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MMMCCátedra FULTON, 26 de febrero de 2014Enfriadoras de levitación magnética y optimización de plantas de producción de frío

David García ([email protected])Luis Zuriaga ([email protected])

Johnson Controls2

JOHNSON CONTROLS. PRESENTACIÓN COMPAÑÍA

AUTOMOTIVE EXPERIENCE- Asientos e interioresde automóviles.

- Cabinas de piloto- Instrumentación electrónica

POWER SOLUTIONS- Baterías para coches- Vehículos híbridos

BUILDING EFFICIENCY

- Sistema BMS- Equipos HVAC- Seguridad

Fundada en 1885. (Patente termostato eléctrico)

Presencia mundial en más de 150 países con más de 1.000 oficinas y más de 160.000 empleados.

3

Potencia instalada y puntos BMS

11 Mwinstalados

50.000Puntos BMS

MMMCOptimización de plantas de producción de fríoIntroducción

� ¿Por qué optimizar plantas de producción de frío?

� Componentes clave

� Decisiones que impactan directamente en la eficiencia

� Ejemplos de plantas eficientes e ineficientes

� Johnson Controls Central Plant OptimizationTM

� Sumario

Optimización de plantas de producción de fríoÍndice

5

¿Por qué optimizar plantas de producción de frío? La eficiencia nunca había sido tan importante..

� Los presupuestos operativosestán bajo presión.

� Las organizaciones necesitanreducir el uso de energia.

� Incremento de coste de la energia.

� Incremento de la demanda de energia.

� Las plantas deben sermantenidas para ser eficientes.

� Las plantas deben actualizarsepara permanecer eficientes.

� Johnson Controls puede ayudar

MMC

6

¿Por qué optimizar plantas de producción de frío?Consumo de energía

Total EdificioUso energía

Total HVAC Uso energía

Planta de fríoUso energía

7

Componentes claveEnfriadoras y BAS eficientes

METASYS+YORK, UN EQUIPO EFICIENTE

Environment Friendly

Refrigerant

8

Para maximizar la eficiencia, las plantas deben ser diseñadas y operadascomo conjunto

Bombas & Motores

VSD

No obstante, sólo con equipos eficientes….

Torres

Enfriadoras

Automatización& Optimizacion

9

Optimiza la carga con el mínimo consumo¿Como funciona la optimización?

10

REDUCE:

Consumo planta

Consumo bombeo

Consumo sistema

Se requieren algoritmosinteligentes para optimizar:

� Agua enfriada

� temperatura

� caudal

� Agua de condensación

� temperatura

� caudal

� Simultaneidad de las cargas

Optimiza la carga con el mínimo consumoDeterminando los puntos óptimos de trabajo, velocidades y consignas

11

¿Por qué optimizar plantas de producción de frío?? CPO 10 - Puntos clave

■ Cálculo del equipo mas eficiente para alcanzar la cargaprevista en el edificio

■ Igualar horas de funcionamiento y arranques

■ Secuenciar equipos por seguridad y estabilidad operativa

■ 5-15% en ahorro de energía – (de ahí el nombre CPO-10)

■ Algoritmos instalados en controladores (FEC, NCE)

■ Probado en laboratorios para cualquier tipo de configuración.

■ Interface basado en tecnología Web:

■ Site Management Portal & Metasys Ready Access Portal

■ Reporte de energía

■ Metasys Advanced Reporting

12

Automatización del sistema

Aplicación de los componentes

Selección de los componentes del sistema

Diseño de la infraestructura del sistema

El diseño es la base de una planta potencialmente eficiente

Decisionesde diseño

13

Las decisiones de operación se basan en las decisiones de diseño para mejorar el potencial rendimiento de la planta

Mantenimiento

Optimización

Automatización del sistema

Aplicación de los componentes

Selección de los componentes del sistema

Diseño de la infraestructura del sistema

Decisiones de operación

Decisionesde diseño

Medida

Verificación

Operación

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1. Correct System

Deficiencies

2. Correct Equipment

Deficiencies

3. Automate with Proven Algorithms

4. Add Optimization

Software

5. Measure, Verify & Manage

6. Maintain

Address pre-existing conditions

1. Design Efficient System

Configuration

2. Select & Apply

Equipment Effectively

3. Automate with Proven Algorithms

4. Add Optimization

Software

5. Measure, Verify & Manage

6. Maintain

CPO 10Any Plant Configuration

Any Plant Configuration

EdificiosExistente

Nueva Construcción

Start with Sound Design Decisions

Johnson Controls Central Plant Optimization™Diseño o actualización: Optimización, mantenimiento

CPO 10Any Plant Configuration

Any Plant Configuration

Medición de la eficiencia de una planta¿Como se mide?

