Manual De Refrigeracion Industrial

LA REFRIGERACION INDUSTRIAL.

- GENERALIDADES EN REFRIGERACION. - REFRIGERACION DEL PRODUCTO - SISTEMAS DE PRODUCCIÓN FRIGORÍFICA. - SISTEMAS DIRECTOS. - SISTEMAS INDIRECTOS Francesc Jorba Castellví Pecomark Group

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INDICE 1.- OBJETO DEL ARTICULO 2.- GENERALIDADES EN REFRIGERACIÓN 2.1.-MÉTODOS DE REFRIGERACIÓN 2.1.1.- EXPANSIÓN DIRECTA DE REFRIGERANTE SOBRE PRODUCTO 2.1.2.- ENFRIAMIENTO PREVIO DE MEDIO 2.2 .-ENFRIAMIENTO PREVIO DEL MEDIO CONDUCTOR 2.2.1 - MEDIOS CONDUCTORES : AIRE PLACAS SALMUERA … 2.2.2 - MÉTODOS DE ENFRIAMIENTO DEL MEDIO CONDUTOR: 2.2.2.1.-EVAPORACIÓN:ENVIO REFRIGERANTE PRIMARIO A INTERCAMBIADOR (EVAPORADOR) a)POR EXPANSIÓN SECA REFRIGERANTE EN EVAPORADOR b)POR EXPANSIÓN INUNDADA REFRIGERANTE EN EVAPORADOR. -Gravedad -Bombeo. 2.2.2.2.- ENVIO REFRIGERANTE SECUNDARIO A AEROENFRIADOR POR CIRCULACIÓN DE FLUIDO PREVIAMENTE ENFRIADO 2.2.2.3.- ENFRIAMIENTO DEL AIRE COMO MEDIO CONDUCTOR 2.2.3 - ENFRIAMIENTO DEL AIRE COMO MEDIO CONDUCTOR 2.2.3.1.- EVAPORACIÓN 2.2.3.2.- AGUA GLICOLADA O SIMILAR 2.2.3.3.- FLUIDOS MENOS VISCOSOS A BAJA Tª (TIFOXIT...) 2.2.3.4.- DLUIDOS DI-FASE (SORBETE...) 2.3.-EL ENFRIAMEINTO PROPIO DEL PRODUCTO. 2.3.1 VELOCIDAD DEL ENFRIAMIENTO 2.3.2 DEPENDENCIA DEL PRODUCTO 2.3.3 DEPENDENCIA DEL MEDIO CONDUCTOR 2.4 LA PRODUCCIÓN FRIGORÍFICA 2.4.1 SISTEMAS FRIGORIFICOS A) ¿QUÉ SISTEMA? B) ¿QUÉ COMPRESOR? C) ¿CUÁNTAS ZONAS DE ASPIRACIÓN) c-1 CIRCUITO INDIVIDUALIZADO TOTAL c-2 CIRCUITO CENTRALIZADO TOTAL c-3 DOBLE CENTRALIZACIÓN : ALTA-MEDIA/ BAJA-MUY BAJA c-4 TRIPLE CENTRALIZACIÓN : ALTA-MEDIA /BAJA/MUY BAJA c-5 CUADRUPLE CENTRALIZACIÓN : ALTA-MEDIA-BAJA- MUY BAJA. c-6 DESCARGA CENTRALIZADA CON ASPIRACIONES DESCARGADAS c-7 SISTEMAS BOOSTER ( CON ECONOMIZADOR) c-8 SISTEMAS CASCADA c-9 SISTEMAS INUNDADOS c10 SISTEMAS ECONOMIZADORES D) LA ADECUACIÓN DE LA POTENCIA A CADA INSTANTE E) ¿CÓMO DESHACER EL HIELO? F) EL APROVECHAMIENTO DEL CALOR G) CONDENSACIONES FLOTANTES

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3.-SISTEMAS VIA REFRIGERANTE SECUNDARIO 3.1 GENERALIDADES 3.2 CIRCUITO FRIGORIFICO ENFRIADOR DEL REFRIGERANTE SECUNDARIO. 3.2.1 CIRCUITO FRIGORIFICO TOTALMENTE DESTINADO AL ENFRIAMIENTO DEL REFRIGERANTE SECUNDARIO. 3.2.1.1 APLICACIÓN EXCLUSIVA SALAS DE TRABAJO (AIRE ACONDICIONADO) 3.2.1.2 APLICACIÓN REFRIGERACIÓN (COMUN ALTA/MEDIA O DIFERENCIADA): - REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO - REFRIGERACIÓN EXCLUSIVO 3.2.1.3 APLICACIÓN BAJA TEMPERATURA 3.2.2 CIRCUITO FRIGORIFICO MIXTO: SUCUNDARIO/EXPANSIÓN DIRECTA 3.2.2.1 REFRIGERANTE SECUNDARIO SERVICIOS POSITIVOS Y EXPANSIÓN DIRECTA , SERVICIOS NEGATIVOS ( CONDENSADO POR FLUIDO SECUNDARIO). 3.2.2.2 REFRIGERANTE SECUNDARIO SERVICIOS POSITIVOS Y EXPANSIÓN DIRECTA SERVICIOS NEGATIVOS ( CONDENSACIÓN STANDARD). 3.3 EL FLUIDO SECUNDARIO 3.3.1 FLUIDO SECUNDARIO MONO-FASE 3.3.2 FLUIDO SECUNDARIO DI-FASE 3.4 SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE SECUNDARIO ( MONO-FASE) 3.4.1 PRINCIPALES PREMISAS DE SELECCION 3.4.2 PRINCIPALES REFRIGERANTES SECUNDARIOS 3.4.2.1.-APLICACIÓN ALTA Y MEDIA Tª 3.4.2.2.-APLICACIÓN ESPECIFICA BAJA Tª 3.5 CIRCUITOS HIDRAÚLICOS : 3.5.1 REFERENTE A LA APERTURA DEL SISTEMA 3.5.2 REFERENTE AL SISTEMA DE BOMBEO 3.5.2.1 SISTEMAS CON ÚNICO CIRCUÍTO DE BOMBEO ( PRIMARIO ) 3.5.2.2 SISTEMAS CON DOBLE CIRCUÍTO DE BOMBEO ( PRIMARIO + SECUNDARIO). 3.5.3 REFERENTE A LA ALIMENTACIÓN A CADA AEROENFRIADOR(INTERCAMBIADOR SECUNDARIO) 3.5.3.1 CIRCUITOS PASIVOS 3.5.3.2 CIRCUITOS ACTIVOS 3.5.4 REFERENTE AL Nº DE TUBOS : 3.5.4.1 CIRCUITOS DI-TUBO(2 TUBOS) : - CIRCUITO NORMAL - CIRCUITO INVERTIDO - CIRCUITO EN ANILLO’ 3.5.4.2 CIRCUITOS MONO-TUBO 3.5.5 REFERENTE A ACUMULACIÓN : 3.5.4.1 SIN ACUMULACIÓN (INERCIA) 3.5.4.2 CON INERCIA 3.5.4.3 CON ACUMULACIÓN ( CALOR SENSIBLE) 3.5.4.4 CON ACUMULACIÓN ( CALOR LATENTE) 3.6 LA CORROSIÓN 3.7 RELACION ENTRE CARGA TÉRMICA Y CAUDAL MÁSICO 3.8 EL COSTE DEL BOMBEO 3.9 SALA DE MÁQUINAS 3.10 EL DESHIELO

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1.- OBJETO DEL ARTICULO

El presente estudio-artículo tiene como premisa básica dotar de “normalidad” al sistema de refrigeración por utilización de fluido secundario en el sector denominado “LA PROFESIÓN DE LA REFRIGERACIÓN”. No es de ninguna manera nuestra intención querer incidir en usos o tendencias del mercado, sino aportar apuntes técnicos, intentando que estén llenos del sentido común, para que esta vertiente de la Refrigeración pueda ser tenida en cuenta sin una visión conceptual y tecnológica entendida como desconocida y / o distante. Sólo cuando una tecnología es conocida con detalle y sin prejuicios es cuando cada diseñador, proyectista y/o instalador puede decidir libre y objetivamente en base a sus propios criterios, que siempre deben conducir a la satisfacción de las necesidades del cliente. Antes de incidir de lleno en el tema base del artículo desarrollaremos de forma muy resumida y casi esquemática ciertos conceptos, los cuales, no por conocidos, no dejan de tener interés en el preámbulo del tema que nos atañe : LA REFRIGERACIÓN en base a FLUIDOS SECUNDARIOS.

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2.- GENERALIDADES EN REFRIGERACIÓN Nunca debemos olvidar que en la esencia de todo sistema frigorífico se encierra una necesidad básica : el tratamiento ( enfriamiento, conservación, secado … ) de un producto. Partiendo siempre, en todo diseño, de esta base podremos encontrar muchas similitudes tecnológicas en los procesos, aún con técnicas frigoríficas diversas. Con la premisa básica del enfriamiento de producto podemos distinguir 2 tecnologías claramente diferenciadas : 2.1 MÉTODOS DE REFRIGERACIÓN A: EXPANSIONANDO DIRECTAMENTE EL REFRIGERANTE SOBRE EL PRODUCTO. B: ENFRIANDO INICIALMENTE UN MEDIO CONDUCTOR : AIRE, AGUA, SALMUERA, PLACAS… Y QUE SEA ESTE MEDIO EL QUE “TRATE” ( REFRIGERE) AL PRODUCTO. 2.1.1 EXPANSIONANDO DIRECTAMENTE EL REFRIGERANTE SOBRE EL PRODUCTO.

IDEA BÁSICA :

La pulverización del alcohol en nuestra mano, por inmediata evaporación de éste, nos produce una rápida sensación de frío. Cuando el “Freón”, por causa imprevista, nos es “pulverizado” en nuestra mano, tenemos una rápida sensación de frío, que incluso puede llegar a dañarnos. Esta técnica puede ser aplicada ( lógicamente con otros refrigerantes y controles) para la refrigeración del producto.

USO PRÁCTICO :

Ej. Túneles continuos de congelación rápida en base a expansión directa de nitrógeno en el producto ( Evap. ; -195ºC a p atm).

