxe fixéronse 3 comparativas con tomas de datos que nos proporcionan as primeiras conclusións aportadas neste traballo; quedándolle moito xugo por sacar aínda a estas montaxes a nivel comparativo.

Actualmente as montaxes están operativas e están dispoñibles nos distintos módulosrelacionados que se imparten no centro; ademais de estar para mostrar a calquera técnico dosector interesado e que se achegue polas nosas instalacións. Os datos sacados destas primeirasprobas son tidas en conta tamén polas empresas colaboradoras para poder mellorar os seusprodutos.

Páxina 4 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 5: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

1.2 Relación de participantes

Centro coordinador

Centro coordinador: CIFP Valentín Paz Andrade Código de centro 36014568

Coordinador do proxecto

Nome Apelidos Enderezo electrónico Especialidade

Alfonso González Docasar [email protected] 205-Sistemas enerxéticos

Profesorado participante

Nome Apelidos Enderezo electrónico Especialidade

Victor Ríos Noya [email protected] 113-Sistemas enerxéticos

Fernando Rodríguez Pequeño [email protected] 205-Sistemas enerxéticos

Jesus Martínez Lomba [email protected] 205-Sistemas enerxéticos

Empresas ou entidades participantes

Empresas ou entidades partipantes

Denominación da empresa CIF Persoa contacto Enderezo electrónico

Depósitos Coballes SL B36044378 José Antonio Gómez [email protected]

COBALTHERM PORTUGAL LDA PT507741943 Ana Karina Coballes Trigo [email protected]

Agradecementos aos seguintes alumnos sen os cales non sería posible o desenvolvemento deste traballo; sirva esta mención como agradecemento dende o CIFP Valentín Paz Andrade.

Curso 2º de ciclo medio de frío e climatización 2014-15:

Jorge Ballesteros PugaMariano Esteban CalabresiKevin Lorenzo GándaraDenís Martínez LagoDiego Puime PazosÁlvaro Vázquez Carrera

Curso 2º de ciclo medio de frío e climatización 2016-17:Luis Manuel Alonso GilPablo Domínguez PuchBrais Fernández GómezAlfonso Fernández PereiroAlberto Otero CabaleiroRaniero Villar SotoLuis Viñas Lamelas

Páxina 5 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 6: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

Rodrigo Viñas Martínez

Curso 2º de ciclo superior de Mantemento de Edificios e Procesos 2016-17:Mauro Soaje Carril

1.3 Actividades realizadas

Realízase unha relación e descrición das actividades levadas a cabo no proxecto de innovaciónpolo centro e empresas participantes.

1.3.1 Centro coordinador. Actividades realizadas.

a) Realizáronse as simulacións previas necesarias para a elección dos controladores ausar.

b) Realizouse a documentación das instalacións para o seu montaxe a través dos planosdas mesmas:

Nº plano Nº de follas Denominación1 1 Esquema frigorífco -290 prototpo 1 compresor 6,63m3/h

2 1 Esquema eléctrico -290 prototpo 1

3 1 Esquema frigorífco -290 prototpo 2 compresor 8,36m3/h

4 1 Esquema eléctrico -290 prototpo 2 regulación velocidade

5 1 Esquema frigorífco -290 prototpo 3 aseado en 4,5KW

6 1 Esquema eléctrico -290 prototpo 3

7 1 Esquema frigorífco -290 prototpo 4 aseado en 6,5KW

8 1 Esquema eléctrico -290 prototpo 4

9 1 Esquema loque intercam iador -290 prototpo 3 e 4

10 1 Esquemas equipo comercial -410A

11 1 Esquema loques om eo hidráulico ( loque 1 e 2)

12 2 Esquema eléctrico loques om eo-superv. hidráulico ( loque 1)

13 2 Esquema eléctrico loques om eo-superv. hidráulico ( loque 2)

14 2 Esquema principio hidráulico

15 1 Sistema de control e supervisión das instalacións

Páxina 6 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 7: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

c) Realizouse a montaxe e posta en marcha das instalacións por parte do alumnado de 2ºciclo medio de frío e climatización.

d) Un alumno do ciclo superior de mantemento de edificios e procesos realizou o seumódulo de proxecto tomando como referencia as instalación en fase de montaxe e rela-cionadas con este proxecto.

e) Desenvolvéronse as seguintes unidades de traballo relacionadas co proxecto:

i. 1.- Efectos medioambientais dos refrixerantes en bombas de calor.

ii. 2.- Análise de ciclos frigoríficos aplicados a bombas de calor.

iii. 3.- Depósito de inercia.

iv. 4.- Bombas de caudal variable.

f) Realizáronse as primeiras comparativas.

