Vamos a monitorizar parámetros básicos de funcionamiento de un frigorífico, tales como temperatura interior, temperatura ambiente o estado de la puerta, para ver cómo afectan al consumo de energía eléctrica.

Principio de funcionamiento.

Antes abordar cuál es el consumo eléctrico de un frigorífico, vamos a describir brevemente el principio que rige su funcionamiento. El obetivo de un frigorífico es extraer calor del interior, donde se almacenan los alimentos frescos, y verterlo hacia el exterior. Para lograr este objetivo, se hace circular un fluido refrigerante a través de un circuito cerrado compuesto por 4 elementos fundamentales:

• Válvula de expansión. El líquido refrigerante se expande pasando a un estado de menor presión y temperatura.
• Serpentín interior. El líquido refrigerante a baja presión se evapora absorviendo calor en el proceso. El serpentín aumenta la superficie de contacto entre el fluido refrigerante y el aire a enfriar.
• Compresor. Incrementa la presión del refrigerante, que está en estado gaseoso, mediante aporte de energía.
• Serpentín exterior. Situado normalmente en la parte trasera del frigorífico, en él, el refrigerante, a alta presión, se condensa (pasa a estado líquido) cediendo calor al medio.

Este proceso se repite de manera cíclica para lograr el enfriamiento mientras el compresor se encuentra en marcha, lo que se activa por un termostato regulable situado generalmente en el interior. El aporte energético al frigorífico se invierte principalmente en comprimir el fluido en el compresor eléctrico.

El montaje.

Vamos a disponer de un complejo sistema de monitorización a  tiempo real desarrollado con un microprocesador Arduino Uno, al que se han acoplado dos shield: una Adafruit Data logger Shield con reloj a tiempo real y tarjeta SD para archivar datos en formato csv (fácilmente exportable a Excel), y una emonTx Arduino Shield SMT para acondicionar la señal de un medidor de intensidad eléctrica.

A su vez se conectan los sensores para adquirir los parámetros de funcionamiento:

• Temperatura interior. Se instala una sonda de temperatura DS18B20 con rango de medida de -55 a +125ºC.
• Temperatura exterior y humedad relativa. Se instala un equipo digital DHT22.
• Consumo eléctrico. La intensidad eléctrica se mide mediante un transformador de intensidad no invasivo tipo pinza conectado a la emonTX Shield. Hay una entrada del blog con información detallada sobre cómo medir consumo eléctrico.

• Puerta abierta. Para conocer el estado abierto o cerrado de la puerta del refrigerador hemos instalado una fotorresistencia que varía según la intensidad luminosa.

La fotorresistencia se instala próxima a la lámpara interna del frigorífico, y la sonda de temperatura en el techo.

Los datos.

Vamos a analizar en un primer momento las temperaturas interior del frigorífico y ambiente, así como el estado abierto de la puerta, en un rango de aproximadamente una hora, en la que la puerta se ha abierto en varias ocasiones. En el eje izquierdo tenemos las temperaturas, y en el derecho el estado de la puerta, representado como 0->cerrado ó 1->abierto.

Podemos observar como al abrirse la puerta, se produce un rápido ascenso de la temperatura interior. Éste ascenso va a depender del tiempo que se encuentre el frigorífico abierto, y de la temperatura ambiente, pues ambas temperaturas tienden a igualarse. Si extendemos el rango e introducimos el resto de variables, podemos observar la tendencia de funcionamiento del equipo.

En el eje izquierdo tenemos representadas la potencia instantánea en W la y humedad relativa en %. En el eje derecho tenemos las temperaturas en ºC y el estado de la puerta en rango 0->cerrada, 10->abierta.

Podemos distinguir dos fases perfectamente diferenciadas, las zonas en las que el compresor está en marcha, donde hay un consumo instantáneo de aproximadamente 120W, y en las que la temperatura desciende de manera brusca en un primer momento, para ascender suavemente a continuación. Por otro lado, tenemos las zonas en las que el compresor no se encuentra en marcha, donde el consumo eléctrico es mínimo, y las temperaturas se van elevando de forma pausada.

En torno a las 03:000 horas se registra un pico de consumo más elevado de lo habitual, al que no sigue un descenso de la temperatura interior, y que se corresponde con un ciclo de refrigeración en el congelador, al que sigue casi de manera inmediata un ciclo más prolongado de refrigeración de la zona interior.

Resulta curioso que la temperatura media del interior disminuye aproximadamente un grado durante la noche, y que los ciclos de arranque del compresor se encuentra muy equiespaciados (aproximadamente 50 minutos), con una duración aproximada de 20 minutos, como si respondiesen a un patrón predeterminado. Por otro, el compresor se mantienen en marcha una vez iniciado el ciclo durante bastante tiempo después de haberse alcanzado la temperatura mínima en el interior.

Consumo eléctrico del frigorífico.

La potencia media instantánea es 62.62W, lo que supone un consumo energético diario de 1.5KWh, con un coste de 0.225€, lo que al final de mes supone aproximadamente un coste de 7€ antes de impuestos. Hay que tener en cuenta que las medidas se han tomado en invierno, con una temperatura ambiente en torno a 17ºC, y con un uso moderado.