VENTAJAS :

Rápidez Congelación. Ausencia importante de elementos mecánicos del tipo “Compresión”. Mínimo consumo eléctrico en el momento del proceso. …

DESVENTAJAS :

Refrigerante No renovable. Costo importante del refrigerante. Costo del refrigerante (nitrógeno) variable en función de decisiones propias de la compañía productora; (no así el consumo eléctrico de sistemas de compresión por afectar al global de la economía). Elaboración previa costosa para la obtención de refrigerante licuado. Necesidad de refrigerante con un alto control sanitario. Realmente aplicable sólo en productos con una alta rentabilidad económica.

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Necesidad de mínimos espesores de producto; en caso contrario elevada pérdida efectiva de refrigerante, y/o daño superficial del producto para llegar al tratamiento interior adecuado,…. 2.1.2 ENFRIAMIENTO PREVIO DEL MEDIO CONDUCTOR Es de suma importancia la consideración del enfriamiento * del medio conductor, ya que una vez tratado éste, el posterior enfriamiento del producto será prácticamente invariable ( como idea básica) tanto si hemos utilizado un sistema de expansión directa del refrigerante en el evaporador como por el contrario si se ha utilizado un sistema con envio de fluido secundario al intercambiador. (Aeroenfriador …) * Nota: En este artículo se utilizará la palabra enfriamiento como sinónima de la palabra tratamiento (concepto más extenso).

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2.2 ENFRIAMIENTO PREVIO DEL MEDIO CONDUCTOR 2.2.1 MEDIOS CONDUCTORES : Como principales medios conductores podemos considerar : AIRE, PLACAS, SALMUERA, AGUA … 2.2.2. MÉTODOS DE ENFRIAMIENTO DEL MEDIO CONDUCTOR 2.2.2.1EVAPORACIÓN : Envio de refrigerante primario al intercambiador. Es allí donde se producirá la evaporación. Podemos considerar 2 sistemas diferenciados : a) Por expansión seca del refrigerante en el evaporador : Este es el sistema más generalizado. b) Por evaporación inundada ( gravedad o bombeo) del refrigerante en el evaporador. Este sistema, no de uso tan generalizado, se ha utilizado principalmente en las grandes instalaciones industriales con NH3 principalmente. No existe ningún inconveniente su utilización con R404A o R507. 2.2.2.2 ENVIO DE REFRIGERANTE SECUNDARIO A AEROENFRIADOR : El envio de refrigerante secundario, previamente enfriado en circuito frigorífico, a aeroenfriador producirá el enfriamiento del medio conductor. 2.2.2.3 ENFRIAMIENTO DEL AIRE COMO MEDIO CONDUCTOR: 2.2.2.3.1 Evaporación. 2.2.2.3.2 Agua glicolada o similar. 2.2.2.3.3 Especiales baja Tº. 2.2.2.3.4 Familia fluido sorbete. Como principal medio conductor ( por extendido) tenemos el aire. Los conceptos de intercambio básicos podrán “ conservarse “ ya se trate de evaporación o de fluido secundario. Los fabricantes deben adecuar sus equipos : diseños y materiales, al uso específico del refrigerante en cuestión. No obstante, el diseñador de la instalación y/o instalador no deberían cambiar, en principio, las ideas bases de su utilización. La diferenciación básica entre evaporación y uso de fluidos secundarios, podemos analizarlas seguidamente : 2.2.3.1 Evaporación : Cuando se trata de la evaporación propia del refrigerante como sistema utilizado para enfriar el medio conductor; se aprovecha el calor latente de evaporación para intercambiar la energía del aire ( por transmisión térmica a través del intercambiador : convección y conducción). En el proceso de evaporación el valor de la Tº permanece 7

constante ( ver deslizamiento en refrigerantes no azeotropos) hasta su evaporación y recalentamiento ( no recalentamiento en sistemas inundados). 2.2.3.2. Agua glicolada o similar : Cuando es el agua glicolada o similar el sistema utilizado para enfriar el medio conductor; En este caso ya no podemos aprovechar la energía de cambio de estado de un refrigerante sino el calor específico del liquido para intercambiar la energía del aire. El aire al estar a una Tª superior y el agua glicolada a una Tª inferior ( por el principio básico de la 2ª ley de la termodinámica) intercabiarán energía produciéndose el calentamiento del agua glicolada y el enfriamiento del aire. En el diseño del intercambiador se deberan respetar las premisas básicas de diseño diferenciado respecto del refrigerante a Expansión seca. 2.2.3.3. Fluidos”menos viscosos “ a baja Tª . ( TIFOXIT…). Existen ciertos fluidos que pueden tener mejores prestaciones a medida que bajamos la Tº del proceso. La necesidad de elevar la concentración del glicol ( o similar) para evitar la congelación, lleva altas viscosidades con necesidad de grandes bombas y pérdidas de carga. Se han desarrollado y se desarrollan diferentes sustancias, las cuales permiten poder bajar la Tª del fluido secundario sin tan elevadas pérdidas de carga por la elevada viscosidad. 2.2.3.4. Fluidos “SORBETE” : DI-FASE. Existen ciertos fluidos en estado “parcialemente” congelado = SORBETE ( granizado… ) que pueden aportar soluciones interesantes a considerar en el uso de fluidos secundarios. En estos fluidos ya podemos aprovechar el calor latente con las ventajas que ello comporta. Incluso podría incidirse en el diseño del circuito hidraúlico de forma muy interesante y novedosa.

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2.3 EL ENFRIAMIENTO PROPIO DEL PRODUCTO. El medio conductor ya tratado, el cual debe proceder a su vez a “tratat” el producto, es el punto tecnológicamente más importante para el éxito en todo proceso frigorífico. Independientemente del sistema utilizado para el intercambio térmico en el intercambiador entre refrigerante y medio conductor, el enfriamiento del producto será INVARIABLE. Es decir, una vez tratado el medio conductor y conducido a unas condiciones termohigrométricas correctas, el PRODUCTO no se verá influenciado por el sistema utilizado de intercambio en el intercambiador.

LA TECNOLOGÍA DE ENFRIAMIENTO DEL PRODUCTO ES INDEPENDIENTE DEL SISTEMA FRIGORIFICO UTILIZADO COMO “ ENFRIADOR” DEL MEDIO CONDUCTOR EN EL INTERCAMBIADOR.

2.3.1 Velocidad de enfriamiento. En todo proceso de enfriamiento existe una velocidad límite de enfriamiento ( congelación, secado ) intrínseca al producto y parámetros de funcionamiento, la cual ( en general) no podemos exceder. La velocidad de enfriamiento dependerá principalmente de : „ „ „ „ „ „

Tipo de producto. Dimensiones del producto. Posible embalaje del producto. “Velocidad” del medio conductor. Temperatura del medio conductor. ..., otros factores

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2.3.2 Dependencia del Producto. Dos productos de igual tamaño, pero de distinta composición, podrán tener velocidades de enfriamiento distintas, aún con el resto de parámetros de funcionamiento idénticos. Asi pues cada producto tendrá una velocidad de enfriamiento propia ( para cada condición de funcionamiento) que dependerá en gran medida del mismo : „ Textura superficial. „ Conductividad interna propia. „ …. Para un mismo producto también nos influenciará en la velocidad de enfriamiento el concepto entendido como “grosor” o calibre. 2.3.3 Dependencia del Medio Conductor. La velocidad de enfriamiento del producto también depende del medio conductor y de sus temperaturas. El factor global de intercambio térmico dependerá principalmente de : „ Velocidad del medio conductor : a mayor velocidad aumentamos el coeficiente de transferencia de calor. „ Gradiente de temperatura : a mayor diferencia (gradiente) de temperatura entre producto y medio conductor aumentamos el coeficiente de transferencia de calor. „ Medio conductor : el propio medio conductor incide en el coeficiente de transferencia, en lo que se refiere al coeficiente de convección entre medio conductor y producto. Así vemos claramente como un agua a 5ºC enfriará mucho más rápidamente una fruta que el aire a 5ª C. No obstante, los valores anteriores tienen limites : „ Limite de velocidad medio conductor. (Elevadas pérdidas de carga y consumos energéticos, costes de implantación,...) „ Limite del gradiente de Tº. (Efectos sobre la humedad, calidad externa producto, congelación superficial,...) los cuales pueden ser perjudiciales, ya sea para consumos energéticos o deterioro del producto .Asimismo, el aumento del gradiente puede provocar, por añadidura a los problemas de secado, problemas por deterioro (congelación) externa de producto, lo cual puede contribuir incluso a la disminución del intercambio térmico, amén del deterioro comentado.

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2.4 LA PRODUCCIÓN FRIGORÍFICA 2.4.1 Sistemas Frigoríficos. Seguidamente vamos a desarrollar, de manera resumida pero suficientemente aclaratoria, diferentes sistemas frigoríficos a expansión directa; sobre cada uno de ellos vamos a realizar diferentes comentarios sobre su idoniedad o reprobación. A la hora de proyectar un sistema frigorífico nos podemos plantear, entre otras, las siguientes preguntas : a) ¿Qué sistema ? b) ¿Qué tipo de compresor? c) ¿Cuántas zonas de aspiración? d) ¿Cómo adecuar la potencia en cada instante ? e) ¿Cómo deshacer el hielo? f) ¿Aprovechamiento del calor? g) ¿Qué tipo de condensación? h) ¿Qué tipo de regulación? i) …. Seguidamente vamos a desarrollar cada una de ellas : a) ¿ QUÉ SISTEMA ? „ „ „ „ „ „

¿Sistema de Expansión directa o via fluído secundario? ¿Sistema individualizado o centralizado? En expansión directa : ¿expansión seca o inundado? ¿Qué tipo de refrigerante? ¿Cómo solucionar el retorno de aceite? ….

b) ¿ QUE COMPRESOR ? „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „

Herméticos – Pistones Herméticos-Rrotativos Herméticos-Scroll Herméticos-Tornillo Semi-Hermético-Pistones Semi-Herméticos-Tornillo Abierto-Pistones Abierto-Ttornillo Semi-hemético Pistones 2 etapas Abierto-Pistones 2 etapas ….

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c) ¿ZONAS DE ASPIRACIÓN ? Sabemos que descendiendo la presión de aspiración disminuimos el rendimiento del compresor. En base a esta premisa, sería conveniente ( a nivel de ahorro energético) aprovechar los compresores en su punto de evaporación lo más alto posible. Vemos seguidamente un posible conjunto de necesidades frigoríficas a distintos niveles de temperatura de servicios. Seguidamente vamos a considerar distintos sistemas frigoríficos diferenciados, en función de la Aspiración ( y descarga = condensación).