1.3.2 Empresa ou entidades participantes. Actividades realizadas.

As empresas Depósitos Coballes e COBALTHERM PORTUGAL colaboraron das seguintes formas:

a) Doaron parte do material de segunda man que dispoñían nas súas instalacións: compresores para as instalacións prototipos, intercambiadores frigoríficos das instalacións de propano..... o cal simplemente houbo que realizarlle pequenas reparacións ou adaptacións no centro; pero sen o seu aporte sería imposible levar a cabo este proxecto debido aos elevados custos do material no sector da refrixeración.

b) Aportaron parte dos elementos necesarios para a realización do proxecto, e dos cales son fabricantes a nivel internacional; a un custo moi vantaxoso.

c) Estiveron en contacto co centro a través do profesorado implicado no proxecto aportando suxestións e información práctica.

1.4 Avaliación final. Indicadores

Realízase a valoración das diferentes actividades levadas a cabo, mediante os indicadores establecidos no proxecto inicial.

Páxina 7 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 8: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

Neste apartado expóñense os resultados obtidos das probas iniciais realizadas ata agora.

Este é o paso previo a obter conclusións. Exporanse as características básicas das máquinas, nas cales radican as súas principais diferenzas, e despois expóñense diversos tipos de resultados obtidos.

Como características básicas dicir que partimos dunha potencia térmica de 6 kW en calor, cunha temperatura de vaporización media de 0ºC e unha temperatura de condensación media de55ºC. Tódolos equipos son de compresión en simple etapa.

O resultados que se expoñen abranguen os seguintes campos:

Resultados de instalacións.

Resultados de consumo enerxético acumulado.

Resultados sobre implicacións do efecto medioambiental que as instalacións xeran.

Páxina 8 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 9: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

1.4.1 Resultados de instalacións

A continuación noméanse as peculiaridades actuáis nas que se atopan os distintos elementos obxecto deste proxecto remitindo o apartado “resultados do proxecto” para profundizar nalguna parte das instalacións a través de planos, esquemas de principio…

1.4.1.1 Equipo de bombeo

A parte de ser o corazón hidráulico da instalación é o elemento onde se atopan os compoñentesde adquisición de datos que permiten capturar as variábeis de funcionamento.

As duas pezas fundamentais de esta parte aparecen sinaladas na fotografía xa que son as quepermiten analizar a eficiencia instantánea e acumulativa dos equipos bomba de calor aire-auga aanalizar en cada proba. Estos elementos son o calorímetro dixital e o analizador de variabeiseléctricas.

Foi o equipo que levou máis tempo deseñar, xa que requiriu da montaxe de varios simuladoresprevios para decidir os compoñentes finais a incorporar.

Páxina 9 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 10: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

1.4.1.2 Prototipo 1 de propano

Compresor alternativo; válvula de expansión electrónica; intercambiador de placas soldadas.

Inicialmente incorporóuselle un intercambiador a dobre tubo comercial pero o non ser os resultados das probas previas satisfactorio o encontrar un salto térmico moi alto fabricouse un intercambiador a dobre tubo no propio taller; mellorando os resultados. Considerouse que había que probar intercambiadores de placas e ao facelo atopouse unha clara mellora co que foi a opción final tomada. Nos datos obtidos nas primeiras probas detectouse que é necesario aumentar o orificio da válvula de expansión electrónica para conseguir unha mellora na eficiencia.

1.4.1.3 Prototipo 2 de propano

Compresor alternativo con regulación de velocidade; válvula de expansión electrónica; intercambiador de placas soldadas.

Páxina 10 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 11: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

Esta unidade esta practicamente rematada a súa montaxe quedando pendente o seu axuste e proba final; sendo realmente o equipo que permitirá obter unha comparativa en funcionamento permanente ao poder regular a súa velocidade en función da demanda como fan os equipos aire-auga actuais con R-410A.