Average annual plant efficiency in kW/ton for chilled water plantsincludes total power consumption from chillers, all pumps and tower fans

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COP 2.9 3.2 3.5 3.9 4.4 5.0 5.9 7.0 8.8 11.3

Escala de eficiencia de plantas de frío

Decisiones de diseño y de operaciónUna planta con capacidad de mejora….

Planta standard media Planta optimizada con CPO METASYS

1.22.9

1.13.2

1.03.5

0.93.9

0.84.4

0.75.0

0.65.9

0.57.0

0.48.8

0.311.7

Sin seguimineto de datos, sin reportes

Sin optimizar

Mantenimiento reactivo

Control manual de la planta

Equipos inapropiados

Equipos poco eficientes

Caudal constante

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kW/TonCOP


Decisiones de diseño y de operaciónEn la media…


1.22.9

1.13.2

1.03.5

0.93.9

0.84.4

0.75.0

0.65.9

0.57.0

0.48.8

0.311.7

Medición con información manual, periódica

Algunos lazos de control

Mantenimiento periódico

Automatización clásica

Selección de equipos aceptable

Equipos relativamente eficientes

VSD parcial

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kW/TonCOP


Decisiones de diseño y de operaciónBIC La mejor de la clase…


1.22.931.22.9

kW/TonCOP

1.13.2

1.03.5

0.93.9

0.84.4

0.75.0

0.65.9

0.57.0

0.48.8

0.311.7

Medición en tiempo real, software de reportes

Programa completo de optmización

Mantenimiento predictivo

Control basado en la demanda

Equipos Best-in-class

Alta eficiencia

VSD Total

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Johnson Controls Central Plant Optimization™Resumen

■ La planta de frío es el lugar perfecto para empezar a ahorrar.

■ Un equipo eficiente y un sistema BMS no pueden hacerlo solos.

■ Se requiere un enfoque global para optimizar una planta de energía.

■ Visibilidad del rendimiento con el paso del tiempo es fundamental.

■ Le ofrecemos una solución:

■ Johnson Controls Central Plant Optimization™ 10

La optimización es la oportunidad de hoy y la necesidad de mañana.

20

MMMCEnfriadoras de Levitación magnéticaYMC2

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YORKYORKYORKYORK Enfriadoras Centrífugas

Modelo YMC² – Enfriadora de agua con compresor YORK del tipocentrífugo con motor magnético ( 755 -1970 kW)

Procesos industriales � Energía/Ciclo de vida� Paradas mínimas� Sostenibilidad� Mínimo Mantenimiento� Soluciones innovadoras

Ofinicas y Edificios públicos� Paradas mínimas� Eficiencia Energética� Nivel Sonoro� Sostenibilidad� Mínimo Mantenimiento

CPDs� Paradas mínimas� Eficiencia Energética� Sostenibilidad� Mínimo Mantenimiento

Hospitales –� Energía/Ciclo de vida� Paradas mínimas� Sostenibilidad

Large Tonnage Chillers by Vertical% of total LTC Market

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaDonde y porque podemos utilizar YMC2

District Cooling

11%

Hospitals14%

Government4%

Data Centers

15%Higher

Education3%Hospitality

3%

Real Estate / Offices

13%

Pharma13%

Industrial14%

Retail Parks7%

CoGen3%

23

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800Mercado de enfriadoras condensadasa por aguaSource: Eurovent 2011

700-900 kW 900-1200 kW

1200-1500 kW

1500-3000 kW

>300

0 kW

Sh

are

of

Mar

ket

De 900 a 1200 kW

Mercado potencial794 ud.

