Esto implica realizar análisis altamente complejos utilizando simulaciones y modelos puramente teóricos.  A menudo utilizamos modelos obtenidos o calibrados en una gran base de datos de situaciones reales para confirmar el modelo utilizado. De hecho, es necesario tener en cuenta una multitud de factores interconectados, que a veces son difíciles de medir.

Estas evaluaciones son más fáciles en lugares donde las unidades funcionan las 24 horas del día, casi siempre a carga constante, por ejemplo, para calentar o enfriar fluidos de procesos industriales, u otros casos donde las unidades tienen una variación muy limitada en las condiciones de operación. Por otro lado, están los sistemas de refrigeración de una tienda de conveniencia, que comprende muebles refrigerados conectados a una unidad de condensación exterior.  Es necesario hacer una comparación entre dos supermercados que utilizan unidades basadas en diferentes tecnologías, para comprender cuál es el más eficiente y, por lo tanto, tomar decisiones basadas en esta información para futuras instalaciones.

El comportamiento de este sistema de refrigeración que comprende muebles y unidades de condensación se ve afectado por varios factores:

• El tipo y/o tecnología en las unidades condensadoras y evaporadores instalados.

• El número de muebles instalados (al comparar dos supermercados diferentes).

• La energía que realmente se necesita para enfriar estos muebles durante su funcionamiento (no la capacidad nominal).

• El comportamiento del mueble en diferentes condiciones, es decir, cuando se almacenan o se sacan alimentos o cuando se acaba de reabastecer.

• Durante cuánto tiempo se abren y cierran las puertas y, por lo tanto, cuánto se usan los muebles por los consumidores en los días de apertura de la tienda.

• Los diferentes tipos de control, tanto para la unidad de condensación exterior como para los muebles refrigerados, para lograr temperaturas más o menos estables y continuas.

• El efecto de las condiciones climáticas externas e internas de la tienda en el sistema.

• Factores como la carga de refrigerante y el tamaño de las unidades, que afectan al rendimiento.

Finalmente, si es necesario comparar sistemas basados en mediciones reales, también influye la calidad de los instrumentos y el método de medición para hacer la comparación, lo que afecta a la precisión requerida para las mediciones.

Con respecto a estos factores, así como a los supuestos que se deben hacer y cómo obtener mediciones “significativas” y “comparables”, el método adoptado debe ser lo más “científico” posible para obtener una comparación significativa y realista.

Esto es lo que intentamos hacer al examinar la eficiencia de nuestro sistema con DC inverters y válvulas electrónicas, en comparación con otros sistemas.

Con la ayuda de la experiencia y el apoyo del Instituto Franhofer ISE, que recopiló y analizó los datos de forma independiente en una tienda real en el norte de Italia, creamos un sistema con cinco muebles refrigerados de temperatura media administrados por una unidad de condensación exterior y utilizando refrigerante R-448A.

El objetivo del análisis fue comparar cuatro combinaciones diferentes de tecnologías y tipos de control, tanto para las unidades de condensación como para los muebles refrigerados, específicamente:

• Compresor DC inverter y válvula electrónica en los muebles.

• Compresor DC inverter y válvula termostática en los muebles.

• Compresor con modulación PWM y válvula termostática en los muebles.

• Compresor ON/OFF y válvula termostática mecánica en los muebles.

Diseñamos y construimos la unidad de condensación con tres tipos de compresores que compartían el mismo condensador, para asegurar la misma longitud de tubería a los muebles en todas las configuraciones. Cada mueble refrigerado estaba equipado con una válvula electrónica y una válvula mecánica, instaladas en paralelo en el mismo punto.

Se decidió modificar las diferentes configuraciones diariamente, cambiando a la siguiente configuración cada 24 horas. Los datos se recopilaron durante todo un año, lo que garantiza una muestra lo suficientemente grande como para estandarizar tanto los diferentes días de operación en la tienda como el perfil climático del lugar de la instalación. Por lo tanto, fue posible valorar uniformemente la diferente afluencia de personas y productos en la tienda en diferentes días, así como las estaciones en cuanto al clima exterior, porque cada una de las soluciones funcionó cíclicamente durante todo el año.

Para realizar un análisis imparcial basado en el rendimiento real en términos de capacidad de enfriamiento del sistema y no simplemente en función del consumo de energía, se instaló un medidor de flujo de refrigerante en la línea de líquido común a los muebles. Luego se calculó un coeficiente de rendimiento que pesaba el consumo de energía en función de la capacidad de enfriamiento real entregada por la unidad a lo largo del tiempo.

Las soluciones individuales se administraron utilizando soluciones de control estándar disponibles en el mercado, para evaluar las unidades en una aplicación real, mientras que los datos de temperatura y presión se obtuvieron utilizando sondas con mayor precisión que los dispositivos industriales. 

A lo largo del año, se tomaron muestras de los datos cada minuto, para permitir una mayor sensibilidad en términos de diferencias de control del sistema.

Estos tipos de sistemas de “configuración múltiple” son fáciles de administrar en el laboratorio para realizar pruebas; sin embargo, cuando se instalan en una tienda real, existen desafíos a los que hay que enfrentarse. Las unidades fueron certificadas de acuerdo con los estándares de seguridad y fiabilidad requeridos para permitir la instalación en campo. Además, la fiabilidad y la redundancia necesarias para garantizar la capacidad de enfriamiento de los muebles refrigerados de la tienda estaban garantizadas independientemente de los requisitos de prueba.

Por esta razón, se desarrolló un sistema de supervisión y control remoto para administrar todos los controladores individuales cada 24 horas, tanto en la unidad de condensación como en los muebles, llevando a cabo procedimientos específicos de recuperación de aceite y activando las válvulas y los compresores. Además, para garantizar la máxima confianza en la tienda, todas las alarmas relacionadas con las soluciones individuales fueron monitorizadas y administradas. Incluso en el caso de que una de las soluciones se cerrara debido a una alarma, el sistema cambiaba automáticamente a la siguiente, para garantizar el enfriamiento de los alimentos en la tienda y al mismo tiempo enviar correos electrónicos y mensajes de alarma al personal de mantenimiento.

¿Y cuáles son los resultados de todo este trabajo? 

La solución compresor DC inverter y válvula de modulación proporciona un aumento en la eficiencia de más del 20% en comparación con las otras soluciones. La modulación continua permite la operación con una temperatura de evaporación más alta y solo se entrega la capacidad de enfriamiento que realmente se necesita, sin desperdicio ni ciclos de on/off que desestabilicen el sistema. Esto también significa un control óptimo de temperatura del mueble refrigerado (y, por lo tanto, del producto), así como temperaturas extremadamente estables (+/- 3ºC en promedio) alrededor del punto de ajuste.

La aplicación en campo de un método que sea lo más científico posible no es una tarea fácil. Se necesita mucho esfuerzo y precauciones para mediar en las condiciones de operación y minimizar los supuestos tomados en consideración para que la comparación sea lo más significativa y realista posible.

Una comparación simple entre diferentes supermercados, tal vez en lugares con perfiles climáticos muy diferentes o con diferente número de clientes, y basada únicamente en el gasto energético mensual, no es tan significativa.

Este estudio ha sido una tarea compleja y desafiante que me dio la oportunidad de aprender más sobre la construcción de una unidad, las regulaciones de certificación necesarias para poder instalarla en el campo, la adquisición de datos y el análisis. 

Además, gracias a esta experiencia, pude entender más en profundidad la dinámica de un sistema real, con todas las variaciones y problemas imprevistos de un sistema de refrigeración de alimentos funcionando en una tienda real.