1.4.1.4 Prototipo 3 de propano

Compresor rotativo; válvula de expansión capilar; intercambiador de placas soldadas.

Con esta unidade é ca que nas primeiras probas obtívose a mellor eficiencia e é un equipo baseado nunha unidade condensadora antiga de R-22 que foi adaptada e incorporóuselle elementos de seguridade para poder traballar con propano.

É a que mellores resultados deu nunhas probas iniciais porque presentaba o sistema de expansión; inda que por capilar, totalmente adaptado á instalación. Este elemento nos prototipos 1 e 2 é mellorable.

1.4.1.5 Prototipo 4 de propano

Compresor rotativo; válvula de expansión capilar; intercambiador de placas soldadas.

Páxina 11 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 12: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

É unha variante do prototipo anterior e a día de hoxe non chegou a probarse, esperando del unha velocidade de quentamento maior.

1.4.1.6 Equipo comercial de R-410A

Unidade representativa do mercado actual para este tipo de equipos aire-auga; composto dunha unidade exterior mais unha unidade interior.

As probas realizas con esta unidade ata agora foron en réxime transitorio de subida de temperatura de 18ºC a entorno os 40ºC sobre un deposito.

Páxina 12 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 13: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

Probas en réxime permanente, mantendo a temperatura do depósito, serían máis eficientes grazas a tecnoloxía inverter que incorpora; pero tamén hai que dicir que esa mesma tecnoloxía aplicada aos prototipos de propano aumentaría a eficiencia en igual medida.

1.4.2 Resultados de consumo enerxético acumulado

Partimos da potencia de carga térmica de 6 kW establecida para un tempo de funcionamento diario de 14h.

Respecto á valoración enerxética real, os resultados enerxéticos obtidos refírense a consumos enerxéticos acumulados.

Nos cálculos teóricos previos realizados pensando no uso de compresores alternativos obtéñense os seguintes resultados:

0ºC 55ºC COMPRESOR ALTERNATIVOPresión baixa Presión de alta Presión interm. Relación Rendemento Coolpak-frio

relativa relativa relativa de compresión indicado RendementoR-410A simple etapa 6,95 33,50 4,34 0,71 2,33R-410A dobre etapa inx.par 6,95 33,50 15,56 2,08 0,84 2,74R-290 simple etapa 3,74 18,07 4,02 0,73 2,71R-290 dobre etapa inx.par 3,74 18,07 8,51 2,01 0,85 3,12R-600a simple etapa 0,58 6,81 4,94 0,68 2,66R-600a dobre etapa inx.par 0,58 6,81 2,51 2,22 0,83 3,21R-600 simple etapa 0,03 4,58 5,42 0,65 2,62R-600 dobre etapa inx.par 0,03 4,58 1,40 2,33 0,82 3,26R-410A condensando 60ºC 6,95 37,50 4,84 0,68 1,88

Supoñemos requecemento de 5ºC e subenfriamento de 5ºC

Páxina 13 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 14: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

Sabendo que neste tipo de instalacións con R-410A a día de hoxe esta xeneralizado o uso de compresores rotativos; e ao ser o equipo comercial que se usa no proxecto un equipo con compresor rotativo faise así mesmo a comparativa teórica en compresión simple:

0ºC 55ºC COMPRESOR ALTERNATIVOcompresor rotativoPresión baixa Presión de alta Presión interm. Relación Rendemento Coolpak-frio

relativa relativa relativa de compresión indicado RendementoR-410A simple etapa 6,95 33,50 4,34 0,90 2,95R-290 simple etapa 3,74 18,07 4,02 0,92 3,41R-600a simple etapa 0,58 6,81 4,94 0,86 3,36R-410A condensando 60ºC 6,95 37,50 4,84 0,85 2,35

Supoñemos requecemento de 5ºC e subenfriamento de 5ºC

As conclusión analizando os datos teóricos son:

O rendemento superior para este tipo de equipos sería usando unha compresión en dobre etapa con R-600a (isobutano).

Para compresión simple o R-290 (propano) é un 15,6% máis eficiente que o R-410A ademáis de poder elevarse a temperatura da auga ata os 85ºC mentres que conR-410A estamos limitados a 60ºC.