24

Datos Eurovent

(2011)

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaMercado enfriadoras condensadas por agua

YMC² 755-1970 kW

350-700 kW

YMC2

Tornillo < 1500 KwCentrífugo

Scroll < 850 Kw

El mayor segmento de mercado esta entre 700 y

1500 Kw ( 70% )

25

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaPorque más eficiencia

• Reemplazo de equipos con R22 será un negocio del 45% al 60% en los próximos 2-3 años (BSRIA,Global Insight)

• El refrigerante ha doblado su precio. � La tecnología Falling film requiere un 30% menos de refrigerante

• La legislación F-gas que regula la UE exigirá más mantenimiento en máquinas con mayor Kg de refrigerante� Ventajas del falling film Vs inundado

• Certificación de nivel energético de los edificios demandan alta eficiencia tanto a plena carga como a carga parcial

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaCuatro beneficios clave

1. Eficiente – Reduce el consumo eléctrico

2. Sostenible – Cuida el medio ambiente – disminuye su impacto

medioambiental.

3. Silenciosa – Bajo nivel sonoro – no necesita opcionales de atenuación

4. Maximiza la vida operativa – Reduce el tiempo/gasto de mantenimiento -

aumenta la productividad

26

27

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaResumen

Tecnología aplicada

� Compresor aerodinámico – Probado diseño de York – YK ( más de 30 años )

� Intercambiadores – Evaporador de alta eficiencia con tecnología propia “Falling Film”

� Controles – Aprovechamiento de la tecnología de York/Johnson Controls

� Variable speed drive – Pioneros en VSD desde hace más de 30 años

� Motor magnético – Tecnología industrial aplicada por York desde 1999 en la industriamilitar - naval

Johnson Controls, en el mercado de enfriadoras centrífugas. História e innvovación:

1979

1989

1999

2004 2010…..En continua evolución!

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaYORK – Historia de tecnología e innovación

28

Reduciendo la temperatura del agua

del condensador

Se reduce la presión de condensación

Se reduce el trabajo del compresor

Se reduce el consumoenergético

Evaporador

Compresor

Condensador

Presión

Entalpía

Presión de Condensación

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaPorque mas eficiencia

29

30


Limites:

� Mínima temp de salida de agua fría sin glicol 2oC

� Mínima temp de salida de agua fría con glicol -4oC

� Máxima temp de entrada de agua fría al evaporador 21oC

� Mínima temp de entrada de agua al condensador 12.8oC

� Se ha probado que a 10oC de temp de entrada de condensador la máquina trabajaba estable

� Temperatura de salida de agua del condensador 43oC

31


Como conseguimos mejorar la eficiencia de YMC2

� Mejorando la eficiencia del accionamiento motor-compresor

� OptiSpeed™ VSD – tecnología inverter

� Compresor semihermético con motor magnético

14.7

6.6

≈ 55% Variación

32

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaYMC2 vs YKQ3 con VSD

33

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaYMC2 vs YKQ3 con VSD

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� Mayor superficie de intercambio

� Reducción del tamaño del evaporador

� Diseñado para minimizar el riesgo de fugas –menor número de juntas

� Refrigerante ecológico R-134a (ODP=0)

� Evaporadores patentados “Falling film”

� Hasta un 30% menos de carga de refrigeranterespecto a centrífugos tradicionales

� Eliminación del sistema de aceite paralubricación compresor

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaSostenibilidad / eficiencia

Menor impacto medioambiental directo e indirecto

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YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaSostenibilidad / eficiencia

Le ayuda a conseguir la certificación LEED®

� Mejor gestión del gas refrigerantePuntos en Energía y Atmósfera – Crédito 4 (EAc4) por la baja carga de refrigerante

� Óptima eficiencia energéticaPuntos en Energía y Atmósfera – Crédito 1 (EAc1) por la notable eficiencia

Le ayuda a conseguir la certificación BREEAM®

� Premia la eficiencia por la reducción en las emisiones de CO2

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaPorque mas eficiencia – Comparativo 1000 Kw

1.- TORNILLO + VSD = YVWA NE NE FF XE

� Consumo = 175,9 Kw

� EER / ESEER = 5,69 / 8,25

� Consumo annual = 38.225 €

� Coste equipo = 100

2.- CENTRIFUGO + VSD = YK C4 CS Q3 5EF G

� Consumo = 170 Kw

� EER / ESEER = 5,88 / 9,41



3.- CENTRIFUGO MAGNETICO+ VSD = YMC2-S1000AA

� Consumo = 154 Kw

� EER / ESEER = 6,51 / 11,05



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RECUPERACION DE LA INVERSIÓN INICIAL DEL EQUIPO ( respecto tornillo )

CENTRIFUGO YK = 9,06 años

CENTRIFUGO MAGNETICO YMC2 = 5,13 años

ESTIMACION AHORROS CONSUMO ELECTRICO ( respecto tornillo )