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c-1 Circuitos frigoríficos individualizados En base a un circuito individualizado para cada servicio ( sofistificación técnica al nivel necesario de cada circuito en base a la fig.1y fig.1 bis ) Total circuitos : igual al número de servicios independientes. C IR C UITO FRIG O RIFIC O BA SIC O

REG . ó

S.A.C

P.A .B

C O N D EN SA D O R

2 * PA

C O N D EN SA D O R

C

F

R.L

P.D .A RESTR IC TO R

V

S.A R E G

.

ó

2

P A *

C O N D E NA SD O R

. A . P B

C

R.L

F

. D . P A

V

EV A P O R A D O R

EVA PO RA D O R

C U A D RO ELEC TR IC O

V. Exp .

V. So l.

FIG UR A 1

Como ventajas principales tenemos : „ Independencia de circuitos. „ La avería en un circuito no afecta al resto. „ Ante fuga de refrigerante problemática sólo en el circuito afectado. „ Aprovechamiento máximo de la más alta evaporación posible en cada compresor. „ Regulación simple. „ Fácil mantenimiento. „ Personal no excesivamente “avanzado” en circuitos frigoríficos ( centralizados). „ … Como desventajas principales tenemos : „ Máxima potencia eléctrica instalada. „ No aprovechamiento del factor de simultaniedad, ni en la potencia instalada en compresión ni en condensación. „ Lineas independientes para cada circuito. „ No fácil adecuación de la potencia instantánea solicitada ( no fácil regulación de la capacidad) en cada servicio individual ( regulación de capacidad) „ Elevada cantidad de gas. „ Elevado número de uniones y soldaduras en tuberias. „ Elevada probabilidad de fugas, aunque no globalmente catastrófica. „ ….

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c-2 Circuito centralizado total Las necesidades totales, en cada momento, de la suma de las necesidades frigoríficas no serán siempre constantes. „ Como idea extrema a la expuesta anteriormente podemos considerar una Central única con aspiración única, a la presión necesariamente más baja para satisfacer los servicios de -40ºC. ( Ver fig.2) C EN TRA LIZA C IO N : .- A SPIR A C IO N .- C O N D EN SA C IO N

A C O N D EN SA D O R (N O TA: - SISTEM A C O N STA N TE -SISTEM A FLO TA N TE

C2

C3

C4

D E SERV IC IO S : 12 C / 0 C / -22 C / -4 0 C

NO

RE

C

O

M

EN

DA

DO

C1

FIG URA 2

Como ventajas principales tenemos : „ Posibilidad de una única línea de liquido y una única linea de aspiración : menor mano de obra. Como desventajas principales tenemos : „ Trabajar en la zona de aspiración más baja para satisfacer servicio de menos Tº. „ Máximo consumo energético. „ Máxima potencia instalada al no poder aprovechar la presión más alta posible de aspiración en cada zona. „ Dificultad en retornos de aceite. „ Una fuga de refrigerante afecta al global de la instalación. „ Necesidad de válvulas de presión constante de evaporación en los servicios de Tº superiores a las más bajas. „ Sistema energéticamente y económicamente no satisfactorio, en general, bajo ningún concepto. „ Grandes distancias de tubería. „ Elevada cantidad de gas . „ Elevada probabilidad de fugas. „ Las elevadas distancias pueden conducir a pérdidas de rendimiento y aumentos de consumo por excesivas pérdidas de carga y también por elevados recalentamientos en la aspiración.

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c-3 Doble centralización En base a la problemática observada en c-2 podemos diferenciar 2 zonas de aspiración : Zona 1 : Alta/ Media Zona 2 : Baja / Muy Baja (Ver fig.3) C EN TRA LIZA C IO N : .- 2 A SPIRA C IO N ES .- 2 D ESC A RG A S

ZO N A 1

ZO N A 2

A C O N D EN SA D O R 2

A C O N D EN SA D O R 1

(N O TA: - SISTEM A C O N STA N TE -SISTEM A FLO TA N TE

(N O TA: - SISTEM A C O N STA N TE -SISTEM A FLO TA N TE

C1

C2

D E SERVIC IO S : 1 2 C / 0 C /

C3

C4

D E SERVIC IO S : -2 2 C / -4 0 C FIG U RA 3

Este sistema puede aplicarse con descarga diferenciada o con descarga común (ver c-6 a ) Comentarios a c-3 Este sistema, a nuestro entender, puede ser admitido en tº positiva ( con la objeción de existencia de 2 niveles de tº de evaporación) ; pero más difícilmente se nos hace admisible en temperatura negativa, al tener que evaporar toda la zona 2 a la presión más baja necesaria para satisfacer al servicio de -40ºC . Nota. En todo caso su validez es una cuestión de peso relativo de un nivel de Tª respecto del otro: así por ejemplo si tenemos 100.000 watios a 0ªC y 5.000 watios a 12 ºC, puede ser conveniente un solo nivel de evaporación, ya que solo 5.000 watios deberán sacrificarse por lo que al descenso de Tª de evaporación se refiere, ya que consideramos poco porcentaje referente a los 100.000watios a 0ºC. Por el contrario si fueran 100.000 watios a 12ºC y 5.000 watios a 0 ºC podría considerarse un error de diseño bajar toda la evaporación al valor adecuado para el uso de 0ºC, ya que esto significaría sacrificar 100.000 watios frente a 5.000watios. Nota .Este tema anterior de relatividad entre los niveles de potencia deseada para establecer los niveles de evaporación es sumamente interesante.

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Las principales ventajas y desventajas pueden evaluarse entre las dos instalaciones extremas vistas en c-1 y c-2. Evidentemente estas son relativas , como hemos citado en las anteriores notas, a la importancia de las potencias frigoríficas, relativas de cada zona con respecto a la otra.

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c-4 Triple Centralización Para subsanar el perjuicio energético de los 2 niveles de baja temperatura podemos diseñar una triple centralización con : Zona 1 : Alta / Media Zona 2 : Baja Zona 3 : Muy Baja (Ver fig.4)

C EN TRA LIZA C IO N : .- 3 A SPIRA C IO N ES .- 3 D ESC A R G A S

ZO N A 1

ZO N A 2

ZO N A 3

A C O N D EN SA D O R 2

A C O N D EN SA D O R 1

A C O N D EN SA D O R 3

(N O TA : PA R A TO D O S LO S C O N D EN SA D O R ES - SISTEM A C O N STA N TE -SISTEM A FLO TA N TE)

C1

C2

D E SERVIC IO S : 1 2 /0 ºC

C3

C4

D E SERVIC IO S : -22 ºC

C5

C6

D E SERVIC IO S : -40 ºC FIG URA 4

Este sistema puede aplicarse con descarga diferenciada o con descarga común ( Ver c-6G). Comentarios a c-4 Con respecto del sistema de c-3 al diferenciar entre la Tª de -22 y de -40ºC obtenemos una mejora energética muy importante. De esta forma aprovechamos la más alta presión de aspiración en cada compresor. Nota: Ver notas expuestas en punto c-3

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C-5 Cuádruple Centralización Al sistema de c-4 sólo le falta la separación de la zona de alta y media para obtener un sistema de equipos centralizados, donde en cada zona se busca la más alta presión de aspiración posible: Zona 1 : Alta Zona 2 : Media Zona 3 : Baja Zona 4 : Muy Baja (Ver fig.5)

C EN TR A LIZA C IO N : .- 4 A SPIRA C IO N E S .- 4 D ES C A R G A S

ZO N A 1

ZO N A 2

A C O N D EN SA D O R 1

ZO N A 3

ZO N A 4

A C O N D EN SA D O R 2

A C O N D EN SA D O R 3

A C O N D EN SA D O R 4

(N O TA : PA R A TO D O S LO S C O N D EN S AD O R ES - SISTEM A C O N STAN TE -SISTEM A FLO TA N TE )

C1

C2

D E SER V IC IO S : 1 2 ºC

C3

C4

D E SER V IC IO S : 0 ºC

C5

D E SER V IC IO S : -2 2 ºC

C6

C7

C8

D E SER V IC IO S : -4 0 ºC

FIG U RA 5

Vean que de este sistema al sistema visto en c-1 no existe “excesiva” diferenciación por lo que respecta al aprovechamiento energético del punto más alto de aspiración del compresor. Sin embargo la diferenciación existe en el concepto centralizado zonal lo que permite utilizar el factor de simultaneidad en cada zona. Nota: Ver notas expuestas en punto c-3

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c-6 DESCARGA CENTRALIZADA CON ASPIRACIONES DIFERENCIADAS. En los sistemas c-3, c-4 y c-5 vistas anteriormente hemos supuesto sistemas diferenciados en aspiración y en descarga. Podemos considerar los mismos sistemas con descarga comunes : ( Ver fig.6).

ZO N A D ESC A RG A C O M U N A C O N D EN SA D O R U N IC O (N O TA : PA R A TO D O S LO S C O N D EN SA D O R ES - SISTEM A C O N STA N TE -SISTEM A FLO TA N TE)

C1

D E SER V IC IO S : 1 2 ºC

C2

C3

D E SER V IC IO S : 0 ºC

C4

C5

D E SER V IC IO S : -2 2 ºC

C6

D E SER V IC IO S : -4 0 ºC

FIG U R A 6

Esto conlleva : Desventajas „ Circuitos frigoríficos ya no totalmente independientes; una avería en zona de alta (condensador… o falta de refrigerante ya no afecta a una única zona sino al sistema en su globalidad. „ … Ventajas : Posible aprovechamiento del factor de simultaneidad total en el diseño y selección de condensador. „ Presiones de condensación iguales o inferiores al sistema con descargas diferenciadas. „ Posibilidad de la utilización de la condensación modulante (flotante) de forma generalizada. „ … „

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c-7 SISTEMAS BOOSTER Los sistemas “Booster” corresponden al diseño de compresores en serie de forma de la descarga del primero ( Baja presión = Booster) incide en la aspiración del segundo ( Media presión). (Ver fig. 7).

A C O N D EN SAD O R C O M U N (N O TA : - SISTEM A C O N STA N TE -SISTEM A FLO TA N TE

C1

C2

C3

D E SER V IC IO S : 0 ºC D E SER V IC IO S : 1 2 ºC

C6

D E SER V IC IO S : -4 0 ºC

C4

C5

D E SER V IC IO S : -2 2 ºC

Estos sistemas permiten una presión intermedia la cual nos puede ser útil para distintos conceptos: a) Punto de aspiración intermedio apto para la aspiración de servicios de media temperatura. b) Punto de aspiración intermedio apto para el subenfriamiento de los gases aspirados del segundo compresor ( por inyección de liquido) permitiendo temperaturas de descarga controladas y menores . (Compresores de 2 etapas). c) Punto de aspiración intermedio apto para el sub-enfriamiento del liquido refrigerante que se utilizará en la etapa de baja. Esto conlleva a un sistema de una muy alta eficiencia energética. Nota.- Una simplificación de este concepto son los compresores de doble etapa. Ver también sistema ECOnomizador en compresores de tornillo.

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c-8 SISTEMAS EN CASCADA El sistema en cascada nos permite una mejora energética considerable del sistema en la baja temperatura al poder obtener unas temperaturas de condensación más bajas ( gracias al intercambio con la evaporación de la etapa alta ). (Ver fig. 8)

A C O N D EN SA D O R C O M UN (N O TA: - SISTEM A C O N STA N TE -SISTEM A FLO TA N TE

C1

C2

C3

D E SER V IC IO S : 0 ºC D E SER V IC IO S : 1 2 ºC

EVA PO R A D O R D E R EC IPIEN TE LIQ U ID O A LTA

C O N D EN SA D O R "IN TER C A M BIA D O R "

A

C6

C4

C5

R EC IPIEN TE LIQ U ID O BA JA

D E SER V IC IO S : -40 ºC

D E SER V IC IO S : -22 ºC FIG U R A 8

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c-9 SISTEMAS INUNDADOS En los sistemas de expansión seca, para evitar el retorno de liquido al compresor, se trabaja con la válvula de expansión que nos controla un cierto recalentamiento del refrigerante a la salida del evaporador. Como estamos en un proceso de cambio de estado, mientras exista aún liquido a evaporar la Tº permanecerá constante ( ver deslizamiento en refrigerantes no azeótropos). Si recalentamos el refrigerante unos grados por encima de la Tº equivalente a la del cambio de estado de evaporación (a la presión de baja existente) estaremos seguros de que no existirá refrigerante liquido. Este recalentamiento se consigue con el “aire” a contracorriente que nos entra al evaporador , el cual recalentará al refrigerante existente en la última parte del recorrido del evaporador. Esto comporta a una “cierta” dificultad de control, y a una disminución del rendimiento efectivo del evaporador. En los sistemas inundados : „ Por bombeo „ Por gravedad ya no tenemos presente la necesidad de este recalentamiento y “dosificación” controlada del refrigerante. Este es enviado, ya sea por bombeo o por gravedad, al sistema evaporador el cual retorna al depósito/separador.. Las mejoras de rendimiento del evapordor son considerables. Los sistemas inundados tienen la “dificultad” del retorno de aceite; existen técnicas avanzadas , las cuales limitan al máximo esta dificultad, haciéndola perfectamente compatible con usos habituales. Estos sistemas pueden utilizarse también para el enfriamiento de refrigerantes secundarios. Siendo estos sistemas habituales con NH3, existen hoy ya experiencias con resultados totalmente satisfactorios con aplicación del R404A o R507; con estos refrigerantes limitamos el riesgo de TOXICIDAD del NH3, realizando instalaciones más seguras y menos problemáticas por lo que refiere a este concepto.

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(Ver fig.9)

S.A I

C O M PRESO R

C O N D EN SA D O R EVA PO R ATIV O

RL

A C U M U LA D O R EVA PO R A D O R

BO M BA

FIG U RA 9

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C-10 SISTEMAS ECONOMIZADORES Las nuevas exigencias, tanto del mercado como de legislación, conducen a diseños de instalaciones con mayor eficiencia energética. Esto lo podemos conseguir en base a sistemas que energético:

contribuyan al ahorro

„ Sistemas economizadores en instalaciones compresores de doble etapa y/o Booster.

con

„ Sistemas economizadores en instalaciones con compresores de tornillo ( media, baja o muy baja temperatura). „ Sistemas con condensaciones lo más bajas posibles: „ Sistemas con condensaciones flotantes. „ Condensadores con dimensionado correcto, capaces de mantener correctas Tª. De condensación, incluso en las aplicaciones más extremas. „ Sistemas cascada „ Sistemas con evaporaciones lo más altas posibles: „ Evaporadores“correctamente” dimensionados. „ Sistemas con minimización de las pérdidas de carga. „ Sistemas con diferenciación en aspiración: MULTI.ASPIRACIÓN „ Sistemas de evaporación flotante, compatibles con los valores de Tª admitidos en los productos y en base a sus variaciones con sistemas de gestión energética por tarifas eléctricas (Triple tarifa, DIGITEC-2000,...) „ ….

24

d) ¿ADECUACIÓN DE LA POTENCIA A CADA INSTANTE ? En cada zona de aspiración hemos visto la necesidad de : „ Presión de aspiración lo más alta posible para obtener la mejor eficiencia energética. „ Saltos excesivos de temperatura ( bajas presiones) pueden provocarnos estados no deseados en producto ( secado …) Es por ello que cuando se diseña una instalación centralizada es muy conveniente la “correcta” selección de la misma y que no existan disparidades manifiestas entre la potencia frigorífica solicitada y la potencia frigorífica ofertada. (Adecuación entre oferta y demanda) En la fig. 10 pueden ver la curva de “centralización ideal. Esta regulación de potencia puede ser realizada via diferentes sistemas de actuación :

Po te nc ia

C e ntra l id e a l

N º Se rvic io s

Fig . 1 0

„ Compresores a pistones. a) Por selección compresores sin regulación de capacidad. b) Por selección compresores con regulación de capacidad. c) Por sistema mixto entre a) y b). d) Por sistemas con by-pass de gas entre alta y baja presión (baja eficiencia energética). e) Por regulación de la “velocidad” del compresor (es)(por variación frecuencia-tensión). f) … Siempre hay que buscar sistemas con elevada eficiencia energética y ( más que probablemente) sistemas económicos.

25

En fig. 11 pueden ver un sistema tipo c) de adecuación de la potencia a la necesidad. ( Fig.11)

CENTRALIZACION CON COMODIN

A C O N D EN SA D O R (N O TA : - SISTEM A C O N STA N TE -SISTEM A FLO TA N TE

C1

C2 10%

C3 15% + 15%

C4 15% + 15%

15% + 15%

D E SERVIC IO S

10% 10% + 15% 10% + 30% 10% + 30% + 15% 10% + 30% + 30% 10% + 30% + 30% + 15% 10% + 30% + 30% + 30% 30% + 30% + 30% 30% + 30% + 15% 30% + 30% „

Potencias: secuencias 30% + 15% 30% 15%

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„ Compresores de tornillo a) Por selección de compresores con reducción de capacidad mecánica. b) Por selección de compresores con reducción de capacidad por variación de velocidad ( frecuencia tensión) c) … En los sistemas con variación de la capacidad de forma mecánica debe considerarse la eficiencia energética. Así como en compresores de pistones la reducción de potencia absorbida es casi proporcional a la reducción de capacidad, en sistemas con compresores de tornillo la potencia absorbida permanece prácticamente constante a partir de una cierta disminución de la capacidad,(En sistemas de regulación mecánica ). -

A nivel orientativo no será interesante la disminución de la capacidad por debajo del : o 50% en Medias temperaturas o 75% en Bajas temperaturas

27

e) ¿COMO DESHACER EL HIELO? Seguidamente vamos a enumerar diferentes tipos de deshielo ( también denominado desescarche) con indicación de su aplicación: ------------------------------------------------------------------------------------------Tipo Deshielo Deshielo por aire Deshielo Resistencias „ Reducidas „ Totales Deshielo agua „ Agua „ Agua caliente recuperada

Instalación Individualizada

Tª mayor 0ºC

Instalación Centralizada

Tª mayor ºC

Tª mayor o igual 0ºC Tª mayor/igual o menor 0ºC

Tª mayor o igual 0ºC Tª mayor/igual o menor 0ºC

Tª mayor o igual 0ºC Tª mayor/igual o menor 0ºC

Tª mayor o igual 0ºC Tª mayor/igual o menor 0ºC

Gas caliente Tª mayor 0ºC (*) Tª mayor/igual o menor 0ºC „ Directo „ Acumulador térmico Tª mayor/igual o menor 0ºC Tª mayor/igual o menor 0ºC Inversión ciclo (**) 0ºC

Tª mayor/igual o menor 0ºC

Tª mayor/igual o menor

(*): Gas caliente limitado en cantidad y tirmpo. (**) : Posible, pero costoso y “sofisticado”;. (Nota: Variantes a lo anterior pueden ser consideradas).

28

f) EL APROVECHAMIENTO DEL CALOR El deseo de mejora de la eficiencia energética de los sistemas frigoríficos nos llevan cada día más a aprovechar “ el calor” disipado en zona de alta Tª. Como principales aprovechamientos energéticos que nos aumenten la eficiencia de nuestra instalación tenemos : a) Calentamiento de agua ( A.C.S) b) Calentamiento de Agua ( Calefacción) c) Calentamiento de Agua ( Deshielo) d) Deshielos gas caliente en sistemas centralizadose) …

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g) Condensaciones flotantes Es comunmente frecuente ver que las condensaciones en los sistemas de refrigeración se diseñan y controlan para mantener un valor constante. Esto supone un “ claro” desaprovechamiento energético de la instalación. Basta con recordar que a temperaturas de condensación más bajas el compresor tiene un rendimiento notablemente superior. Los diseños a presión constante no son realizadas por el capricho del proyectista, sino con la finalidad técnica de mantener una presión mínima que permita “alimentar” las válvulas de expansión de forma correcta. Sin embargo, hoy en día, ya existen diferentes tecnologías (válvulas de expansión electrénicas, válvulas de expansión multiorificio, duplicidad de válvulas de expansión en paralelo …) las cuales nos permiten trabajar con condensaciones flotantes. De esta forma aprovechamos muchas horas de instalación con condensaciones bajas y sin perjuicio de la falta de alimentación de los evaporadores por causa de las válvulas de expansión. AHORRO ENERGÉTICO Y ECONÓMICO

30

3.- SISTEMAS VIA REFRIGERANTE SECUNDARIO 3.1 Generalidades En el capítulo anterior ya hemos visto que el producto era enfriado por un medio conductor ( aire, salmuera, placas…) Este medio conductor debe haber sido enfriado previamente en un intercambiador de calor; si por el interior de este intercambiador hacemos pasar un fluido frio ( en lugar de expansionar el refrigerante, previamente enfriado en la “ ENFRIADORA”), al cual llamaremos refrigerante secundario, podemos obtener el intercambio térmico deseado entre este fluido frio y el medio conductor. Como similitud a sistemas más conocidos podemos señalar: „ Calefacción por radiadores : Caldera ------ Enfriadora Bomba ------- Bomba Radiadores ---- Aeroenfriadores ( …) „ Acondicionamiento Aire por Fan-coils Enfriadora ----- Enfriadora Bomba ----- Bomba Fan-coils ----- Aeroenfriadores (….) En Fig.12 pueden ver el concepto más básico de instalación frigorífica con refrigerante secundario. En fig. 13 sistema más sofisticado a nivel hidraúlico ( ver apartado 3-5).

FIG U RA 1 3

FIG U RA 1 2

A G U A G LIC O LA D A -1 0 C

SISTEM A SEC U N D A R IO B A SIC O

EN FR IA D O R A

SISTEM A SEC U N D A R IO : C IR C U ITO PR IM A R IO + SEC U N D A R IO

A G U A C A LIEN TE R EC U PER A C IÓ N

EN FR IA D O R A

VA SO EX PA N SIO N

BO M BA

D EPO SITO D E IN ER C IA

A ER O EN FR IA D O R

31 IM PU LSIO N -1 0 C

IM PU LSIO N 0 C

R ETO R N O SER VIC IO S 12 C

R ETO R N O SER VIC IO S 0 C

Como elementos primarios principales tenemos : a) Enfriadora : Equipo frigorífico el cual tiene como misión el enfriamiento del fluido secundario a la Tº necesaria para satisfacer las necesidades en el aeroenfriador. b) Circuito hidraúlico : b-1 Bomba recirculación : La bomba tiene como misión aportar el caudal del fluido secundario necesario tanto al evaporador de la enfriadora como al aeroenfriador. Nota.- La bomba, en la fig. 12, tanto podría estar en impulsión a enfriadora como en retorno. (En una sola bomba más normal en impulsión a enfriadora). b-2 Accesorios bomba : Como principales accesorios de la bomba podemos encontrar: Válvulas de seccionamiento y de regulación, filtros de impurezas, válvulas no retorno, vaso se expansión… entre otros b-3 Aeroenfriador : Intercambiador de calor entre el fluido secundario y el medio conductor. b-4 Tubería y Valvulería de Control : Para el recorrido del fluido secundario se disponen de la tubería y el aislamiento preciso tanto para : „ No condensación „ Ahorrro energético „ Cumplimiento de la normativa Así mismo válvulas de accionamiento electromecánico serán las encargadas del control del intercambio en el aeroenfriador. Ventajas principales „ „ „ „ „ „ „ „ „

Mínimo volumen de refrigerante Refrigerante confinado exclusivamente en la sale de máquinas Facilidad de Mantenimiento Mínima problemática en retorno de aceite Instalación “ecológica”. Mínimo impacto por probabilidad de fuga de refrigerante. Sistema poco susceptible al futuro de los gases Mano de obra no especializada en refrigeración fuera de la sala de máquinas ( ¿desventaja?) Posibilidad de distintos niveles de Tº de agua por mezclas. …

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Desventajas principales „ Más caro de Instalación „ Doble intercambio : Disminución posible del COP; menos eficiencia energética. „ Existencia de Bombas „ Encarecimiento del Aislante „ Existencia de Circuito hidraúlico „ Mano de obra abierta a profesionales no estrictamente frigoristas : ( ¿Intrusismo?) „ Generalmente mayor consumo.

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3.2 CIRCUITO FRIGORIFICO ENFRIADOR DEL REFRIGERANTE SECUNDARIO A modo similar de los visto en el punto 2.4.1.C vamos a desarrollar, de forma muy esquemática, diferentes opciones de circuítos frigoríficos para la aplicación en refrigerantes secundarios. 3.2.1. CIRCUITO FRIGORIFICO TOTALMENTE DESTINADO AL ENFRIAMIENTO DEL REFRIGERANTE SECUNDARIO. 3.2.1.1. APLICACIÓN EXCLUSIVA SALAS DE TRABAJO (Aire acondicionado) En base a circuito frigorífico individual ( ver fig.1 desarrollada) o en base a central única de servicios de 12ºC ( ver fig.5 zona 1) se desarrolla enfriadora, con temperatura de impulsión del fluido ( agua glicolada o similar) a unos 0ºC. 3.2.1.2 APLICACIÓN COMUN EN ALTA/MEDIA Tª o DIFERENCIADA . En base a circuito frigorífico individual ( ver fig.1 desarrollada) o en base a central única de servicios de 12ºC y º 0ºC ( ver fig.3, zona 1) se desarrolla enfriadora, con temperatura de impulsión del fluido ( agua glicolada o similar) cercana a los -10ªC. En fig. 14 pueden ver sistemas de enfriamiento de fluido secundario diferenciado por niveles de temperatura con máximo aprovechamiento energético de los compresores y condensación común ( ver ventajas en 2.4.1.c-6). En fig. 15 con condensaciones independientes.

E N FR IA D O R A : - 2 ZO N A S A SP IRA C IO N D IF E R E N C IA D A S - 1 D ES C A R G A A C O N D EN SA D O R (N O TA : - SISTEM A C O N STA N TE -S ISTEM A FLO TA N TE

C1

C2

C3

C4

EVA PO R A D O R

EVA PO R A D O R

E1

A G UA G LIC O LA D A 0 ºC

E2

B

B

DE SER VIC IO S 1 2 ºC

A G UA G LIC O LA D A -1 0 ºC

B

B

DE SER VIC IO S

DE SER VIC IO S 0 ºC

DE SER VIC IO S

FIG U RA 1 4

34

3.2.1.3 APLICACIÓN EN BAJA TEMPERATURA Para la aplicación de fluido secundario a baja temperatura ,las tecnologías tanto de fluidos como de sistemas, no están tan altamente desarrollados como en alta y media temperatura. Por lo que al circuito frigorifico se refiere ( a excepción del evaporador en función del fluido -ver punto 3.3) no existirán diferencias notables por lo que al circuito frigorifico se refiere.

3.2.2 CIRCUITO FRIGORÍFICO MIXTO : REFRIGERANTE SECUNDARIO – EXPANSIÓN DIRECTA. 3.2.2.1. REFRIGERANTE SECUNDARIO SERVICIOS ALTA - EXPANSIÓN DIRECTA SERVICIOS BAJA TEMPERATURA ( condensado por fluido secundario) Podemos aprovechar un sistema de refrigerante secundario para los servicios de ALTA – MEDIA y que este mismo fluido nos sirva para la condensación de los servicios de baja. ( Ver fig. 16). Este sistema nos permite una correcta eficiencia en los servicios de baja al poder condensar a presiones relativamente más bajas ( con las necesidades de presión para la correcta alimentación del fluido refrigerante a los servicios de baja ). Aprovechamos las ventajas de las instalaciones de fluido secundario para alta y media temperatura ; allí donde pueda existir cierta incertidumbre tecnológica y de aplicación ( Bajas temperaturas) realizaremos instalación a expansión directa con una muy baja temperatura de condensación (eficiencia energética) ( Ver. Fig. 16 y 17). Los niveles de temperatura considerados son relativos.

FIG U R A 1 3

EN FR IA D O R A :1 A SPIR A C IO N C O N M EZC LA S - A SER VIC IO S 1 2 ºC - A SER VIC IO S 0 ºC - C O N D EN SA C IO N SE RV IC IO S BA JA .

D E ENFRIA DO RA

A ENFRIAD O RA

EN FR IA D O R A

D E SERVIC I O S C O N REFRIG ERAN TE SEC UN DA RIO (ALTA/M EDIA Tª) A SERV I C IO S C O N REFRIG ERAN TE SEC UN DA RIO (ALTA/M EDIA Tª)

B

B AG U A G LIC O LA DA PARA C O ND EN SA C IO N INSTALAC IO N FR I G O RI FIC A M A S BAJA TEM PERATURA

-10 ºC C O M PRESO R ES C O N DEN SAD O R

C1

C2

-10 ºC

D E SERVIC O I S M A S BAJA TEM PERATURA

(-1 0 ºC ) A S ER V IC IO S

(0 º C ) A S ER V IC IO S

(Tª N E C E SA R IA ) A C O N D E N S. SE RV .B A JA

FIG U R A 1 6

A R EC P IIEN TE LIQ UIDO Y SERVIC IO S PO STERIO RM ENTE

FIG U R A 1 7

35

3.2.2.2. REFRIGERANTE SECUNDARIO A SERVICIOS POSITIVOS Y EXPANSIÓN DIRECTA A SERVICIOS NEGATIVOS. Como sistema semejante al 3.2.2.1. pero sin utilización del refrigerante secundario para los servicios negativos nos conduce a una instalación mixta cuyas ventajas y desventajas zonales quedan claramente referenciadas en base a criterios de puntos anteriores ( ver. Fig. 18).

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3.3.- EL FLUIDO SECUNDARIO 3.3.1 FLUIDOS SECUNDARIOS MONO-FASE Es aquel fluido ( generalmente liquido) que se emplea como fluido transmisor de energía térmica, y que varía de temperatura al ganar o perder energía térmica, sin cambio de fase. 3.3.2 FLUIDOS SECUNDARIOS DI-FASE ( MIXTO) Es aquel fluido que se emplea como fluido transmisor de energía, y que varía de temperatura y también cambia de estado ( mixto) al ganar o perder energía térmica. a) Liquido-vapor (Liquivap) : ( no considerados inicialmente,en estudio, en sistemas de refrigeración). b) Liquido-sólido (Liquisol) : fluidos comúnmente llamados tipo “sorbete”. (DiFase ó mixto). En el presente desarrollo vamos a centrarnos especialmente en los denominados Mono-fase, por ser los más conocidos y extendidos. Sin embargo también daremos ciertas “ pinceladas” referente a los sistemas tipo Di-fase. A modo de ejemplo muy claro adjuntamos tabla presentada por Maxime Duminil, en la Revue Practique du Froid, estableciendo el paralelismo básico entre sistemas indirectos utilizados para calor y la utilizada para frío.

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3.4. SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE SECUNDARIO (MONO-FASE) 3.4.1. PRINCIPALES PREMISAS DE SELECCIÓN. Las principales premisas de selección de los refrigerantes secundarios para su uso como fluidos secundarios, puede resumirse en : a) Compatibilidad con las normativas de seguridad y medio-ambiente. b) Compatibilidad con los materiales y elementos del circuito hidraúlico a las presiones y Tº de trabajo. c) Punto de congelación de unos 3K ( más seguridad hasta 8K) por debajo de la Tº más baja a la que esté expuesto. d) A la Tº de exposición más baja, el refrigerante debe tener una viscosidad relativamente baja, a fin de permitir mínimas pérdidas de carga y velocidades de fluido correctos para una buena tansmisión térmica. e) La presión de vapor del refrigerante nunca debe ser superior a la máxima presión permitida en el circuito a la máxima temperatura de exposición. f) En refrigerantes con baja presión de vapor deben tomarse las medidas de presurización oportunas para evitar fenómenos de “vacios” ( cavitaciones). Es por ello que deberán habilitarse sistemas de expansión y presiones superiores a la de vapor y por supuesto a la atmosférica. g) El refrigerante utilizado debe ser de uso y reposición lo más normalizado y económico posible. 3.4.2 PRINCIPALES REFRIGERANTES SECUNDARIOS. En la siguiente tabla exponemos unos valores iniciales de ante-proyecto referente a temperaturas de uso y especificaciones sanitarias. Utilización

Tº Uso

A. Acond. Sala T.-1 Sala t.-2 C.Conserv. C.Cong. T.Cong. Arm.Cong

22ºC 10ºC 2ºC 0ºC - 22ºC - 35ºC - 25ºC

Tº Fluido 7ºC 0ºC - 8ºC - 10ºC - 30ºC - 42ºC - 35ºC

Necesidad sanitaria

EN FUNCIÓN DE USO

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En cada aplicación deberemos seleccionar el refrigerante que mejor nos cumpla con : „ Fluidez : la más baja posible. „ Viscosidad : La más baja posible „ Corrosivo : No a los materiales en uso. „ Inflamabilidad : No „ Toxicidad : No „ Precio : El mejor posible „ Punto de congelación ( sin formación de granulos anteriores) mínimo aconsejado : Aire acondicionado : 0ºC Sala trabajo 1 : -8ºC Sala trabajo 2 : -16ºC Cámara conservación : -18ºC Cámara congelados : -35ºC Túnel de congelación : - 47ºC Armario congelados : -42ºC

COMO PRINCIPALES LIQUIDOS INCONGELABLES, DE POSIBLE UTILIZACIÓN EN INSTALACIONES ACTUALES PODEMOS SEÑALAR : 3.4.2.1 APLICACIÓN ALTA Y MEDIA TEMPERATURA. a) No sector alimentario No necesidad estricta de “seguridad” ante contaminación de producto. *Mono-etilenglicol (etilenglicol) *Mono-Etlenglicol formulado ( NAPGEL…) Ya con inclusión de aditivos anticorrosivos. • Cloruro Cálcico • …. b) Si sector alimentario : Necesidad de seguridad de que ante contacto con el producto no sea “contaminante” y perjudicial para las personas. * Monopropilenglicol * Propilenglicol formulado (USP) : especifico para uso sanitario. • Cloruro Sódico. • …

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3.4.2.2. APLICACIÓN ESPECIFICA APLICACIÓN BAJA TEMPERATURA Existen ciertos fluidos, especificamente formulados para la baja temperatura qu en función de su porcentaje de mezcla con agua puedan trabajar hasta 55ºC. Estos fluidos deben tener condiciones de uso favorables para la refrigeración de acuerdo a lo comentado incialmente. En nuestro conocimiento, y ya de actual aplicación podemos señalar el TIFOXIT ( no pretendemos dar publicidad y otros fluidos se similares caracteristicas también pueden se válidos ).

TIPO DE FLUIDO SECUNDARIO

CALOR

REFRIGERACIÓN

MONOFÁSCO

AGUA a baja presión Agua recalentada a sobre presión Liquidos orgánicos

Agua ( Climatización) Soluciones acuosas (Refrigeración) - Con sales - Orgánicos : glicoles - Liquidos orgánicos

DIFÁSICO

Calefacción con vapor : „ Ida vapor „ Retorno Liquido

Sin aplicación práctica - En Investigación - Salida liquido - Retorno vaporizado

__________________________________________________________________________ DIFÁSICO liquido-vapor “liquivap”

Sin Utilización

Fluidos tipo “sorbete” - Salida liquido sólido - Retorno liquido(sólido) - Ya en aplicación

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3.5 CIRCUITOS HIDRAÚLICOS La arquitectura de un circuito hidraùlico puede ser contemplada desde diferentes vertientes; el conocimiento de cada una de ellas es la que nos permitirá, en cada caso, diseñar cada circuito hidraúlico que mejor “satisfaga” los requerimientos de proyecto : técnico-económicos generalmente. Así las consideraciones básicas de diseño pueden fijarse en : 3.5.1 Referente a la apertura del sistema. 3.5.2 Referente al sistema de bombeo. 3.5.3 Referente al “dinamismo” del sistema. 3.5.4 Referente al nº de tubos del circuito. 3.5.5 Referente a la inercia / acumulación 3.5.1. REFERENTE A LA APERTURA DEL SISTEMA. Un sistema hidraúlico puede ser abierto o cerrado, en función de si existe apertura del mismo a la presión atmosférica o por el contrario está confinado totalmente en el interior del sistema. En todos los sistemas hidraulicos se requiere “necesidad” de variación del volumen del recinto de confinamiento a fin de que los cambios externos de temperaturas no produzcan sobre presiones no deseables en el interior del circuito hidraúlico. En los sistemas abiertos la “expansión” se produce ( en general) en depósito a la propia presión atmosferica. Uno de los puntos a tener presentes en estos sistemas, a nivel de fluido secundario, es la posibilidad del cambio de concentración del mismo por evaporación no homogenea del mismo, cambiando por consiguiente sus parámetros intrínsecos ( puntos de congelación, viscosidad …) En sistemas cerrados este problema queda reducido, en la práctica, en su totalidad salvo “fugas” no deseadas. En los sistemas cerrados se dispondrá sistema que permita la expansión interna del fluido. Cálculo : El volumen del depósito o el vaso de expansión se determinaran en función de la cantidad total de refrigerante y la diferencia de densidades del propio refrigerante entre la temperatura más baja a la que se bombea el refrigerante y la más alta.

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La variación puede ser calculada en base a : VV = VR * ( Cvt max - 1 ) ---------------Cvt min Siendo : VV : variación de volumen Cvtm : coeficiente de expansión volumétrico VR: Volumen total Ejemplo : Si volumen total :VR= 4000 lts Si Ethylen glicol con : CVT max ( 60ºC) : 0.00065 Cvt min (-20ºC) : 0.00063 VV = 4m3 + ( 0.00065 - 1 ) ---------------0.00063

==== 0.127 m3 = 127 lts

Así el sistema de expansión utilizado debe, como mínimo, satisfacer esta variación sin cambio de presión en el sistema.

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3.5.2. REFERENTE AL SISTEMA DE BOMBEO. 3.5.2.1 SISTEMAS CON ÚNICO CIRCUITO DE BOMBEO ( primario). Referente a consideraciones respecto al circuito de bombeo podemos considerar sistema con bomba única que alimenta tanto al enfriador del fluido secundario como a los sistemas intercambiadores ( aeroenfriadores) ( ver fig. 19)

C IRC UITO H ID RA ULIC O : - BO M BA UN IC A C AUD AL C O N STA N TE

EN FR IA D O R A ( ó D EPO SITO IN ER C IA )

PO SIBLE BY-PA SS

PO SIBLE D EPO SITO IN ERC IA + VASO EX PA N SIO N

A SERV IC IO S

D E SERVIC IO S

FIG U R A 1 9

Este sistema es utilizado por su ecomomía de instalación; sin embargo es de un elevado consumo ya que la bomba debe suministrar en cada momento el caudal máximo ( de servicios o intercambiador) con la pérdida de carga máxima ( servicios + intercambiador enfriadora). La selección de la bomba solo es técnicamente y correctamente posible si se conoce la distribución, fluido y servicios. Como aplicación más caracteristica podemos señalar la de alimentación a servicio único. Para ciertas arquitecturas de sistemas puede ser interesante ( a nivel de regulación o a nivel de ahorro energético) la utilización de sistemas con VARIACIÓN DE CAUDAL : „ Por by-pass via válvula de 3 vias ( ver fig. 20) „ Por variación de velocidad de la bomba ( ver fig.21)

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En ambos casos la variación se realiza para mantener una presión constante en circuito ante variaciones de demanda ( sistemas de regulación todo/nada 2 tubos,...) En su diseño debe verificarse la idoneidad de todos los materiales en los posibles puntos de funcionamiento. A diferencia del sistema sin regulación puede permitir un correcto control del sistema y un cierto ahorro energético ( en especial en regulación de velocidad).

C IRC UITO H ID RAULIC O :

C IRC UITO H ID RAULIC O :

- BO M BA UN IC A C A UD A L VA RIA BLE VARIAC IO N D E VELO C ID A D

- BO M BA UN IC A C A UD A L VA RIA BLE VALVULA TRES VIA S

EN FRIA D O R A ( ó D EPO SITO IN ER C IA )

EN FRIA D O R A ( ó D EPO SITO IN ER C IA )

BO M BA PO SIBLE D EPO SITO

BO M BA

V

IN ERC IA + VA SO EXPAN SIO N VARIAD O R EN FUN C IO N D E LA PRESIO N VALVULA PRO PO RC IO N AL P

A SERVIC IO S

REG ULAD A PO R PRESIO N

D E SERVIC IO S

A SERVIC IO S

FIG U R A 2 0

D E SERVIC IO S

FIG U R A 2 1

Como agravante principal, en sistemas de bomba única con variación real del caudal de la bomba, existe la posible falta de fluido en el intercambiador primario de la enfriadora con los graves perjuicios de funcionamiento que esto puede conllevar. Generalmente en el intercambiador primario se requiere de un caudal constante. Estos sistemas tienen su mejor aplicación en las bombas de circuitos secundarios.

44

3.5.2.2. SISTEMAS CON DOBLE CIRCUITO DE BOMBEO ( primario + secundario). En la fig.22 podemos visualizar un básico sistema con doble circuito de bombeo. Primario : Un circuito primario donde la bomba seleccionada ( primaria) sólo debe suministrar el caudal requerido por la enfriadora ( intercambiador primario) con la necesidad única de vencer su pérdida de carga más el mínimo circuito de ida y vuelta de depósito de inercia. Secundario : Un circuito secundario ( a nivel de fluido secundario es fisicamente el mismo, tanto en primario como secundario) dispone de bomba para alimentación exclusiva de servicios tanto en caudal como en pérdida de carga. Aquí, a modo individual, son aplicables los conceptos expresados en el punto 3.5.2.1. Como grandes ventajas tenemos : a) Bomba primaria seleccionada especificamente para la “enfriadora”. b) Bomba secundaria seleccionada especificamente para la “ instalación “ a servicios. c) Control independiente de las 2 bombas. d) Bomba primaria puede “parar” en caso de conseguido nivel de temperatura.

C IR C U ITO H ID R A U LIC O : - PR IM A R IO - SEC U N D A R IO

EN FR IA D O R A ( ó D EPO SITO IN ER C IA )

BO M BA PR IM A R IA

D EPO SITO IN ER C IA

BO M BA SEC U N D A R IA

A SER V IC IO S

D E SER V IC IO S

FIG UR A 2 2

45

3.5.3.-REFERENTE A LA ALIMENTACIÓN A CADA INTERCAMBIADOR SECUNDARIO 3.5.3.1. CIRCUITOS PASIVOS. La alimentación hidraúlica a cada intercambiador secundario ( aeroenfriador…) se consigue únicamente mediante sistemas “ pasivos”: Válvulas de accionamiento electro-mecánico con aperturas y cierres , ya sea en sistemas con o sin by-pass. En fig. 23 pueden ver sistema pasivo, a dos tubos, con válvula de 2 vias sin bypass. La apertura o cierre de la válvula de regulación (termostática) afectará al resto del circuito y deberán utilizarse las técnicas en 3.5.2.1. SISTEM A :

SISTEM A :

- D ITU BO - PA SIV O - 2 VIA S

BO M BA G EN ER A L

- D ITU BO - PA SIV O - BY-PA SS ( 2 VIA S)

BO M BA G EN ER A L

V A LV U LA 2 V IA S

T

A ER O EN FR IA D O R V A LV U LA 2 V IA S TO D O /N A D A O PR O PO R C IO N A L

V A LV U LA 2 V IA S

FIG U RA 2 3

BY-PA SS

V A LV U LA R EG U LA C IO N

FIG U RA 2 4

En fig. 24 pueden ver sistema similar al de la fig.23 pero con by-pass en intercambiador secundario.

46

Como ventaja principal de este sistema con respecto a su predecesor señalamos la mínima afección al caudal y a la presión en el resto del circuito. El fluido cuando no es requerido en el aeroenfriador es desviado por el bypass, procurando un caudal y pérdida de carga lo más semejantes posibles a los obtenidos cuando exista el paso por el intercambiador. NOTA.- Los sistemas todo/nada, en refrigeración, pueden aportar ciertas ventajas en la regulación de la instalación y mayor similitud a los sistemas de expansión directa ; y también economía de diseño. En especial por lo que se refiere al momento del “paro” de ventiladores; en sistemas proporcionales éste fenómeno prodría producirse escasamente y no ser del agrado del instalador o usuario. En fig. 25 sistema similar al anterior con válvula de 3 vías repartidora. SISTEM A : - D ITUBO - PA SIV O - 3 VIA S - REPA RTID O R A

BO M BA G EN ERA L VA LVULA 3 VIA S(REPA RTID O RA ) TO D O /N A D A O PRO PO R C IO N AL

BY-PA SS

VA LVULA REG ULA C IO N

FIG U RA 25

En fig. 26 sistema similar al anterior con válvula de 3 vías mezcladora. SISTEM A : - D I TU BO - PA SIVO - 3 V IA S - M EZC LA D O R A

BO M BA G EN ER A L

VA LV ULA (M EZC LA D O R A )

BY-PA SS

FIG UR A 2 6

47

NOTA.- Es conveniente procurar, con el sistema de ventilación parado, la no circulación de fluido secundario en el aeroenfriador, ya que se prodría producir formación “no deseada “ de escarcha.

En fig. 27 , disposición típica en aeroenfriador.

IN TER C A M BIA D O R

A ER O EN FR IA D O R

A IRE

FIG UR A 2 7

48

3.5.3.2 CIRCUITOS ACTIVOS. Los circuitos activos son aquellos en que la solicitud de intercambio térmico en el servicio ( aeroenfriador…) lleva asociado la “marcha” de sistema de bombeo. Estos sistemas tienen como premisa básica la de disponer elemento activo (bomba) para la alimentación del servicio en cuestión con la cantidad justa en el momento preciso. Ante la no demanda de refrigeració el sistema activo permanece parado ( ahorro energético). La bomba general suministrará el caudal preciso para la alimentación máxima (pudiendo ser sistema de caudal constante o variable, en función del sistema : 1 tubo o 2 tubos) venciendo únicamente la pérdida de carga de la tubería principal. En fig. 28 podemos ver sistema activo con 2 tubos y caudal general variable en base a válvula de 3 vías regulado por presión. SISTEM A : - A C TIV O - 2 TU BO S

BO M BA G EN ER A L

S1 BO M BA A C TIVA 1 (A C ELER A D O R A )

S2 BO M BA A C TIVA 2 (A C ELER A D O R A )

FIG U R A 2 8

49

3.5.4 REFERENTE AL Nº DE TUBOS 3.5.4.1 CIRCUITOS A 2 TUBOS ( DI-TUBO). El circuito de 2 tubos ( ida retorno), es el más comunmente utilizado en refrigeración. Su utilización se especifíca, principalmente, en los refrigerantes monofásicos y permite una versatibilidad de diseño suficientemente amplia. La importancia principal en el diseño de los circuitos de 2 tubos debe centrarse en : „ Selección de diámetros. „ Conseguir constancia en los caudales requeridos en cada punto de servicio. Ya hemos visto diferentes sistemas que nos permiten variaciones de caudal a presión constante, o sistemas que nos permiten variaciones de caudal en servicio sin afección al resto del circuito. Seguidamente vamos a mostrar 3 sistemas di-tubo, cuya selección comporta menor o mayor facilidad en la posterior regulación de la instalalción: a) Sistemas ida-vuelta convencionales ( ver fig. 29) b) Sistemas invertidos (ver fig.30) c) Sistemas anillo ( ver fig. 31) a) El sistema “convencional” es el menos “efectivo”, como norma general, de los tres sistemas. Su regulación es la más laboriosa. A nivel de diseño la tubería puede ir disminuyendo de sección a medida que se derivan caudales a servicios, y contrariamente el retorno. Sistema poco adaptado a posibles variaciones. b) El sistema “invertido”, ya favorece una mejor homogeneidad de las pérdidas de carga en el circuito. La premisa básica de diseño es : el primer intercambiador en entrar es el último en salir. La tubería también puede disminuir en diámetro a medida que disminuye el caudal. El diseño de sistemas con reducción de diámetro limita variaciones futuras de la instalación (caso muy frecuente por ejemplo en hipermercados). c) El sistema en “anillo” nos permite una gran uniformidad del circuito. Su diseño acostumbra a realizarse en base a diámetros constantes. Permite una muy correcta y más sencilla regulación, con fácil adaptabilidad ante modificaciones futuras o incerteza de disposición de servicios en proyecto.

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3.5.4.2 CIRCUITOS MONO-TUBO Los circuitos monotubo son aquellos en que cada servicio toma el caudal necesario de un único tubo general y su caudal es vertido al mismo tubo. En fig. 32 pueden ver base de diseño del sistema monotubo.

C IR C U ITO M O N O TU BO

T1 T7 T2 T6 T3 T5 T4

FIG U R A 3 2

T1

T2 ........................ T7

Los circuitos monotubo tienen como principal inconveniente que la tº del fluido a la entrada de cada servicio no es constante ( en los sistemas de fluido monofase). La temperatura del fluido va sufriendo un recalentamiento a medida de que cada servicio contribuya a él. El diseño del circuito hidraúlico ( en el supuesto caso de circuito monofase) quedará sujeto a las necesidades de temperatura de cada servicio. Este hecho puede complicar y encarecer el sistema, con un handicap muy importante : nada adaptable a posibles cambios de servicios. Este sistema, a nuestro entender, tiene su principal aplicación en sistemas Difase ( liquisol). Allí la temperatura permanece prácticamente constante mientras exista calor latente de fusión, aportado por la fase sólida. Su uso aún es de práctica muy localizada existiendo necesidades de desarrollo tecnológico en : „ Intercambiador primario „ Valvulería „ Bombas „ ….

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En fig. 33 y 34 pueden ver sistema de regulación en circuitos mono-tubo pasivos. En ellos deben disponerse restricciones para que el refrigerante no siga, en su totalidad, el camino general y “by-passe” el servicio. Puede realizarse mediante válvula de 2 vías con sistema restrictor en linea general ( T ejección) o con válvula de 3 vías. En fig. 35 sistema monotubo activo.

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M O N O -TU BO PA SIVO . (C O N EYE C C IO N )

BO M B A G EN ER AL T

VA LVULA REG ULA C IO N

SERV IC IO SISTEM A PA RA A SEG U RA R LA A LIM EN TA C IO N AL SE RV IC IO

FIG URA 33

M O N O -TU BO PA SIVO . (VA LV ULA 3 VIAS)

BO M B A G EN ER AL

SERV IC IO VA LVULA REG ULA C IO N

T

FIG URA 34

M O N O -TU BO AC TIVO .

BO M B A G EN ER AL

BO M B A AC TIVA

SERV IC IO

FIG URA 35

53

3.5.5 REFERENTE A LA ACUMULACIÓN 3.5.5.1. SIN INERCIA Sistema hidraulico sin pulmón de refrigerante secundario, el cual nos pudiera permitir una mayor inercia térmica. El único refrigerante es el que se encuentra confinado en el interior de tuberías e intercambiadores. Es un sistema de más difícil control ya que las variaciones de la temperatura del fluido pueden ser excesivamente rápidas y conducir a funcionamientos no deseados del sistema frigorífico ( paros / arranques de compresores …)con alta inestabilidad ( Ver fig. 19). 3.5.5.2 CON INERCIA Sistema hidraúlico con pulmón de refrigerante secundario el cual confiere una mayor inercia térmica de la instalación: variaciones menos bruscas de la temperatura del fluido lo que permite una mejor regulación y funcionamiento del sistema. De gran aplicación en sistemas con doble circuito de bombeo ( primario / secundario). Absorben, con facilidad, cambios relativamente bruscos de la demanda frigorífica. Son más lentos en la puesta a régimen al tener que enfriar una masa de refrigerante superior . ( ver fig. 22). 3.5.5.3 CON ACUMULACIÓN ( calor sensible) Los depósitos de acumulación pueden suavizar las demandas bruscas de refrigeración disponiendo de equipos frigoríficos menores a los que inicialmente serían requeridos. Así mismo, podemos beneficiarnos de los menores costes de la energía eléctrica en ciertas horas para acumular refrigerante ya refrigerado; disminución de los costes energéticos.

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Así podríamos realizar el siguiente orden de trabajo : „ En horas valle : enfriar refrigerante almacenado para satisfacer cargas punta. „ Ante cargas puntuales elevadas : circulación adicional de refrigerante previamente enfriado. En fig. 35 pueden ver sistema con acumulación típico : -

En horas valle y sin servicios la bomba BO constantemente para el enfriamiento del acumulador.

trabaja

-

En horas de baja demanda la bomba BO continua su trabajo de enfriamiento ( si es por tº requerido) y la bomba B1 realiza la alimentación a los servicios que lo soliciten.

- En horas de demanda punta, la bomba B0 trabajará o no en función de tº y diseño estratégico; las bombas B2 y B3 serán las que, conjuntamente, alimentaran a servicios. El sistema de acumulación sensible requiere de grandes volúmenes de almacenamiento para que sean realmente eficaces.

LA A C U M ULA C IO N SE N SIBLE

EN F R IA D O R A

A C U M U L A D O R

B2

S 1

B0

B1

S 2

S 3

FIG U R A 3 6

Ejemplo de cálculo : Sean : 4horas sin demanda 3horas con demanda punta de 150.000kcal/h 17horas con demanda baja de 30.000 kcal/h

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La capacidad frigorifica requerida X es : (150.000 . 3 ) + ( 30.000 * 14 ) = 24 X de donde X = 36.250 Kcal/h si trabajo 24 horas considerando trabajo de 20 horas === 43.500 Fr / h Los caudales másicos de cada bomba suponiendo AT general 5ºC y calor especifico 3,3 KJ. B0 :

43500 % 860 3,3 * 5

=

3,06 Kg/ seg

B1 :

30000 % 860 3,3 * 5

=

2,12 Kg/seg

B2:

120000 % 860

=

8,5 Kg/seg

El volumen de depósito : Caudal B2 = 8,5 Kg/seg 8,5 Kg/seg x 3 horas * 3600 seg 1 hora

= 91.800 Kg

Considerando, por concepto de estratificación, que un 10% no será eficaz, la masa mínima requerida es : 91.800Kg * (1/0,9) = 102.000 Kgs. Si consideramos un fluido con una densidad media de 1180 Kg/m3 tendríamos un volumen necesario de : 102.000 kgs / 1.180 Kg/m3 = 86.5 m3 = 86500 lts

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3.5.5.4 CON ACUMULACIÓN ( calor latente) Los sistemas con acumulación de calor latente ( ejemplo : balsas de hielo para los enfriamientos de grandes cargas puntuales de leche …) son de gran interés para el ahorro energético. Requieren de menores espacios que los sistemas con calor sensible. El coste de implantación es enormemente elevado. Son utilizados para : „ Sistemas de acondicionamiento de aire ( tanques acumuladores en base a sistemas de enrrollamiento tubular de cobre …) „ Enfriamientos de leche. „ … Su tratado requeriría de un tratamiento específico, el cual no desarrollaremos en este artículo, pero si de la concienciación de su existencia. Nota: Ambos sistemas de acumulación requieren grandes espacios con estructuras muy resistentes.

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3.6 LA CORROSIÓN La corrosión es un fenómeno no deseado, pero que puede tener lugar por el contacto entre un refrigerante secundario y los materiales del sistema. Asi pues, en todo diseño se deberán tener presentes sus compatibilidades : „ Efecto del refrigerante. „ Efecto de los inhibidores y aditivos asnti-espumantes : „ Toxicidad „ Inflamación „ Estabilidad frente : AIRE Y HUMEDAD „ Estabilidad térmica Solicitar documentación/tablas de anticorrosivos. En el mercado ( ver punto 3.1) existen ya refrigerantes secundarios con formulaciones aptas para usos comerciales e industriales muy generalizados.

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3.7 RELACIÓN ENTRE CARGA TÉRMICA Y CAUDAL El caudal másico de un refrigerante secundario a bombear para una determinada carga térmica viene básicamente influenciado por : „ Coeficiente de transmisión de calor „ Densidad del refrigerante a la tº media en la zona de bombeo. El coeficiente de transmisión vendrá determinado, entre otros, por los siguientes parámetros : „ „ „ „ „

Densidad Calor específico Viscosidad Conductividad térmica …

Así para la obtención de los mejores coeficientes de transmisión con el mismo consumo energético en bombeo es conveniente : „ Mínima viscosidad „ Mínina pérdida de carga „ Velocidad adecuada Para ello estos parámetros deben ser muy tenidos en cuenta tanto por los fabricantes de equipos como por instaladores. Cada equipo tendrá un comportamiento diferenciado a distintos niveles de temperatura y para distintos fluidos. La influencia se centra en : - Intercambio primario en evaporadores : multitubulares, placas … - Intercambio secundario : Aeroenfriadores,… Al seleccionar fluido, sistema hidraúlico y valores de temperatura se incide de forma muy importante en EL COSTE DEL BOMBEO. Una premisa MUY IMPORTANTE es la de utilizar los niveles de temperatura lo más alto posibles compatibles para satisfacer las necesidades de enfriamiento.

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3.8 EL COSTE DEL BOMBEO El coste del bombeo dependerá principalmente de : „ „ „ „ „ „ „

Del sistema hidraúlico utilizado Del refrigerante secundario utilizado De la carga térmica Del dimensionado de tuberías e intercambiadores De la gama de temperaturas De la caida de presión del sistema De los rendimientos de las bombas

NOTA.- Para la obtención de los mejores resultados en bombas ( caudal constante) ésta debe ser seleccionada próxima a su rendimiento máximo, a los valores de caudal y pérdida de carga de proyecto. Seguidamente damos unos datos comparativos entre diferentes fluidos (ASHRAE, 1990)

Factor trans.

Concentración en peso

Comparado

Punto

Pérdida Cong.

carga Comparada

Propilenglicol

30

-20.6

100

100

Etilenglicol

38

-21.6

81

Metanol

26

-20.7

70

230

Cloruro Sodico

23

-20.6

79

272

Cloruro cálcico

22

-22.1

83

276

198

(1)Basado en un tubo de longitud 4.9 mts, con diámetro de 26,8 mm y en base al diagrama de Moody ( 1944) para una velocidad de refrigerante secundario en tubo de 2,1 34 m/S. A una temperatura - 6,7 ºc y un AT de 5,6ºC. (2)Basado en la correlación de Kern´s ( 1950) y ecuación de transferencia de calor de Sieder y Tate (1936) con n tubo de 4.9m de L/D = 181 y temperatura peculiar de 2,8 ºC inferior a la de la masa y una velocidad de 2,134 m/s.

60

3.9 SALAS DE MAQUINAS En fig. 37 mostramos el sistema más “ completo” de salas de máquinas de enfriamiento de fluido secundario con refrigerante primario NH3. (Para otros refrigerantes R404A,.. menosrestrictivo)

M AN U A L SO C O RR O S

BO TELLA S O X IG EN O

H 2O + N H 3

A LA RM A 1 N IV EL 2 N IV EL

SER VIC IO S

EN FR IA D O R A

PA C K

PU ER TA E M ER G EN C IA

PM

BO M BA AG UA

PM

D UC H A

A IRE

A IR E + N H3

PM

TO R R E

A .C . Re c u p

SA LA M A Q U IN A S SISTEM A SEC U N D A R IO C O N N H 3 D E PRIM A RIO

D UC HA O JO S

D UC H A

A N TE-SA LA

A IRE

FIG U R A 3 7

Sistema de un coste de inversión estremadamente alta pero que está siendo utilizado en ciertos paises del norte de Europa : ecología.

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3.10 EL DESHIELO Los diferentes sistemas de deshielo, efectivos y posibles en un sistema con refrigerante secundario, y sin enviar jamás refrigerante primario ( gas caliente) a posible circuito “doble” en aeroenfriador ( rompemos el NO envio de refrigerante fuera de la sala de máquinas), son : a) Deshielo por aire : temperaturas positivas (ver. Fig. 27) b) Deshielo por agua : ( Ver fig. 38).

D ESH IELO A G UA

VA L. ELEC TR IC A

D ESA G Ü E

P D EPO SITO G R U PO PR ESIO N

FIG URA 38

C) Deshielo por agua ( caliente recuperada) : (ver. Fig, 39)

D ESH IELO A G U A C A LIE N TE R EC U PER A D A VA L. ELEC TRIC A

D ESA G Ü E

P D EPO SITO G RU PO PR ESIO N

EN FR IA D O R A

BO M BA REC IRC U LA D O RA

FIG U R A 3 9

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d) Agua glicolada ( o similar) caliente d-1 En mismo circuito : (ver fig. 40 y 41) d-2 En circuito diferenciado : ( ver fig. 42).

D ESH IELO A G U A G LIC O LA D A C A LIEN TE: - M ISM O C IR C U ITO A G U A C ALIE N TE R EC U PER A C IO N

AG UA G LIC O LA D A (SERV IC IO S)

SER V IC IO

SER V IC IO

FIG U R A 4 0

63

D ESH IELO A G UA C ALIEN TE: M ISM O C IRC UITO

FIG UR A 41

C IRC UITO A G UA D ESH IELO SEPA RA D O

TU BO S C IRC U ITO FLU ID O SEC U N D A R IO FRIO

TU BO S C IRC U ITO FLU ID O C A LIEN TE D ESH IELO

FIG U RA 4 2

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