Analizando os datos prácticos nas 3 probas feitas inicialmente e das que se dispón datos os cales pódense consultar no apartado “resultados do proxecto” a través das follas de cálculo adxuntas:

Resultados obtidos nas probas COP

Prototipo 3 de propano subindo a temperatura de 18º a 35ºC 3,69

Prototipo 1 de propano subindo a temperatura de 18º a 44ºC 2,75

Prototipo 1 de propano subindo a temperatura de 18º a 40ºC 2,89

Equipo comercial R-410A subindo a temperatura de 18º a 37ºC 2,57

Equipo comercial R-410A subindo a temperatura de 18º a 40ºC 2,38

Equipo comercial R-410A subindo a temperatura de 18º a 42ºC 2,37

As conclusión analizando os datos prácticos son:

Para o R-290 (propano) o compresor rotativo resulta máis eficiente que o uso de compresores alternativos.

O equipo comercial presenta un salto térmico medio no intercambiador de auga de 22ºC; conseguíndose só 15ºC nos prototipos probados con R-290.

O prototipo de propano 3, para o proceso de quentamento de 18ºC a 37ºC, conseguemellorar a eficiencia sobre o equipo comercial nun 55%.

Co prototipo de propano 3 conséguense, en certos momentos do proceso de quenta-mento, eficiencias superiores o 4,4; fronte a valores instantáneos máximos no equi-po comercial de 2,6.

Páxina 14 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 15: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

1.4.3 Resultados sobre o efecto medioambiental das instalacións

Os valores de impacto sobre a muda climática global, son os referidos ao de contribución ao efecto invernadoiro. Estes valores, para o R-290 e para o R-410A son obtidos do IF2 do RSF.

Pódese establecer que unha instalación do tipo das analizadas posúe, perfectamente, unha vida útil de 15 anos.

Dada a actual normativa sobre instalacións frigoríficas en vigor desde 2011, e levando a cabo un cumprimento razoable da mesma, pódese establecer unha porcentaxe de recuperación de refrixerante nodesmantelamento das instalacións, unha vez rematada a súa vida útil, dun 95%.

Pódese establecer que as perdas por fugas dos circuítos ao redor do 12% da carga total.

O factor "β" de equivalente de produción de CO2 por kWh eléctrico consumido, será tomado o doano 2015 na península, de valor: 0,302 kgCO2/kWh.

A carga de refrixerante do prototipo 3 foi de 0,8 kg. Na instalación de R-410A a carga é de 1,2 kg.

Aplicando a fórmula do TEWI:

Anualcuperación EnPCAmPCAnLTEWI Re1

Carga refrix PQA100 do % fugas % recupe. No EER da Enerxia cons. Sumando Sumando Sumando TEWIen kg refrixerante anuais desmantel. instalacion anual Kwh por fugas por desmant por consumo Kg CO2

Tradicional R-410A 1,2 1720 12 95 2,95 10393,22 3715,2 103,2 47081,29 50899,69Con Propano R-290 0,8 3 12 95 3,41 8991,20 4,32 0,12 40730,15 40734,59

Respecto ao impacto medio ambiental sobre a muda climática obsérvase que os resultados amosan que a instalación de R-290 presenta unhas emisións de CO2 á atmosfera dun 20% menos que a instalación de R-410A. O impacto é proporcional ás emisións de dióxido de carbono, polo que a menor porcentaxe no impacto é a mesma que a das emisións.

1.5 Conclusións. Valoración global do proxecto e previsións de futuro

De todo o proceso desenvolvido así como dos datos obtidos, pódense obter unha sucesión de conclusións relevantes respecto a diferentes aspectos do traballo proposto:

Páxina 15 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 16: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

1.5.1 Respecto ao contraste entre as dúas instalacións:

A eficiencia enerxética TEORICAMENTE dunha instalación con R-290 sobre asactuais con R-410A é un 15,6% mellor, na práctica nos atopamos nas primeiras pro-bas cunha mellora do 55%.

Valor TEWI de impacto medioambiental de muda climática é na instalación de R-290 do 20% inferior a da instalación de R-410A.

O custo anual de enerxía consumida pola máquina aire-auga con R-290 sobre as ac-tuais é TEORICAMENTE o 13,5% do consumido pola máquina con R-410A tradi-cional de simple etapa atopándonos nas probas en réximes transitorios con valoresdo 50% de aforro.