CENTRIFUGO YK = 12,33 %

CENTRIFUGO MAGNETICO YMC2 = 25,33 %

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaPorque mas eficiencia – Comparativo 1000 Kw

37

Cargas ParcialesCentrífugo + VSD

YK C4 CS Q3 5EF G

Cargas ParcialesCentrífugoMagnético + VSD

YMC2-S1000AA

38

Logrado mediante el uso de:• Motor magnético permanente

con rodamientos magnéticos activos

• OptiSound™ Control

Los Niveles Sonoros más bajos del Mercado

(73 dBA o menos)

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaReducción del nivel sonoro

73 dBAYMC²

Tono de Teléfono80 dBA

90 dBAMayoría de enfriadoras

con compresor centrífugo

140 dBAAvión Jet

Motosierra110 dBA

50 dBAHogar promedio

Conversación moderada60 dBA

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� YK centrifugo tradicional

� Espectro sonoro


79.5 dBA

( nivel presiónsonora a 1m)

40

� YMC² Centrifugo magnético


� Espectro sonoro

73 dBA

( nivel presiónsonora a 1m)

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� Tecnología probada

� Componentes YK probados en el tiempo

� Productos YORK® usados con tecnología de cojinetes magnéticos por mas de 14 años (Sector industrial y militar)

� Diseño libre de aceite – Disminuyendo el mantenimiento requerido.

� Arranque rápido y rearme rápido

� Control OptiSound™ – Garantiza la operación segura en un amplio rango de condiciones

� OptiSpeed™ VSD – Alargando la vida del motor

� Control OptiView™ – con registro de tendencias

� Amplia experiencia de nuestro Departamento de Servicio

Mayor fiabilidad. Maximiza el

período de vida del equipo

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaDemanda una fiabilidad superior

� YMC² utiliza los mismoselementos rodetesimpulsores que los centrífugos YK por suprobado rendimiento y fiabilidad excepcional.

42

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaComparación centrifugo YK – magnetico YMC2

� YMC² reemplaza el motor eléctrico del YK, los engranajes y el sistema de lubricación de aceite poraccionamiento directo con imanes permanentes y cojinetes magnéticosactivos.

43

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaComparación centrífugo YK – magnético YMC2

YK� Refrigerado por aire, abierto

� El calor generado lo introduce en la sala de máquinas

Motor accionamiento

YMC²

� Hermético

� El enfriamiento se realiza utilizando los circuitos de refrigeración del equipo

� El estator esta refrigerado por el propiorefrigerante del circuito frigoríficoinyectado en cámaras al efecto.

� El rotor y los cojinetes magnéticos estánrefrigerados por el propio refrigerante.

No Bomba aceite

No Resistencia

No Enfriador de aceite

No Filtros aceite

No Tubería de aceite

No Carcasa bomba aceite

No Eductores de retorno de aceite

No bomba de aceite de velocidadvariable

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YMC² – YORK Enfriadora Centrifuga MagnéticaComparación centrifugo YK – magnetico YMC2

Condensador

OptiSpeedVSD

OptiView Panel de Control

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YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaCaracterísticas técnicas

Cajas de agua o Cajas de agua

marinas

Compressorcon Optisound

(VGD)

Controlador de los cojinetes

Evaporador

Motor magnético

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YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaCaracterísticas técnicas

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Cuales son los beneficios del PM?Alta eficiencia, funcionamiento silencioso y mayor duración.

� Direct Drive

� El impulsor esta montado directamente en el extremo del eje eliminando la necesidad de engranajes y ejes adicionales

� Sin Fricción ( menos partes móviles )

� Funcionamiento silencioso

� Se elimina gran parte de las posibles vibraciones

� Eliminacion sistema lubricación

� Eliminamos: bomba de aceite, enfriadores, filtros, depósitos, etc.

� Eliminación de riesgo de fugas de aceite y costes de mantenimiento

Que es un motor de magnetización permanente PM ?Imanes permanentes se encargan de hacer girar el rotor a alta velocidad que levita por la

acción de cojinetes magnéticos

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaComparación centrifugo YK – magnetico YMC2

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YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaMotor de magnetización permanente

Aerodinámica y Eficiencia

Motor de magnetizaciónpermanente

“YK Aero” Impulsor

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Principales operaciones de los cojinetes magnéticos

� Cojinetes magnéticos operan por atracción del eje

� Multiples sensores de posición aseguran el alineamiento

� Velocidad de rotación entre 16.500 y 18.900 rpm

� Se autoposiciona 1500 veces por segundo


Turbina aerodinámica de diseño propio una etapa

compresión instalada en el modelo YK

ROTOR MOTOR

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ESTATOR

ESTATOR

� Durante la operación el rotor está suspendido (levitando) y no hay contactoentre rotor y rodamientos

Cojinete Radial

Cojinete Axial

Rodamiento apoyo

� En los extremos del eje hay rodamientos de bolas para el ciclo de parada

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaMotor de magnetización permanente - componentes

51

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaMotor de magnetización permanente - componentes

52

¿ Qué sucede con el compresor si hay un corte de corriente ?

1.- Parada suave estándar. El compresor disminuirá gradualmente suvelocidad y una vez se haya detenido la rotación del eje, deja de levitar y descansa en los rodamientos de apoyo hasta que se reiniciede nuevo la enfriadora.

2.- Corte de suministro electrico. El compresor sigue protegido. El bus VSD DC dispone de unos condensadores alimentados a 750 V que ante un fallo de corriente programarán una descarga de energiaalmacenada en el MBC ( Control de cojinetes magnéticos ), siendoeste el único componente que requiere energia durante la interrupcióneléctrica. Irá disminuyendo la velocidad de rotación y se procedera de la misma forma que durante una parada suave estándar.


Pregunta mas frecuente

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaAlabes de pre-rotación para regulación de la carga

ÁLABES PRE-ROTACIÓN ABIERTOS Y CERRADOS

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Capacidad mínima (10 a 15%)

OptiSpeed™ Variable Speed Drive

Tecnologia VSD para compresor

� Características basicas

� Enfriamiento por agua procedente del condensador

� Unidad montada y probada en fabrica

� Integrado en el control OptiView

� Voltajes compatibles

� 60 Hz: 380V, 440V, 460V, and 480V

� 50 Hz: 380V, 400V, and 415V

� Filtro de armónicos de serie integradoen el VSD según normativa IEEE 519 emisión mínima del 5%

� Alta frecuencia permanente en motor magnético

� Corrector del factor de potencia de 0,97 desde el inicio de funcionamiento

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YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga Magnética

55

Intercambiador agua/agua

Intercambiador aire/agua

YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaEnfriamiento del VSD

OptiSound™ Control

� Control OptiSound de serie parareducción del nivel sonoro en YMC²

� Reduce el ruido que se provocaen bajas cargas por elfenomeno “ Surge “ de posibleretorno de refrigerante alcompresor.

� Se produce cuando se bombeapoca cantidad de refrigerante enbaja carga en su transiciónhasta el condensador. En estasituación se eliminan las altasfrecuencia para reducción delnivel sonoro del equipo.

� El sistema esta patentado porYORK.

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YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaReducción de nivel sonoro

OptiSound™ Control

� Como evitar el retorno de refrigerante al compresor “ Surge “

� La válvula instalada entre ladescarga del compresor y elcondensador regula su aperturapara evitar el retorno derefrigerante que podria llegar aparar el rodete del compresor encasos de cargas muy bajas.

� La modificación del espaciado deldifusor miniza las interrupcionesde flujo de gas desde el rotor alcondensador

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YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaReducción de nivel sonoro

Ranura Succión

Deflector Succión

Entrada Liquido

Deflector

Brida Aspiración

Componentes Hybrid Falling Film

Rociadores

Falling Film Haz Tubular

Tubo Inundado

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YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaTecnologia Falling Film en evaporador

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YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaOptiView™ Control Panel – Centro de Control Equipo

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YMC² – YORK Enfriadora Centrífuga MagnéticaOptiView™ Control Panel – Centro de Control Equipo

� Fortaleza Opriview

� Gestión de control experta

� Control lógico visual a través de gráficos

� Facilidad de uso

� Metodología de control intuitivo

� Completa información en pantalla

� Completa descripción de cada parámetro

� Diseño de pantalla basado en necesidadesde los operarios de mantenimiento.

� Completa integración eLink / BAS

� Actualizaciones de software muy sencillas

� Mejoras realizadas en últimas versiones

� Software de control de planta mejorado

� Diseño de graficos simplificado

Mejora de rendimiento / Capacidad probada

mmmc cátedra fulton, 26 de febrero de 2014 enfriadoras de ...€¦ · decisiones que impactan...

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