O custo dunha máquina aire-auga con R-290 é equiparábel ao dunha máquina conR-410A tradicional simplemente lle sumaríamos o custo da seguridade de detecciónde fuga do hidrocarburo.

1.5.2 Respecto a particularidades do proceso técnico desenvolvido

O equipo tradicional de R-410A, nos réximes transitorios nos que se realizaron asprobas, presenta un salto térmico no intercambiador de auga de 22ºC fronte os 15ºCcos que se deseñou o intercambiador para os prototipos de hidrocarburos; variandosimplemente este parámetro un 20% a eficiencia da unidade.

Os intercambiadores a dobre tubo presentan unha perda de carga superior que os in-tercambiadores actuais de placas soldadas; o que fai que sexan menos eficientes.

Os compresores rotativos demostran unha maior eficiencia que os compresores al-ternativos para o campo de traballo dos equipos bomba de calor aire-auga.

1.5.3 Liñas futuras de investigación

Pasan por dous camiños:

a) Mellora da propia instalación; con mais probas e sobre todo co remate na monta-xe do prototipo 2 con variación de velocidade que permitirá facer comparativasen réximes de funcionamento máis longos. Hai posibilidade de medir máis varia-bles e de xeito máis fiable ( en moitos casos simplemente facendo un estudo deresituación de sondas), e sobre todo, máis versátil, é dicir, a mellora destes ban-cos experimentais de xeito que medre a súa capacidade para analizar multiplici-dade de situacións diferentes. Hai que conseguir que certas variábeis que agora énecesario medir a man, poden ser tamén adquiridas de forma automática; o calrequiriría mais financiación.

Páxina 16 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 17: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

b) Dar o salto a unha montaxe máis complexa usando R-600 (butano) como refrixe-rante; o cal requeriría o uso dunha tecnoloxía de dobre ou triple etapa de compre-sión pero que os estudos teóricos auguran de maior eficiencia neste tipo de equi-pos e xa con experiencia adquirida no centro ao usarse dita tecnoloxía innovadoranunha cámara frigorífica en funcionamento dende 2014.

1.6 Memoria de xustificación económica

Na seguinte ligazón “Xustificación económica” accedese ao documento no que se xustifica osgastos xerais do proxecto; que resumidamente empregáronse en 3 liñas:

Adquisición de parte do material específico para as montaxes.

Material necesario para o sistema de adquisición de datos.

Instrumentación de medición específica.

Páxina 17 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 18: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

1. Resultados do proxecto

2.1 Planos

Mediante os seguintes enlaces pódese acceder aos planos xerados para a montaxe das instalaciónsrelacionadas co proxecto:

Nº plano Nº de follas Denominación1 1 Esquema frigorífco -290 prototpo 1 compresor 6,63m3/h

2 1 Esquema eléctrico -290 prototpo 1

3 1 Esquema frigorífco -290 prototpo 2 compresor 8,36m3/h

4 1 Esquema eléctrico -290 prototpo 2 regulación velocidade

5 1 Esquema frigorífco -290 prototpo 3 aseado en 4,5KW

6 1 Esquema eléctrico -290 prototpo 3

7 1 Esquema frigorífco -290 prototpo 4 aseado en 6,5KW

8 1 Esquema eléctrico -290 prototpo 4

9 1 Esquema loque intercam iador -290 prototpo 3 e 4

10 1 Esquemas equipo comercial -410A

11 1 Esquema loques om eo hidráulico ( loque 1 e 2)

12 1/2 Esquema eléctrico loques om eo-superv. hidráulico ( loque 1)

12 2/2 Esquema eléctrico loques om eo-superv. hidráulico ( loque 1)

13 1/2 Esquema eléctrico loques om eo-superv. hidráulico ( loque 2)

13 2/2 Esquema eléctrico loques om eo-superv. hidráulico ( loque 2)

14 1/2 Esquema principio hidráulico14 2/2 Esquema principio hidráulico15 1 Sistema de control e supervisión das instalacións

2.2 Parámetros instalación

Mediante os seguintes enlaces pódese acceder aos listados de parámetros e escadas xeradas para amontaxe das instalacións relacionadas co proxecto:

Páxina 18 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 19: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

Nº documento Nº de follas Denominación1 1 Mapeado da rede de adquisición

2 20 Parámetros controladores

3 6 Parámetros módulos de adquisición

4 2 Parámetros válvulas de expansión

5 1 Sinóptco principal

6 1 Sinóptco deposito 1

7 1 Sinóptco deposito 2

8 1 Sinóptco prototpo 1

9 1 Sinóptco variá eis eléctricas

2.3 Manuais elementos das instalacións

Mediante os seguintes enlaces pódese acceder aos manuais dos elementos singulares relacionadoscoa montaxe das instalación; nalgún caso ante os elementos novedosos empregados non existedocumentación en galego ou castelán polo que proporcionarase a documentación facilitada polofabricante é coa que houbo que traballar en inglés:

Nº documento Nº de follas Denominación1 6 Unidade exterior om a de calor comercial

2 26 Unidade interior om a de calor comercial

3 7 Deposito de inercia

4 24 Contador hidráulico de enerxía

5 3 Bom a de auga

6 111 Sistema de supervisión

7 4 Módulos de adquisición

8 13 Analizador de enerxía

9 39 Controlador om a de calor

10 4 Válvula de expansión electrónica

11 138 Vareador de velocidade compresor

12 2 Vareador de velocidade om a de auga

13 44 Compresores

Páxina 19 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 20: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

2.4 Unidades de traballo

Mediante os seguintes enlaces pódese acceder ás unidades de traballo xeradas por este proxecto:

1.- Efectos medioambientais dos refrixerantes en bombas de calor.

2.- Análise de ciclos frigoríficos aplicados a bombas de calor.

3.- Deposito de inercia.

4.- Calorímetro.

5.- Bombas de caudal variable.

2.5 Fotos

Na carpeta “PROXECTO innovación fotos” pódese visualizar os distintos elementos construídos para o desenrolo das instalacións. Mediante os seguintes enlaces accédese ás fotos máis significativas capturadas das instalacións:

Simulador 1 controlador

Simulador 2 válvula expansión paso a paso

Simulador 3 válvula de expansión a pulsos

Simulador 4 controlador mais válvula de expansión

Simulador 5 montaxe de probas e parametrizacións

Instalacións vista xeral

Módulo intercambiador vista 1

Módulo intercambiador vista 2

Módulo intercambiador dobre tubo

Fancoils

Fancoils detalle traseiro

Bombeo cadro exterior

Bombeo vista interior do cadro

Bombeo detalle hidráulico

Bombeo vista xeral

Equipo comercial vista xeral

Equipo comercial unidade exterior

Páxina 20 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos:

Page 21: Proxecto de innovación. Convocatoria 2016 Memoria Final · 2019-01-11 · Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa Proxecto de innovación.

CIFP Valentin Paz AndradeEstrada vella de Madrid, 160 Vigo, Tfno. 886110857, Fax. [email protected]; http://www.edu.xunta.es/centros/cifppazandrade

Equipo comercial unidade interior

Equipo comercial vista con deposito

Prototipo 1 mais bombeo

Prototipo 1 cadro eléctrico

Prototipo 1 conectado vista xeral

Prototipo 1 vista xeral con deposito

Prototipo 2 vista frontal

Prototipo 2 vista interior cadro

Prototipo 3

Prototipo 3 en probas

Prototipo 4 mais intercambiador

2.6 Datos das probas

Mediante os seguintes enlaces accédese os valores capturados nas primeiras probas e que sona base dos resultados comentados o longo de este documento:

1ªproba: Deposito1 (prototipo3) Deposito2 (equipo comercial)

2ªproba: Deposito1 (prototipo3) Deposito2 (equipo comercial)

3ªproba: Deposito1 (prototipo1) Deposito2 (equipo comercial)

4ªproba: Deposito1 (prototipo1) Deposito2 (equipo comercial)

2.7 Vídeos

Mediante os seguintes enlaces accédese aos vídeos multimedia feitos sobre esta instalación:

Vídeo 1 simulador previo.

Vídeo 2 instalacions e resultados.

Vídeo 3 sistema de adquisición.

Páxina 21 de 21

Proxecto innovación: Produción de calor ecolóxica con equipo frigorífico baseado en hidrocarburos: