Refrigeracion Industrial con NH3.pdf

Refrigeración

Industrial cccccc

Cochabamba - Bolivia 2006

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ÍNDICE I.

INTRODUCCIÓN 1.1

Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.2

En qué se diferencia el amoniaco de los otros fluidos? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3

Términos empleados en producción frigorífica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.4

Aplicaciones de la refrgeración con amoniaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

II. NORMAS

Y PRECAUCIONES DE SEGURIDAD

2.1

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.2

Grado de peligrosidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.3

Riesgos y peligros para la salud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.4

Equipos de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.5

Protección personal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.6

Precauciones en el manejo de cilindros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.7

Primeros auxilios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.8

Reglas básicas para primeros auxilios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

III. SISTEMAS

IV.

A LA REFRIGERACIÓN

DE PRESIONES MÚLTIPLES

3.1

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.2

Separación de vapor saturado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.3

Enfriamiento intermedio del vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.4

Un evaporador y un compresor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.5

Dos evaporadores y un compresor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.6

Dos compresores y un evaporador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.7

Dos compresores y dos evaporadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

CÁLCULO

DE CARGAS

4.1

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.2

Criterios generales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.3

Cálculo de las cargas térmicas de una cámara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

V. BUENOS

PROCEDIMIENTOS DE SERVICIO

5.1

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

5.2

Ciclo instalación frigorífica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

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5.3

Puntos de trabajo críticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

5.4

Gráficos de temperatura-presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

5.5

El compresor alternativo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

5.6

El separador de aceite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

5.7

Protecciones del compresor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

5.8

Procedimiento carga aceite por vacío . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

5.9

Procedimiento cambio de aceite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

5.10

Automatismo cámara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

5.11

Descongelamiento de una cámara. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

5.12

Automatismo separador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

5.13

Automatismo condensador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

VI MANTENIMIENTO

DE LA INSTALACIÓN

6.1

Descongelamiento manual por agua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

6.2

Purga de aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

6.3

Carga de amoniaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

6.4

Limpieza de un cuadro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

6.5

Mantenimiento preventivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

VII AUTOMATIZACIÓN

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E INSTALACIONES CON AMONIACO

7.1

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

7.2

Dimensionamiento de dispositivos en sistemas de refrigeración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

7.3

Circuitos de control y mando . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

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PRÓLOGO

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CAPÍTULO

I INTRODUCCIÓN A LA REFRIGERACIÓN CON AMONÍACO 1.1 GENERALIDADES El amoníaco es de empleo clásico en la producción de frío artificial. Sus remarcadas cualidades termodinámicas han sido puestas a la luz a partir de 1876. El hecho de que no tiene efecto sobre la capa de ozono ni consecuencias con respecto al efecto invernadero, suscita al presente un gran interés por este fluido. Debido a sus propiedades fisicoquímicas, toxicológicas y ecotoxicológicas, el empleo de esta sustancia puede provocar, en caso de disfuncionamiento de la instalación, muchos peligros con respecto al medio ambiente como ser: incendios, contaminación de aguas y sobre todo efectos tóxicos sobre el hombre. Esta guía debe ser considerada como un útil de trabajo y cada usuario debe explotarlo en función de las particularidades de su instalación, del contexto local y de sus posibilidades económicas. Contiene disposiciones reglamentarias y reglas del arte relativas a la concepción, fabricación, instalación, explotación y mantenimiento del equipamiento frigorífico, así como también la formación del personal involucrado. Todo fluido refrigerante exige precauciones de empleo. El amoníaco no es ninguna excepción, sus utilizadores han heredado una larga experiencia adquirida en el transcurso del siglo pasado, asegurando una perfecta hermeticidad de las instalaciones por donde circula el amoníaco. Una pequeña fuga puede ser percibida por la nariz en dósis 100 veces inferior al umbral de nocividad. Además no olvidemos que el amoníaco es favorable a la protección del ozono estratosférico (Potencial de Agotamiento del Ozono nulo; ODP=0); lo mismo podemos decir de su contribución al efecto invernadero (Potencial de Calentamiento Global nulo; GWP=0). La norma siguiente, es una norma francesa concerniente a las instalaciones frigoríficas funcionando con amoníaco: •

Si la capacidad está comprendida entre 1.5 o más toneladas, será necesario solicitar y cumplir con las disposiciones correspondientes a estos casos.

•

Si la capacidad está comprendida entre 150 Kg y 1.5 Ton. es necesario prestar una declaración y seguir las disposiciones correspondientes a este caso.

•

Si la capacidad es inferior a 150 Kg., no se requiere cumplir ninguna formalidad.

1.2 EN QUÉ SE DIFERENCIA EL AMONÍACO DE LOS OTROS FLUIDOS? Lo que favoreció el desarrollo de los refrigerantes alogenados fue la toxicidad del amoníaco, esta toxicidad es el único aspecto que ha perjudicado la utilización del amoníaco en los sistemas comerciales y la climatización. Fuera de este aspecto, el amoníaco es un refrigerante completo que se distingue de los otros fluidos por ciertos aspectos termodinámicos y tecnológicos: A. Aspectos Termodinámicos • • •

El calor latente de vaporización es el más elevado. Los flujos que circulan por el circuito son los más bajos. Las temperaturas de fin de compresión son las más elevadas.

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INTRODUCCIÓN A LA REFRIGERACIÓN CON AMONÍACO B. Aspectos Tecnológicos

1.2.1 Compresores • • • • •

Deben ser abiertos No se utilizan compresores centrífugos. No contienen piezas en aleación de cobre. Utilizan aceites estándar no miscibles con el refrigerante. Pueden utilizar aceites especiales miscibles para ciertas aplicaciones.

1.2.2 Evaporadores y condensadores • •

Los coeficientes de transferencia térmica son los mejores. Los materiales de cobre no son admitidos.

1.2.3 Equipos Auxiliares • • • •

Los separadores de aceite son indispensables. La soldadura de tubos es autógena, realizada por los soldadores experimentados. Las pruebas se hacen con nitrógeno. El vacío es menos severo que con los fluidos alogenados.

1.3 TÉRMINOS EMPLEADOS EN PRODUCCIÓN FRIGORÍFICA 1.3.1 Fluido refrigerante: Sustancia que circula en una máquina, se utiliza las propiedades termodinámicas ligadas a los cambios de estado para absorber o ceder al medio exterior una cantidad de calor. 1.3.2 Fluido frigoportador: Sustancia líquida o gaseosa que permite la transferencia de frío, producido en el evaporador, a los puntos de utilización.

1.3.3 Compresor frigorífico: Máquina que aspira, comprime y descarga el fluido refrigerante al estado gaseoso por medios mecánicos.

1.3.4 Unidad compresora: Conjunto que comprende un compresor frigorífico, su motor de accionamiento y sus accesorios, preensamblados en fábrica sobre un chasis común. 1.3.5 Unidad de condensación: Conjunto que comprende la unidad compresora y su condensador. 1.3.6 Separador de aceite: Capacidad ubicada en la descarga del compresor, se utiliza para permitir el retorno del aceite al carter del compresor. Esta separación es necesaria para el amoníaco que es un fluido poco miscible con el aceite. 1.3.7 Enfriador de aceite: Es indispensable enfriar el aceite calentado durante la compresión. Este problema es particularmente sensible en los compresores a tornillo que giran muy rápido. El enfriamiento del aceite puede ser de 4 tipos: • Por inyección directa de fluido refrigerante al compresor. • Por un cambiador enfriado por aire.

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INTRODUCCIÓN A LA REFRIGERACIÓN CON AMONÍACO • •

Por un cambiador enfriado por agua. Por un cambiador enfriado por el fluido refrigerante.

1.3.8 Condensador: Cambiador térmico en el cual el fluido refrigerante, al estado gaseoso, luego de ser llevado a una presión de condensación elevada, se licúa cediendo calor a un agente de enfriamiento exterior. Existen 3 tipos principales de condensadores: • A aire • A agua (generalmente asociado a una torre de enfriamiento) • Evaporativo (aire más agua) La elección del modo de condensación es función: • Del fluido refrigerante utilizado • De la potencia de la instalación • De las condiciones climáticas locales • Del suministro y precio del agua El dimensionamiento del condensador está determinado por la cantidad de calor total a evacuar durante el periodo más caliente.

1.3.9 Recipiente de alta presión o receptor: Recipiente que contiene el refrigerante en estado líquido, a alta presión, instalado a la salida del condensador. Su rol es de asegurar una capacidad tampón entre la cantidad de fluido proveniente del condensador y la necesaria para producir frío en el evaporador. En el caso particular de compresores a tornillo, este recipiente puede ser igualmente utilizado para asegurar el enfriamiento del aceite del compresor (enfriamiento por termosifón).

1.3.10 Dispositivo de expansión/flotador: Órgano de expansión destinado a hacer pasar el fluido refrigerante de la alta presión de condensación a una presión inferior. Según el tipo de instalaciones, ésta nueva presión puede ser: • Una presión intermedia o media presión • Una presión de evaporación o baja presión 1.3.11 Separador de líquido media presión: Recipiente que contiene el fluido refrigerante en forma líquida y vapor, se halla en la media presión, su rol es de ser: • Un recipiente intermediario en curso de compresión de una instalación de dos etapas. • Una capacidad tampón o reguladora del fluido refrigerante, para distribución en temperatura media. • Una capacidad de separación de líquido vapor. • Un recipiente de sobrealimentación para una instalación con compresor a tornillo, llamándose también economizador. El interés de este dispositivo reside en el hecho de que la compresión, al efectuarse con flujo continuo, se optimiza el rendimiento volumétrico del compresor por aspiración en curso de compresión del fluido refrigerante a la media presión, permitiendo aumentar la producción frigorífica en un 20% por un aumento de potencia absorbida del orden del 12%. La ganancia del COP es del orden del 8% en general y el balance energético es favorable principalmente para las bajas temperaturas.

1.3.12 Separador de líquido baja presión: Recipiente que contiene el fluido refrigerante en forma líquida y vapor a baja presión, cuyo rol es de ser una capacidad tampón de fluido refrigerante para distribución en baja temperatura (congelación) y ser una capacidad de separación líquido vapor. 1.3.13 Acumulador de succión: Capacidad situada en la línea de aspiración del compresor cuya capacidad es de retener las eventuales gotas de líquido, no totalmente evaporadas, a fin de proteger el compresor contra golpes de líquido.

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INTRODUCCIÓN A LA REFRIGERACIÓN CON AMONÍACO 1.3.14 Bomba de fluido refrigerante: permite vehicular el fluido refrigerante desde un recipiente MP o BP hacia los evaporadores.

1.3.15 Bomba de distribución de fluido frigoportador:Permite vehicular el fluido frigoportador hacia los aparatos de distribución del frío.

1.3.16 Evaporador: cambiador térmico en el que el fluido refrigerante líquido, luego de expandirse, se evapora absorbiendo calor del medio a enfriar. Este tipo de producción de frío se llama expansión directa. 1.4. APLICACIONES DE LA REFRIGERACIÓN CON AMONÍACO 1.4.1 En la industria agroalimentaria • • •

Almacenamiento. Congelación. Refrigeración.

1.4.2 En los procesos industriales • • • •

Secado. Concentración Fabricación de cerveza. Fabricación de Helados.

1.4.3 No se lo encuentra • •

En Climatización. En las pequeñas instalaciones frigoríficas.

1.4.4 Se lo comienza a ver •

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En los grandes supermercados, en circuitos indirectos.

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CAPÍTULO

II II. NORMAS Y PRECAUCIONES DE SEGURIDAD 2.1 INTRODUCCIÓN El uso reciente y gradual del amoníaco en Bolivia como refrigerante en la industria y en forma particular en equipos didácticos, obliga a conocer sus características principales y los riesgos de uso. El amoníaco se constituye peligroso, en casos de fugas eventuales que pueden ocasionar inhalaciones en dósis elevadas al personal de operación y servicios. Los reportes de accidentes son poco frecuentes y es conveniente aplicar técnicas de prevención en casos de fugas accidentales. Ejemplo, una concentración reducida se manifiesta con una presencia de olores desagradables y si se incrementa la concentración del NH3 los riesgos se aumentan teniendo consecuencias físicas importantes. Por lo general, la industria dispone de personal capacitado, que cuando se presentan estos riesgos pueden remediar en forma inmediata los mismos. Resaltando que los riesgos son más notorios en concentraciones de ambientes cerrados y no así en el exterior ya que el amoníaco se desvanece en la atmósfera.

2.2 GRADO DE PELIGROSIDAD El refrigerante amoníaco por lo general es considerado peligroso cuando se halla concentrado en recintos cerrados y con poca ventilación. Los límites de inflamabilidad oscilan entre el 16% al 25% de amoníaco por volumen de aire y menores al 16% arderá con llamas amarillentas. Se manifiesta explosivo a elevadas temperaturas de ignición y en concentraciones que oscilan entre 16 al 18% en el aire. Por lo general, un elevado porcentaje de fugas en cámaras frigoríficas es causado por fallas en los materiales como empaquetaduras, en válvulas automáticas y manuales. Para evitar estos riesgos es aconsejable ubicar las válvulas en la parte exterior de los edificios industriales.

2.3 RIESGOS Y PELIGROS PARA LA SALUD 2.3.1 Riesgos para la salud El amoniaco, cuando es inhalado, afecta al organismo o cuando se pone en contacto con los ojos o la piel. También afecta si se lo ingiere. El NH3 es un irritante fuerte de los ojos, vías respiratorias y la piel. Debido a que se disuelve fácilmente en agua, el gas puede alojarse en la piel húmeda, membranas mucosas de la nariz, garganta y en los ojos. Puede provocar ardor y lagrimeo, secresiones nasales, tos, dolor en el pecho, paro respiratorio e inclusive la muerte. Puede causar dificultades respiratorias graves y retardadas. La exposición de la piel a concentraciones gaseosas elevadas puede ocasionar ampollas y quemaduras. El contacto con amoniaco líquido puede producir quemaduras graves en los ojos, nariz, garganta y con soluciones de amoníaco puede provocar quemaduras graves.

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II. NORMAS Y PRECAUCIONES DE SEGURIDAD En anexos se indicarán los límites de tiempo de exposición y concentración de amoniaco para la seguridad del personal.

2.3.2 Peligros para la salud No inhalar. Evitar contacto con la piel y ojos. Evitar contacto con el líquido. Evitar contacto con el agua empleada para el control de incendios o dilución. Ojos: Lavar con abundante agua durante 15 minutos y concurrir al médico de inmediato. Es permisible colocar en cada ojo 2 o 3 gotas de “Pontocaína” al 0,5% o un anestésico local similar. Piel: Quitar ropa contaminada. Lavar con abundante agua. Aplicar limón o vinagre. No aplicar pomadas para quemaduras o ungüentos. Consultar al médico. Inhalación: Llevar la persona a un ambiente no contaminado. Aplicar respiración artificial si es necesario, luego darle oxígeno. Mantener abrigado levemente.

2.4 EQUIPOS DE SEGURIDAD En instalaciones frigoríficas que utilizan amoníaco los equipos de seguridad están dirigidos a brindar garantías al personal en los rubros de: instalaciones eléctricas, ventilación de locales, ubicación de detectores de fugas de amoníaco y alarmas contra riesgos de explosión o de incendio.

2.4.1 Instalaciones eléctricas Por razones de seguridad se debe prevenir cortes automáticos de alimentación de todos los circuitos eléctricos de sistemas de refrigeración, a excepción de motores de extractores de aire, de iluminación y del sistema de alarma central de detección de fugas. Donde los interruptores deben estar blindados o hallarse ubicados en el exterior de los locales.

2.4.2 Ventilación de locales Durante el funcionamiento normal de la instalación, la renovación del aire de los locales, se debe asegurar que disponga de ventilación natural o forzada para evitar el estancamiento eventual del amoníaco. Las normas técnicas prevén que en casos de fuga, el sistema de ventilación sea activado por un detector.

2.4.3 Detector de amoníaco-alarma-riesgos En una instalación, exista o no personal, es preciso instalar detectores de amoníaco y estar dispuesto en lugares estratégicos y que puedan registrar la presencia del gas a concentraciones diferentes y disparar niveles de alarma diferentes: – Nivel bajo de alarma para la protección de las personas (toxicidad). Que activa una alarma sonora o luminosa y acciona una ventilación mecánica. – Nivel alto de alarma, que activa los equipos de seguridad y detiene el sistema frigorífico. Dando señales de advertencia para: Cámaras que almacenan productos y los ambientes frecuentados por el personal.

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II. NORMAS Y PRECAUCIONES DE SEGURIDAD 2.5 PROTECCIÓN PERSONAL En toda instalación con amoníaco se debe disponer un ambiente adecuado para los materiales de protección individual y ser utilizado por el personal que efectúe labores de mantenimiento y reparación. Este material comprende: Guantes, vestimenta de protección, protección ocular y nasal. El equipo de auxilio de urgencia comprende: – Un equipo respiratorio de protección para el amoníaco y dos aparatos respiratorios filtrantes. – Un equipo de primeros auxilios. – Una ducha de emergencia para el cuerpo y una ducha para los ojos. – Una camilla. La protección será reforzada por una formación previa del personal.

2.6. PRECAUCIONES EN EL MANEJO DE CILINDROS Por los riesgos manifestados, se debe manejar siempre con cuidado los cilindros, observando todas las recomendaciones contenidas en la etiqueta. El amoníaco anhidro envasado a presión en cilindros de acero se encuentra a alta presión en estado líquido y de esto surgen los riesgos: El cilindro puede fisurarse, romperse o explotar, por el calentamiento o por impacto mecánico, donde el NH3 puede salir al exterior del cilindro con demasiada violencia y alcanzar con alta concentración al personal cercano dando lugar a irritaciones intensas, lesiones caústicas, sofocación o aún la muerte. Los cilindros deben almacenarse en locales aireados y acondicionados, no permitiendo temperaturas de más de 40ºC. Dicho almacenamiento no debe interferir con la circulación y estar alejado de toda sustancia química que puedan reaccionar con el amoníaco. No exponerlos a la radiación solar directa. SE DEBE USAR llaves de tuercas y otras herramientas adecuadas y que calcen correctamente en apertura y cierre de válvulas de cilindros. Los cilindros deberán manejarse sin golpearse, sin dejarlos caer, sin rodar, sin apoyar peso sobre ellas, debiendo almacenarse de pie y colocar una cadena a su alrededor para prevenir caídas.

2.7 PRIMEROS AUXILIOS El amoníaco tiene un olor particular, muy picante aún en pequeñas e inofensivas concentraciones, por lo cual es detectable muy rápidamente. Como el amoníaco es más liviano que el aire, una ventilación adecuada es la mejor prevención para evitar acumulaciones peligrosas de gas. En condiciones normales el amoníaco es un elemento estable. Aunque bajo concentraciones extremadamente altas, puede llegar a formar con el oxígeno del aire, mezclas explosivas. Se debe, por lo tanto, tratar con sumo cuidado.

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II. NORMAS Y PRECAUCIONES DE SEGURIDAD 2.8 REGLAS BÁSICAS PARA PRIMEROS AUXILIOS  Llamar al médico inmediatamente.  Botiquín de primeros auxilios: Mantener siempre preparado y disponible un botiquín de primeros auxilios. Para estos casos contar principalmente con un elemento aplicador conteniendo solución de bórax (tetraborato sódico) y ácido bórico (H3BO3), ambos al 2.5% en agua destilada.

 Cerca de la instalación se debe disponer de duchas.  En todo momento la persona asistida debe permanecer a salvo de cualquier otro posible daño. 2.8.1 Si la persona ha inhalado amoníaco 1.

Retirar la persona afectada al aire libre y aflojarle las ropas que entorpezcan su respiración.

2.

Llamar al médico y/o emergencias médicas con servicio de oxígeno.

3.

Mantener al paciente tranquilo y abrigado con sábanas.

4.

Si está consciente y no tiene quemaduras en la boca, darle café caliente con azúcar (nunca se debe alimentar a una persona en estado de inconsciencia).

5.

Si existen quemaduras en la boca y la garganta (por congelación o ácido), permitir que el paciente beba agua a pequeños sorbos.

6.

Se puede administrar oxígeno (solamente autorizado por el médico).

7.

Si tiene respiración dificultosa, administrar respiración artificial.

2.8.2 Si ha sufrido salpicaduras de líquido o de vapores concentrados a) Heridas en los ojos 1. Mantener los párpados abiertos y enjuagar los ojos con una solución antes mencionada y mantener el tratamiento como mínimo durante 30 minutos. 2. Llamar inmediatamente al médico.

b) Quemaduras en la piel 1. Lavar inmediatamente con grandes cantidades de agua y continuar como mínimo durante 15 minutos, mientras se sacan con cuidado las ropas afectadas. 2. Llamar al médico en forma urgente. 3. Después de lavar aplicar compresas húmedas (con una solución de bórax a ácido bórico) en las áreas afectadas hasta que la ayuda médica esté disponible.

c) Reglas de seguridad Las reglas son recomendaciones proporcionadas por los proveedores, fabricantes e instaladores de una instalación frigorífica, para precautelar el buen diseño, control y operación de equipos e instalaciones. La

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II. NORMAS Y PRECAUCIONES DE SEGURIDAD utilización del amoníaco se halla sometida a numerosas reglamentaciones que difieren de país Generalmente están dirigidas a la protección del medio ambiente y a los usuarios de los equipos.

a otro.

Una permanente vigilancia a las fugas y de las eventuales pérdidas de los refrigerantes CFC’s, impuesta en muchos países con el propósito de respetar las disposiciones del Protocolo de Montreal, encaminadas a proteger la capa de ozono y limitar el recalentamiento de la Tierra. Este control se extiende al personal que manipula amoníaco, para actuar de manera profesional y actuar eficientemente en riesgos eventuales. Otras reglas complementarias son las siguientes:

2.8.3 Incendio y explosión Fuego o explosión: este material puede arder, pero no es de fácil ignición. No exponer el recipiente a temperaturas elevadas o fuego.

2.8.4 Procedimiento especial para combatir incendios Fuegos pequeños: usar polvo químico o anhídrido carbónico. Fuegos grandes: usar lluvia o niebla de agua o espuma. No introducir agua dentro del contenedor de gas. Saque el contenedor de la zona de fuego si puede hacerlo sin riesgo. Manténgase alejado de los cabezales del tanque o cilindro. Enfríe con agua desde un costado luego de extinguido el fuego. Aísle el área hasta que el gas se haya disipado.

2.8.5 Protección especial Usar protección respiratoria para amoníaco, protección ocular y ropa adecuada.

2.8.6 Procedimiento ante derrames o fugas Detenga la fuga si puede hacerlo sin riesgo. Use lluvia de agua para evitar vapores, pero no dirija la misma al punto de pérdida. Pequeños derrames: Lave el área con gran cantidad de agua.

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CAPÍTULO

IIII III. SISTEMAS DE PRESIÓNES MÚLTIPLES 3.1 INTRODUCCIÓN Un sistema de presiones múltiples es un sistema de refrigeración que tiene dos o más “bajas presiones”. Por baja presión se entiende la presión del refrigerante entre la válvula de expansión y la de admisión en el compresor. El sistema de presiones múltiples se distingue del de presión única, en que éste tiene solamente una baja presión. Un sistema de presiones múltiples puede encontrarse, por ejemplo, en una lechería donde un evaporador funciona a -35ºC para endurecer el helado, mientras que otro evaporador trabaja a 1ºC para enfriar la leche.

Mejoras — DEPÓSITO SEPARADOR DE VAPOR — ENFRIADOR DE VAPOR

3.2 SEPARACIÓN DE VAPOR SATURADO Se obtiene un ahorro de la potencia necesaria en la refrigeración, si el vapor saturado que se produce al expandir el líquido refrigerante, se separa y se comprime antes de la expansión completa. Cuando un líquido saturado se expande a través de una válvula de expansión, el porcentaje de vapor aumenta progresivamente. Proceso de expansión mostrando la sustitución del proceso 3-2 por la combinación del 4-5 y 6-7

En el diagrama de Mollier el proceso de expansión se realiza de 1 a 2. El punto representativo del estado en el proceso de expansión va hacia una región de mayor porcentaje de vapor. El punto 2 final de la expansión, podría alcanzarse interrumpiendo la expansión en el punto 3 y separando las fases líquido y vapor, que son 4 y 6, respectivamente. La expansión podría entonces continuar, expandiéndose

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III. SISTEMAS DE PRESIÓNES MÚLTIPLES el líquido en el estado 4 y el vapor en el estado 6 hasta la presión final llegando a 5 y 7, respectivamente. La combinación de refrigerante en los estados 5 y 7 nos da el punto 2. Si nos fijamos en la expansión de 6 a 7, veremos que es antieconómica. En primer lugar, el fluído en el estado 7 no puede refrigerar y en segundo lugar, habrá que gastar trabajo para comprimir el vapor y llevarlo a la presión que tenía en 6. ¿Por qué no realizar una parte de la expansión separando el líquido del vapor, continuando la expansión del líquido y comprimiendo el vapor sin permitirle una expansión adicional? La instalación para lograr esta separación se llama: Depósito Separador. Depósito separador para separación de vapor saturado durante el proceso de expansión

La expansión de 1 a 3 se realiza a través de una válvula de flotador. La válvula tiene, además, la misión de mantener un nivel constante en el depósito separador. Para comprimir el vapor 6 hay que utilizar un compresor con la presión de admisión de 6; es decir, que se necesitan dos compresores en el sistema. El depósito separador, separa al líquido refrigerante del vapor. La separación ocurre cuando la velocidad ascendente del vapor es lo suficientemente baja para que las partículas de líquido caigan dentro del depósito. Normalmente, una velocidad de vapor menor de 60 m/seg facilitará la separación. Esta velocidad se encuentra dividiendo el caudal en volumen del vapor por la superficie del líquido. La forma más eficiente de separar el vapor saturado, consistiría en separarlo continuamente tan pronto como se produce y comprimirlo inmediatamente, pero hasta ahora no se ha desarrollado ningún procedimiento práctico para conseguirlo.

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III. SISTEMAS DE PRESIÓNES MÚLTIPLES 3.3 ENFRIAMIENTO INTERMEDIO DEL VAPOR El enfriamiento del vapor entre dos etapas de compresión, reduce el trabajo de compresión por kilogramo de vapor. Por ejemplo, en la compresión del aire en dos etapas, un enfriamiento de 2 a 4 en el diagrama PresiónDesplazamiento, economiza trabajo. Si los procesos son reversibles, el ahorro de trabajo está representado por el área rayada. Enfriamiento del vapor en un proceso de compresión de dos etapas

Enfriamiento intermedio de un refrigerante en una compresión de dos etapas

Los procesos 1-2-3 y 4-5 se realizan siguiendo líneas de entropía constante, pero la línea 2-3 es más tendida que la 4-5. Por consiguiente, entre las dos mismas presiones, en el proceso 4-5, existe un incremento menor de entalpía, lo que expresa que se requiere menos trabajo que en 2-3.

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III. SISTEMAS DE PRESIÓNES MÚLTIPLES Otra forma de demostrar que el trabajo de compresión aumenta cuando el proceso se adentra en la región de vapor recalentado, consiste en examinar la fórmula del trabajo en una compresión reversible y politrópica de un gas perfecto.

Enfriamiento intermedio con intercambiador de calor enfriado por agua

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III. SISTEMAS DE PRESIÓNES MÚLTIPLES Enfriamiento intermedio con refrigerante líquido

Entre las dos presiones dadas, el trabajo de compresión es proporcional al volumen específico del gas que entra. Como el volumen específico en 2 es mayor que en 4, resulta que el trabajo necesario para comprimir desde 2 hasta 3, es mayor que para comprimir desde 4 hasta 5. Ver diagrama P-H, en pág. siguiente. El enfriamiento del vapor en un sistema de refrigeración puede realizarse con un intercambiador de calor enfriado por agua o por el mismo refrigerante líquido. El enfriador de vapor por agua, puede dar buen resultado en una compresión de aire en 2 etapas, pero si se trata de la compresión de un vapor refrigerante, en general el agua no enfría lo suficiente. El método que usa el líquido refrigerante, procedente del condensador para producir el enfriamiento del vapor, es el más indicado. El gas a la salida del compresor de baja, burbujea a través del líquido en el enfriador de vapor, en el estado 4, es decir en estado de vapor saturado. El enfriador de vapor con líquido refrigerante, disminuirá la potencia necesaria cuando se utiliza NH3 pero la disminución de potencia cuando se utiliza R-12 es insignificante y prácticamente despreciable. Ejemplo 1 Calcular la potencia necesaria para comprimir 9,08 kg/min de NH3 desde vapor saturado a 1,4 kg/cm2 hasta una presión de condensación de 11,25 kg/cm2. a) En una compresión de una única etapa. b) En una compresión de dos etapas con enfriamiento de vapor por el líquido refrigerante a 3,94 kg/cm2.

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III. SISTEMAS DE PRESIÓNES MÚLTIPLES

a) Sin enfriamiento h1 = 337 Kcal/kg h2 = 369 Kcal/kg h3 = 410 Kcal/kg

b) Con enfriamiento h1 = 337 Kcal/kg h2 = 369 Kcal/kg h4 = 344 Kcal/kg h5 = 379 Kcal/kg

Comparación de la compresión del NH3 con y sin enfriamiento intermedio del vapor.

h2-h1 h3-h2 h5-h4 Caudal masa de 1 a 2 Caudal masa de 2 a 3 Caudal masa de 4 a 5 Potencia de 1 a 2 Potencia de 2 a 3 Potencia de 4 a 5 POTENCIA TOTAL

Sin enfriamiento procesos: 1-2 y 2-3 369 - 337 = 32 410 - 369 = 41 9,08 kg/min 9,08 kg/min 291 Kcal/min 372 Kcal/min 663 Kcal/min

Con enfriamiento procesos: 1-2, 2-4 y 4-5 369 - 337 = 32 379 - 344 = 35 9,08 kg/min 9,92 kg/min 291 Kcal/min 347 Kcal/min 638 Kcal/min

El compresor de alta en el sistema con enfriamiento intermedio del vapor debe comprimir 9,08 kg/min más la cantidad de líquido que se evapora al hacer pasar el vapor recalentado en el estado 2 a saturado en el estado 4. El caudal de NH3 comprimido puede calcularse, haciendo un balance térmico y de masas en el enfriador de vapor como se muestra en la figura siguiente.

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III. SISTEMAS DE PRESIÓNES MÚLTIPLES Balance térmico y de masas en el enfriador del ejemplo 1

Balance térmico:

m6 (75 Kcal/kg) + (9,08 kg/min) (369 Kcal/kg) = m4 (344 Kcal/kg) Balance de masas:

m6 + 9,08 = m4 m4 = 9,92 kg/min Con el enfriamiento intermedio del vapor de NH3, con el refrigerante líquido, la potencia necesaria se ha reducido de 663 Kcal/min a 638 Kcal/min. Otra ventaja que se obtiene con el enfriamiento intermedio del vapor de NH3 es que la temperatura a la salida del compresor de alta se reduce de 122,8 ºC, que es la temperatura en 3 al que se llega con una compresión isoentrópica, a 70 ºC, que es la temperatura en 5. La menor temperatura de salida permite una mejor lubricación y de ello resulta una vida del compresor más larga.

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III. SISTEMAS DE PRESIÓNES MÚLTIPLES La presión óptima de enfriamiento del vapor en la refrigeración puede determinarse aproximadamente con la misma fórmula que se utiliza para la compresión de aire.

Pi = Presión en el enfriador de vapor [kg/cm2] Ps = Presión de admisión del compresor de baja [kg/cm2] Pd = Presión de descarga del compresor de alta [kg/cm2] Para deducir esta ecuación, se supone que un gas perfecto se comprime reversiblemente, es decir, que ésta ecuación es sólo aproximada para los compresores con refrigerantes reales. El enfriamiento intermedio puede no mejorar el rendimiento al no reducir la potencia necesaria como sucede con el R-12.

3.4 UN EVAPORADOR Y UN COMPRESOR Sistema con un compresor y un evaporador usando depósito separador

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III. SISTEMAS DE PRESIÓNES MÚLTIPLES Una válvula reductora de presión, estrangula el vapor saturado, haciendo caer su presión desde el valor intermedio hasta el valor de la presión del evaporador. Este estrangulamiento es necesario porque en este caso, no hay un compresor para trabajar con una presión de admisión alta. En este caso, el depósito separador no mejora el rendimiento del sistema, la única ventaja que se tendría, es que se mantendría el vapor saturado en los tubos del evaporador y la larga tubería de admisión no contribuyen a la refrigeración, sino que aumenta la caída de presión. Este sistema se usa muy raras veces.

3.5 DOS EVAPORADORES Y UN COMPRESOR En muchos casos un compresor sirve a dos evaporadores que trabajan a temperaturas diferentes. Un compresor y dos evaporadores con evaporador para acondicionamiento de aire trabajando a -12°C

Diagrama presión-entalpia para el sistema

El evaporador para el acondicionamiento de aire trabaja a -12 ºC, aunque trabajando a una temperatura más alta enfriaría suficientemente el aire. Por otra parte, pueden surgir dificultades cuando un evaporador trabaja a temperatura innecesariamente baja: Un evaporador que enfría aire para un acondicionamiento, puede acumular una escarcha que interrumpa el flujo de aire, un evaporador que enfríe el aire de una habitación donde se almacena carne u otro producto alimenticio puede secar el aire tanto que el alimento se deshidrate. Para salvar este inconveniente se hace la siguiente modificación:

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III. SISTEMAS DE PRESIÓNES MÚLTIPLES Un compresor y dos evaporadores con válvula reductora de presión para mantener una temperatura alta en un evaporador para acondicionamiento de aire

Diagrama presión-entalpia para el sistema

Una válvula reductora de presión, se instala después del evaporador de alta temperatura, para regular la presión y mantener por ejemplo a 4 ºC, la temperatura del evaporador del aire acondicionado. Las diferencias de funcionamiento entre el arreglo anterior y el actual son los siguientes: En el actual arreglo, el efecto refrigerante en el evaporador de alta temperatura es mayor que en el arreglo anterior. Esta es una ventaja. En oposición a esto, la compresión en el arreglo actual se realiza más dentro de la región de vapor recalentado, por lo que es necesario realizar más trabajo por kilogramo de refrigerante. Desde el punto de vista de la potencia, los sistemas están prácticamente igualados; pero, por el correcto funcionamiento del evaporador de alta temperatura, se prefiere el arreglo actual.

3.6 DOS COMPRESORES Y UN EVAPORADOR La compresión en dos etapas con enfriamiento intermedio del vapor y separación de vapor saturado, es frecuentemente la forma ideal de servir a un evaporador de baja temperatura. Este sistema requiere menos potencia que con un único compresor y frecuentemente el ahorro de potencia justificará el costo del equipo adicional. Ejemplo 2 Calcular la potencia necesaria para los dos compresores de un sistema de refrigeración que utiliza NH3 con un evaporador a -34,4 ºC y 25 Tn de capacidad de refrigeración. El sistema utiliza una compresión en dos etapas, con enfriamiento del vapor y separación de vapor saturado. La temperatura de condensación es 32,2 ºC. Las funciones del enfriador y del depósito separador se realizan en un recipiente.

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III. SISTEMAS DE PRESIÓNES MÚLTIPLES La presión intermedia para un rendimiento óptimo puede calcularse por la siguiente ecuación:

Ps = Presión de saturación a -34,4 ºC = 0,98 kg/cm2 Pd = Presión de saturación a 32,2 ºC = 12,70 kg/cm2

Pi=

(0,98) (12,70)

= 3,5 kg/cm2

donde: h1 = 334,1 Kcal/kg

h5 = 79,7 Kcal/kg

h2 = 374,4 Kcal/kg

h6 = 79,7 Kcal/kg

h3 = 343,4 Kcal/kg

h7 = 36,9 Kcal/kg

h4 = 387,7 Kcal/kg

h8 = 36,9 Kcal/kg

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III. SISTEMAS DE PRESIÓNES MÚLTIPLES Balance térmico y de masas en el evaporador:

m1 =

(25 Tn) (50,4 Kcal/min Tn)

= 4,24 kg /min

(334,1 - 36,9) Kcal/kg m1 = m2 = m7 = m8 = 4,24 kg/min

Balance térmico y de masas en el enfriador de vapor. m2h2 + m6h6 = m3h3 + m7h7 m6 = m3

y

m2 = m7

(4,24)(374,4) + m3(79,7) = m3(343,4) + (4,24)(36,9) m3 = 5,42 kg/min (4,24 kg/min) (374,4 Kcal/kg - 334,1 Kcal/kg) Potencia CB =

= 16 HP

(10,7 Kcal/min HP)

(5,42 kg/min)(387,7 Kcal/kg - 343,4 Kcal/kg) =22,5 HP

Potencia CA = (10,7 Kcal/min HP) Potencia total = 16 + 22,5 = 38,5 HP

Esta potencia puede compararse con la de un sistema de compresor único que desarrolla 25 Tn. a -34,4 ºC. Diagrama presión-entalpia para un sistema de compresor único en las condiciones del ejemplo 2 h1 = 334,1 Kcal/kg h2 = 428,8 Kcal/kg h3 = h4 = 79,7 Kcal/kg

(25 Tn) (50,4 Kcal/min Tn) m1 = (334,1 - 79,7 ) Kcal/kg

m1 =

(4,95) (428,8 - 334,1) Potencia =

= 44 HP. 10,7

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4,95 kg/min

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III. SISTEMAS DE PRESIÓNES MÚLTIPLES 3.7 DOS COMPRESORES Y DOS EVAPORADORES Ejemplo 3 En un sistema con amoníaco, un evaporador ha de proporcionar 20 Tn de refrigeración a - 34,4 ºC y otro evaporador ha de proporcionar 40 Tn a -12,2 ºC. El sistema hace la compresión en dos etapas, con enfriamiento del vapor. La temperatura de condensación es de 32,2 ºC. Calcular la potencia de los compresores. Dos compresores y dos evaporadores funcionando con enfriamiento de vapor y separación de vapor saturado

h1 = 334,1 Kcal/kg h2 = 365,0 Kcal/kg h3 = 341,6 Kcal/kg h4 = 395,5 Kcal/kg

Diagrama presión-entalpia correspondiente al sistema

h5 = 79,7 Kcal/kg h6 = 79,7 Kcal/kg h7 = 29,9 Kcal/kg h8 = 29,9 Kcal/kg

Caudal másico en el punto 1

m1 =

(20 Tn) (50,4 Kcal/min Tn)

= 3,31 kg/min

(334,1 - 29,9) Kcal/kg

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III. SISTEMAS DE PRESIÓNES MÚLTIPLES Balance térmico y de masas en el evaporador de alta temperatura y en el enfriador de vapor del ejemplo 3.

Balance térmico: m5h5 + 2016 + m2h2 = m3h3 + m7h7 pero: m2 = m7

m3 = m5

≠

==>

79,7 m3 + 2016 + (3,31)(365) = 341,6 m3 + (3,31)(29,9) m3 = 11,92 kg/min Potencia para el compresor de baja: (3,31 kg/min) (365 - 334,1) Kcal/kg Potencia CB = (10,7 Kcal/min HP) Potencia CB =

9,6 HP

Potencia para el compresor de alta: Potencia CA =

(11,92 kg/min) (395,5 - 341,6) Kcal/kg (10,7 Kcal/min HP)

Potencia CA = 60,1 HP Potencia total: PT = PCB + PCA = 9,6 + 60,1 = 69,7 HP

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m2 = m1

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III. SISTEMAS DE PRESIÓNES MÚLTIPLES En caso de una sola etapa, se tienen: Evaporador de alta

Evaporador de baja

h1 = 341,6 Kcal/kg h2 = 395,5 Kcal/kg h3 = 79,7 Kcal/kg h4 = 79,7 Kcal/kg

h1 = 341,6 Kcal/kg h2 = 428,8 Kcal/kg h3 = 79,7 Kcal/kg h4 = 79,7 Kcal/kg

Caudal en el evaporador de baja:

m1 =

(20 Tn) (50,4 Kcal/min Tn)

= 3,96 kg/min

(334,1 - 79,7) Kcal/kg

Caudal en el evaporador de alta: (40 Tn) (50,4 Kcal/min Tn) m1 =

= 7,70 kg/min (341,6 - 79,7) Kcal/kg

Potencia del sistema de baja temperatura de evaporación: (3,96 kg/min) (428,8 - 334,1)Kcal/ kg Pevap. baja =

(10,7 Kcal/min HP)

= 35,1 HP

Potencia del sistema de alta temperatura de evaporación:

Pevap. alta =

(7,70 kg/min) (395,5 - 341,6) Kcal/ kg

= 38,8 HP

(10,7 Kcal/min HP) Potencia total: PT = Pevap. baja + Pevap. alta = 35,1 + 38,8 = 73,9 HP

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CAPÍTULO

IV IV. CALCULO DE CARGAS 4.1. INTRODUCCIÓN El cálculo de las necesidades frigoríficas de una o varias cámaras es una operación rutinaria y que resulta repetitiva, puesto que siempre intervienen las mismas consideraciones de datos y evaluaciones básicas. Los cálculos detallados de las cargas térmicas y de las necesidades de frío comportan frecuentemente la necesidad de utilización de tablas que permiten simplificar y obtener de un modo casi directo las estimaciones pertinentes. Por otro lado, hay que tener en cuenta la necesidad de efectuar el descarchado de los evaporadores y es por este motivo que la potencia frigorífica de la máquina deberá ser determinada para una duración de funcionamiento que no será en todo caso de 24 horas por día, sino siempre menor. Así pues, es práctica habitual para las cámaras frías utilizadas en refrigeración con temperaturas de funcionamiento superiores a 0 ºC estimar la duración horaria del grupo frigorífico en 16 horas por día, lo cual supone un tiempo de 8 h diarias, suficientemente amplio para proceder al “desescarche” del evaporador, por el método que sea, siendo el más rentable el que no requiere aporte de energía calorífica, como resulta evidente. Para las cámaras frías a temperatura negativa, es decir, por debajo de 0 ºC, la duración del funcionamiento del equipo frigorífico suele estimarse en 18 h diarias, siendo el resto de horas diarias suficiente para el descarchado con aporte suplementario de energía, si hace falta. Conviene hacer una observación aclaratoria. En este capítulo estudiaremos, fundamentalmente la carga térmica de la cámara, que no es otra cosa que el calor que hay que extraer de ella, por diferentes causas. Aunque siempre hablaremos de calor, en realidad se trata de potencias, bien sea caloríficas o frigoríficas, que se medirán en kcal/h, en W, o en kW. La costumbre hace que a estos términos los llamaremos calores.

4.2. CRITERIOS GENERALES Para mantener fría una cámara y todo lo que está contenida en ella, es necesario extraer el calor inicial y después el que pueda ir entrando en la cámara, por bien aislada que esté. El requerimiento total de refrigeración,

total, puede establecerce como sigue:

Para estos términos pueden emplearse como unidades las kcal/h, W o kW. En la anterior expresión, los términos del segundo miembro tienen el siguiente significado: representa los sumandos necesarios que tienen en consideración la carga térmica a eliminar procedente del calor sensible, del calor latente de solidificación, de las reacciones químicas, del embalaje y del calor absorbido para la congelación del agua de los alimentos o productos que se desea refrigerar.

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IV. CÁLCULO DE CARGAS incluye entre otros los flujos de calor a través de los cerramientos de la cámara por transmisión de paredes, suelo y techo, la refrigeración para el aire exterior que se introduce, la ventilación, las cargas térmicas debidas a ventiladores, bombas, iluminación eléctrica, personas que manipulan los productos, etc. Como el calor generado en las 24 horas de un día se ha de extraer en un número de horas menor, en las t horas de funcionamiento diario, la potencia frigorífica de la maquinaria NR habrá de ser superior a la potencia calculada para extraer en las 24 horas. Su valor será:

4.3. CÁLCULO DE LAS CARGAS TÉRMICAS DE UNA CÁMARA Para optimizar las dimensiones y características técnicas de un evaporador y de una instalación frigorífica en general es necesario considerar, como ya se ha apuntado, los siguientes factores. — Flujo de calor a través de los cerramientos. — Entrada de aire exterior en la cámara. — Calor liberado por la iluminación interior. — Calor liberado por las personas — Calor de los ventiladores del evaporador, si los hay, para la circulación forzada del aire. Todos estos factores hasta aquí enumerados constituirían el sumando de “otras fuentes” Además tendríamos: — Refrigeración de alimentos en distintas etapas. — Calor de respiración de frutas y verduras. — Calor de mercancía y su embalaje. Aunque es habitual trabajar con modelos pautados que incluyen la totalidad de estos factores que en cada caso deberán o no considerarse, de momento estableceremos los criterios de evaluación de cada uno de ellos, así como la procedencia tabular de todos los datos necesarios para la obtención del calor total anteriormente establecido. 4.3.1. Transmisión de calor a través de paredes y cerramientos. La tasa de calor que entra en la cámara por transmisión de calor a través de las paredes y el techo viene dada por la expresión:

Siendo: K A

= = = =

Tasa de calor en W. coeficiente global de transmisión de calor en W/(m2 ºC). Superficie de cerramiento en m2 Salto térmico en la cámara en ºC

El salto térmico en la cámara se obtiene a partir de:

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IV. CÁLCULO DE CARGAS donde: te = Temperatura exterior en ºC ti = Temperatura interior en ºC t’ = Suplemento de temperatura por radiación solar en ºC El suplemento de temperatura por radiación solar, t’, permite tener en cuenta el efecto que produce la radiación solar sobre las paredes. Este suplemento depende de la orientación y del color de la pared. Los muros claros reflejan mejor la radiación que los muros oscuros. En la tabla 1, se muestran los valores del suplemento de temperatura por radiación solar. En el caso de cerramientos en la sombra, el valor suplemento es nulo. Para determinar el coeficiente global de transmisión de calor, K, se emplea la siguiente expresión:

Siendo he y hi los coeficientes de convección exterior e interior; e1, e2, ... los espesores de los diferentes elementos que constituyen la pared o el techo, y λ1, λ2, ... las conductividades térmicas de estos elementos. K1, K2, ... son los coeficientes de transmisión calorífica de los distintos materiales. La tabla 2 permite obtener el coeficiente de transmisión calórica de algunos materiales. El coeficiente 1/h, denominado resistencia superficial, presenta un valor variable en función del sentido del flujo, pero puede utilizarse un valor aproximadamente de 0,11 (m2ºC)/W. En cada cerramiento se calcula la carga de calor entrante. Sumando las cargas de cada cerramiento, se obtiene la carga total de calor por transmisión en la cámara. TABLA 1. Suplementos de temperatura por radiación solar en ºC

TABLA 2. Coeficiente de transmisión calórica K para materiales usuales, en W/(m2· K).

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IV. CÁLCULO DE CARGAS Los valores de temperaturas exteriores medias según su situación y orientación, en términos generales de aplicación, pueden obtenerse de la tabla 3. También existen otros estudios que dan valores más exactos para determinados puntos o zonas concretos de nuestra geografía. TABLA 3. Temperaturas exteriores en los locales en Europa Central para el cálculo de cámaras frías.

4.3.2. Aire exterior entrante en la Cámara Siempre es necesario proceder en mayor o menor medida a una aireación de la cámara fría. En ocasiones esta ventilación se produce por la frecuencia de apertura de las puertas para la entrada y salida de género, pero si esto no fuera suficiente debería procederse a la utilización de sistemas de ventilación forzada complementarios. El número de renovaciones puede establecerse por hora o por día. En este último caso la expresión a utilizar sería:

Siendo V n

= = = =

Potencia calorífica aportada por el aire en (W). Volumen de la cámara en metros cúbicos (m3). Calor del aire en (kJ/m3) obtenido por el diagrama psicométrico o por tablas. Número de renovaciones de aire por día.

En la tabla 4 pueden observarse los valores normalmente empleados para la evaluación de (n/d) para cámaras negativas y cámaras por encima de 0ºC en función del volumen de las mismas. TABLA 4. Renovación del aire diario por las aberturas de puertas para las condiciones normales de explotación “cámaras negativas” y “cámaras por encima de 0 ºC

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IV. CÁLCULO DE CARGAS En la tabla 5 se pueden observar los valores del calor del aire en (kJ/m3) que penetra en la cámara para distintas condiciones de temperatura y humedad relativa. Este dato también puede obtenerse de la utilización en términos diferenciales del diagrama psicométrico. Los valores obtenidos representan el calor necesario para bajar la temperatura de 1 m3 de aire de las condiciones de entrada hasta condiciones de temperatura final de la cámara. TABLA 5. Calor de aire (en kJ/m3) para el aire exterior que penetra en la cámara fría.

Esta potencia calorífica debida al aire exterior, la hemos obtenido en kJ/d, es decir, kilojulios partidos por día, por comodidad. Cuando sumemos esta potencia a las demás, habrá que convertir esta unidad a la que empleemos de forma general.

4.3.3. Calor liberado por la iluminación interior Las lámparas existentes en el interior de la cámara liberan un calor equivalente a:

Siendo: P t

= = =

Potencia total de todas las lámparas en (W) Duración o tiempo de funcionamiento en horas/día de las mismas. Potencia ocasionada por la iluminación que debe anotarse en el cálculo de la carga térmica de la cámara en (W). Si las lámparas son del tipo fluorescente se multiplica la potencia total de todas las lámparas por el factor 1,25 para considerar el consumo complementario de las reactancias. Sin no se conoce la potencia de las lámparas puede estimarse un valor comprendido entre 5 y 15 W/m2 de planta de cámara.

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IV. CÁLCULO DE CARGAS 4.3.4. Calor liberado por las personas También las personas que entran en una cámara liberan calor a razón de:

Siendo: q = Calor por persona en (W) según la tabla 6. n = Número de personas en la cámara t = Tiempo de permanencia en horas/día. El tiempo de permanencia variará según el trabajo que deban efectuar las personas en el interior de la cámara. Generalmente se evalúa entre 0,5 h/día y 5 h/día, pero conviene una información precisa sobre este extremo, que se obtendrá de la consideración de su utilización en cada caso.

4.3.5. Calor liberado por los motores En el interior de una cámara frigorífica existen aportaciones de calor debidas al funcionamiento de los ventiladores del evaporador. Asimismo, cualquier máquina que realice un trabajo dentro de una cámara frigorífica, como por ejemplo las carretillas elevadoras, desprenderá calor. La siguiente expresión permite determinar el calor liberado por los motores, en W:

Siendo: P = Potencia de cada motor t = Tiempo de funcionamiento del motor en horas. 0,2= Factor de conversión de la energía eléctrica en calorífica. TABLA 6. Potencia calorífica aportada por las personas.

Los ventiladores sólo se utilizan durante el funcionamiento de la máquina frigorífica y, generalmente, no funcionan en los períodos destinados al desescarche de los ventiladores.

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IV. CÁLCULO DE CARGAS El calor total por otras fuentes será el siguiente:

4.3.6. Refrigeración de los Productos La carga calorífica correspondiente a la conservación de los alimentos puede dividirse, a su vez, en distintos sumandos, según sea el caso: a) Refrigeración de alimentos. b) Congelación de alimentos. c) Calor de respiración de alimentos. d) Calor de embalaje.

a) Refrigeración de alimentos Cuando las condiciones de conservación del producto precisen temperaturas superiores a la de congelación, la carga calorífica de refrigeración, en kW, se obtendrá a partir de:

Siendo: Cp m Te Tf

= = = =

Calor específico másico del producto antes de la congelación, en kJ/(kg K) Masa de producto que debe enfriar, en kg. Temperatura del producto al entrar en la cámara, en ºC Temperatura del producto al final del enfriamiento, en ºC (esta temperatura será superior a la de congelación)

En la tabla 7 se incluyen valores de calores específicos de distintos productos. En la bibliografía (3) se puede encontrar información sobre materiales empleados en embalajes.

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IV. CÁLCULO DE CARGAS TABLA 7. Temperaturas recomendadas, humedad relativa, calor máximo específico y calor de respiración de alimentos refrigerados.

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IV. CÁLCULO DE CARGAS TABLA 7. (Continuación)

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IV. CÁLCULO DE CARGAS TABLA 7. (Continuación)

b) Congelación de alimentos En el proceso de congelación de los alimentos se distinguen tres etapas: b1) Enfriamiento del producto hasta alcanzar la temperatura de congelación. b2) Congelación del producto. b3) Enfriamiento del producto por debajo de la temperatura de congelación.

b1) Enfriamiento del producto hasta alcanzar la temperatura de congelación. En esta etapa el producto se enfría desde la temperatura de entrada hasta la de congelación, y el calor generado, en kW, es el siguiente:

Siendo: Cp = Te = Tc =

Calor específico másico del producto antes de la congelación, en kJ/(kg K) Temperatura del producto al entrar en la cámara, en ºC Temperatura de congelación del producto, en ºC

b2) Congelación del producto

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IV. CÁLCULO DE CARGAS En esta fase del proceso, el producto se congela y realiza un cambio de estado a temperatura constante. El calor generado, en kW, es el siguiente:

Siendo: L m

= =

Calor latente de congelación, en (kJ/kg). Masa de producto, en (kg).

b3) Enfriamiento del producto por debajo de la temperatura de congelación El calor generado, en kW, en la última etapa del proceso es el siguiente:

Siendo: Cp =

Calor específico másico del producto después de la congelación, en kJ/(kg K).

Tc

=

Temperatura de congelación del producto, en ºC.

Tf

=

Temperatura final del producto en la cámara, en ºC (esta temperatura erá inferior a la de congelación).

Por lo tanto, el calor total para congelar un producto será:

c) Calor de respiración de los alimentos En las frutas y las verduras, el género continúa madurando en el interior de la cámara frigorífica, liberando un calor por respiración que puede determinarse, en kW, mediante la siguiente expresión:

Siendo: Cs = m =

Calor de respiración, en kJ/(kg día). Puede obtenerse en la tabla 7. Masa de género, en kg.

d) Calor del embalaje En las mercancías embaladas, no debe despreciarse el calor generado por el envoltorio del producto. El calor debido al embalaje, en kW, puede obtenerse a partir de:

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IV. CÁLCULO DE CARGAS Siendo: ce

=

Calor específico del material del embalaje, en kJ/(kg K).

m

=

Masa del embalaje, en kg.

Te y Tf = Temperatura de entrada y final del género, en ºC. En la bibliografía [1] puede obtenerse información sobre materiales de embalaje. En el caso de la conservación de frutas, este calor por embalaje puede ser un 10%, en cámaras grandes, y hasta, un 20%, en cámaras pequeñas, del valor obtenido para el enfriamiento de la mercancía. La carga debida a los productos será la suma de todas las cargas que se produzca en cada caso para el enfriamiento del producto, es decir:

4.3.7. Calor total de refrigeración Una vez obtenidos los valores de los calores de cada uno de los conceptos anteriormente expuestos, se tendrá: =

calor total de otras fuentes.

=

calor total de los productos.

Una vez conocida la carga frigorífica de la cámara, para calcular la potencia frigorífica de la maquinaria necesaria NR se ha usar la expresión que se indica al principio de este capítulo, teniendo en cuenta las horas de funcionamiento diario previstas. Ejemplo de cálculo 1 Calcular la carga térmica de una cámara para refrigeración de alubias verdes (vainitas) con una carga diaria de 3.000 kg/día que entra a una temperatura de 20 ºC. La temperatura del aire exterior es de 35 ºC con una humedad relativa del 60 % y la del aire interior de 5 ºC con humedad relativa del 95%. Una persona entra cada día durante 3 horas y la cámara está iluminada con dos tubos fluorescentes de 60 W durantes estas 3 h/día. Las dimensiones exteriores de la cámara son: longitud 4 m, anchura 3 m y altura 2,5 m. Tiene un aislamiento de espuma de poliestireno de 10 cm de 64 kg/m3 de masa volumétrica en todos los cerramientos. Suponer una duración de 16 h/diarias de funcionamiento. Suponer que los ventiladores tienen una potencia de 560 W.

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IV. CÁLCULO DE CARGAS Dimensiones de la cámara Volumen = 4 x 3 x 2,5 = 30 m3 Superficie de las paredes laterales y puerta mismo material: 2 x 4 x 2,5 = 20 m2 2 x 3 x 2,5 = 15 m2 Superficie del suelo y techo mismo material 2 x 4 x 3 = 24 m2 Transmisión por paredes y cerramientos

K para poliestireno de 64 kg/m3 y 100 mm espesor: 0,33 W/(m2 · K). Tabla 2). La cámara está situada a la sombra. A = 20 +15 + 24 = 59 m2 = 35 ºC - 5 ºC = 30 ºC = 30 K = 0,33 · 59 · 30 = 584,1 W Renovación de aire Volumen de la cámara: 30 m3 Número de renovaciones (tabla 4) para valores de 30 m3 aproximadamente y para cámaras por encima de 0 ºC n = 17,5 renovaciones/día Contenido en calor del aire (tabla 5), entrada + 35 ºC y final + 5 ºC con 60 % humedad relativa.

La potencia, expresada en W, será:

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IV. CÁLCULO DE CARGAS Calor de iluminación P = 2 x 60 W x 1,25 = 150 W (por ser fluorescente) t = 3 horas / día

Personas (tabla 6) n = 1 persona; t = 3 h/día para + 5 ºC será q = 240 W persona

Calor liberado por los motores Para una evaluación exacta del calor liberado por los ventiladores sería preciso conocer las características del evaporador y sus dimensiones y en función de estos datos se obtendría la potencia total de los mismos. Como este valor depende de la carga frigorífica total, aquí de momento supondremos un valor de P = 560 W. Por tanto:

Suponiendo 16 horas de funcionamiento diario. Carga total de otras fuentes

Refrigeración de alimentos Carga total = 3000 kg/día. Calor específico másico de las alubias verdes entre +4 y +7 ºC de almacenamiento con 95% de humedad relativa: 3,81 (kJ/kg · K) (Tabla 7). = de 20 ºC hasta 5 ºC = 15 ºC = 15 K Suponiendo un 10% de incremento en concepto de pérdidas, embalaje, etc.

(Se divide por 86,4 para pasar a W (pues 3600 · 24/1000 = 86,4)

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IV. CÁLCULO DE CARGAS Respiración del género

Calor del embalaje Suponemos que es el 10% del calor de refrigeración del producto:

Calor total del producto

Calor total de refrigeración Con todos estos valores se calcula el calor total de refrigeración necesario, es decir

Es conveniente incrementar esta cantidad en un 10% como margen de seguridad; así pues,

Potencia nominal frigorífica Suponiendo un funcionamiento diario de 16 h, la potencia frigorífica nominal necesaria sería de:

Con todos estos datos pueden establecerse en forma de tabla la hoja de cargas frigoríficas. Existen modelos pautados pero se adjunta un tipo que puede servir para posteriores aplicaciones, donde se recogen los datos y expresiones necesarios para su evaluación. Naturalmente, como puede deducirse, existen sumandos que considerarán las necesidades iniciales de refrigeración y otros que serán necesarios para mantener las condiciones en régimen permanente de funcionamiento. En cada caso deberá procederse a una evaluación adecuada de las necesidades reales de refrigeración.

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IV. CÁLCULO DE CARGAS CÁLCULO DE CARGAS FRIGORÍFICAS Dimensiones ... l= ........; a = .......; h = .......; en metros. Volumen en metros cúbicos............................................................................................................... Paredes en metros cuadrados............................................................................................................. Techo en metros cuadrados ............................................................................................................... Suelo en metros cuadrados ................................................................................................................ Superficie total transmisión: en metros cuadrados .......................................................................... 1.

Transmisión paredes y cerramientos =

2.

=....................................................................................... W

Renovación de aire kJ/día x

3.

m3 m2 m2 m2 m2

1 86,4

............................................................. W

Calor iluminación x 1,25 (lámparas descarga) =......................................................... W

4.

Personas =

5.

= ..................................................................................... W

Motores =

= ....................................................................................... W

o bien ª 10 al 15% de 6.

Refrigeración alimentos =

7.

x

1 =................................................................. W 86,4

x

1 =................................................................. W 86,4

Respiración género =

58

1 = ................................................................. W 86,4

Calor congelación =

8.

x

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IV. CÁLCULO DE CARGAS 9.

Calor del embalaje

10. Carga frigorífica total Margen de seguridad (10%)

Ejemplo 2 Calcular la carga frigorífica necesaria en una cámara cuya temperatura media del aire exterior es de 32 °C y 70% destinada a conservación de manzanas a una temperatura interior de 0°C con una humedad relativa de 85%, funcionando 16 horas diarias. La carga diaria es de 10000 kg y la capacidad total de almacenaje de 40000 kg aproximadamente. El tipo de estiba de 250 kg/m3. El género entra a 25°C. Supondremos una potencia de los ventiladores 450 W. Se considera un coeficiente global K de 0,40 W / (m2 K) Solución

Cálculo de las dimensiones:

Figura 1. Dimensiones de la cámara

Tomaremos una altura ni muy alta ni muy baja, 5 m, con lo que la superficie de la planta será de S = 160 m3/5 m = 32 m2. Podemos considerar una planta de 4m x 8 m. Dimensiones 4 m x 8 m x 5m (Fig. 1).

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IV. CÁLCULO DE CARGAS Superficie paredes: Superficie suelo y techo: Superficie total

2x8x5 = 80 m2 2x4x5 = 40 m2 2x8x4 = 64m2 = 184 m2

1. Pérdidas por transmisión La partida correspondiente a la transmisión valdrá:

2. Renovación de aire exterior Utilizando el diagrama psicrométrico tendríamos: para 32 °C y 70%

h1 = 87,5 kJ/kg aire

para 0 °C y 85%;

h2 = 75,35 kJ/kg aire

Δh = h1 - h2 = 12,2 kJ/kg aire Tomando 1,28 kg/m3 como densidad del aire y para 160 m3 y 7 renovaciones/día aproximadamente:

3. Iluminación y personas Tomando entre un 15% de la pérdida por transmisión por este concepto se tendrá:

4. Motores Funcionando 16 horas con P = 450 W

.. 5. Enfriamiento del género Carga total diaria 10000 kg; diferencia de temperatura de 25 °C a 0 °C. Calor másico específico manzana: 3,64 kJ/kg K) (tabla 7).

..

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IV. CÁLCULO DE CARGAS 6. Respiración del género Calor respiración cámara llena 40.000 kg .

.

7. Calor del embalaje Estimamos un 10% del calor de refrigeración de los alimentos:

8. Carga frigorífica total

Potencia frigorífica de la máquina:

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IV. CÁLCULO DE CARGAS

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CAPÍTULO

V V. BUENOS PROCEDIMIENTOS DE SERVICIO 5.1 INTRODUCCIÓN El presente capítulo está dirigido a todas aquellas personas encargadas el uso, mantenimiento y servicio de los sistemas con el uso de NH3. Sugerimos el pleno conocimiento de los conceptos aquí vertidos a fin de asegurar una óptima operación y larga vida, y de esta manera evitar inconvenientes funcionales por malas maniobras y/o incorrecto mantenimiento. Cabe aclarar que la responsabilidad por cualquier daño o avería debido a la no observancia de normas y cuidado al operar, mantener o reparar, aunque no se mencione en el presente capítulo, será exclusiva del lector. El siguiente capítulo tiene por objeto dar una idea clara, práctica y la más concisa posible sobre el funcionamiento de una instalación frigorífica de simple etapa de compresión y por recirculado de refrigerante líquido a los servicios.

5.2 CICLO INSTALACIÓN FRIGORÍFICA Comenzaremos el ciclo frigorífico desde el depósito de líquido: el refrigerante es tomado desde el fondo del recipiente mediante la válvula “V1” (ver fig. Nº 5.1) (dicha válvula posee un caño de pesca) y es enviado por diferencia de presión al separador de líquido, previo paso por el cuadro de inyección. Este recipiente tiene la función de almacenar el refrigerante, en caso de un vacío general de la instalación por paradas prolongadas, y en funcionamiento normal debe trabajar con un remanente de líquido de no menos del 10 % del volumen total, destinado para abastecer el separador del líquido.

Fig. 5.1 El cuadro de inyección está formado (ver fig. Nº5.2) por una válvula de paso, un filtro, una electroválvula y una válvula de expansión. La válvula de expansión “V5” que tiene por objeto producir un brusco descenso de la

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V. BUENOS PROCEDIMIENTOS DE SERVICIO presión del refrigerante y por consiguiente un fuerte descenso de la temperatura del fluido. Esta válvula debe regularse, de manera de lograr que la electroválvula de inyección de refrigerante al separador, esté más tiempo inyectando (bobina energizada), que en la posición de reposo (bobina desenergizada), dicha bobina es controlada automáticamente por el sensor del nivel ubicado en el separador. Este cuadro es armado con una segunda válvula de expansión de operación manual, que se puede utilizar en caso de avería del sistema automático, la misma debe operarse únicamente con el compresor en marcha, con la instalación fuera de servicio ésta válvula debe permanecer cerrada.

Fig. 5.2

El separador de líquido tiene la función vital de abastecer los servicios con refrigerante líquido y recibir los retornos de gas saturado de los mismos (normalmente es incorporado un sistema automático de nivel que controla la inyección de refrigerante líquido). El fluido es tomado desde el fondo del separador mediante la bomba de circulación “BR”. Dicha bomba es la encargada de hacer circular el refrigerante líquido por todos los servicios habilitados. Se considera como servicio de frío los siguientes equipos o máquinas: (banco de agua helada, evaporadores de cámaras, enfriadores tubulares, enfriadores a placas, máquinas productoras de hielo, etc.). Los servicios deben trabajar inundados para lograr un óptimo funcionamiento, la falta de refrigerante provoca una reducción notable en el rendimiento del evaporador. El refrigerante circulante absorbe calor entregado por el producto a refrigerar, provocando la evaporación del líquido, estos gases saturados son retornados al separador de líquido (en el caso de una cámara de conservación de alimentos, el aire es obligado a circular por el evaporador a través de ventiladores, para producir el intercambio térmico). A la entrada de estos servicios se coloca un cuadro de habilitación, compuesto por una válvula de paso, un filtro, una electroválvula y una válvula de expansión. La electroválvula es gobernada normalmente por un control de temperatura del producto a enfriar, la válvula de expansión como en el caso anterior debe ser regulada, logrando a la salida (retorno al separador) escasa cantidad de refrigerante líquido. El Compresor es el alma de la instalación frigorífica y su función es hacer circular el refrigerante para realizar el ciclo frigorífico de simple etapa de compresión. En este capítulo se detalla el funcionamiento en una sola etapa de compresión, esto quiere decir que todo el volumen de gas refrigerante producido por la evaporación, es aspirado por un solo sistema de compresión y enviado al condensador. De esta manera el calor absorbido por el refrigerante en el evaporador es transportado hasta el condensador para entregarlo al ambiente. Con un

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V. BUENOS PROCEDIMIENTOS DE SERVICIO correcto funcionamiento del separador de líquido, el compresor debe aspirar gas de amoníaco seco (libre de gotas de líquido), para evitar un régimen de trabajo muy húmedo, que provocaría una fuga de aceite excesiva y un desgaste prematuro de los elementos de fricción, por la acción de lavado que ocasiona el refrigerante líquido, a la vez que reduce la capacidad de la máquina por la reexpansión de las gotas en el cilindro. Estos gases son comprimidos a la presión de descarga para ser enviados al condensador, previo paso por el separador de aceite, destinado a recuperar el lubricante mezclado con los gases de la compresión y retornarlo al cárter. El reenvío del aceite al compresor debería estar gobernado por un cuadro automático que energiza la electroválvula con el compresor en marcha y si la temperatura del separador es la adecuada. El condensador tiene por objeto licuar los vapores del fluido frigorígeno que provienen del compresor a alta presión. Esto se consigue eliminando el calor de dichos vapores a través de las paredes conductoras generalmente refrigeradas por medio de agua fresca y aire atmosférico. El refrigerante pasa del estado gaseoso a líquido y comienza a precipitarse por diferencia de peso al fondo del depósito de líquido, recobrando la condición inicial e iniciar nuevamente el ciclo frigorífico.

5.3 PUNTOS DE TRABAJO CRÍTICOS 5.3.1. Presiones y temperaturas máximas de trabajo para una etapa de los compresores VMC Los gráficos ilustrados nos muestran de qué manera aumenta el recalentamiento de los gases de descarga a medida que disminuye la temperatura de evaporación. Este valor de recalentamiento no debe exceder los 110ºC. Otra limitación surge de la relación de presiones Pk (presión de condensación) / Po (presión de evaporación), que no debe exceder el valor de 10. Las sobrecargas mecánicas y térmicas y el bajo rendimiento volumétrico así lo exigen. Condiciones de trabajo que superen dicho valor requieren compresión en doble etapa.

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V. BUENOS PROCEDIMIENTOS DE SERVICIO 5.4 GRÁFICOS DE TEMPERATURA - PRESIÓN

Fig. 5.3

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V. BUENOS PROCEDIMIENTOS DE SERVICIO 5.5 EL COMPRESOR ALTERNATIVO Los compresores alternativos como su nombre lo indica comprimen en forma alternada, un cilindro a la vez. VMC Refrigeración S.A. diseña y fabrica máquinas desde dos cilindros hasta ocho, y cubren una variada gama de potencias de acuerdo a las necesidades del cliente, con sus distintos modelos (Serie 73 – Serie 90 – Serie 127). Son entregados con el siguiente equipamiento: – Válvulas de maniobras de aspiración y descarga. – Bomba de aceite a engranajes – Filtros de aceite interno (primario), externo (secundario) – Enfriador de aceite por agua. – Tapas de cilindro enfriadas por agua. – Manovacuómetros para indicar presiones de succión, descarga, lubricación. – Presostatos de protección por baja-alta presión, y diferencial de aceite. – Sistema automático para que arranque descomprimido. – Separador de aceite en la descarga con sistema automático para retorno al cárter del compresor. La activación y desactivación de los pares de cilindros se realiza generalmente en forma automática mediante dos electroválvulas una de descarga y otra de alimentación. La descarga permanece activada con la unidad parada y durante la parcialización, mientras que la de alimentación se activa cuando el arranque del motor eléctrico ha finalizado. El compresor siempre debe arrancar descomprimido para no exigir el motor eléctrico.

5.6 EL SEPARADOR DE ACEITE Este elemento es indispensable para la instalación frigorífica, su función es separar el aceite que se mezcla con el refrigerante en la etapa de compresión, también sirve como trampa de líquido de alta presión, cuando se saca de servicio la instalación por un tiempo prolongado. Si el separador de aceite está intercalado (requisito que V M C exige al montar sus compresores), el retorno de aceite automático al cárter servirá para introducir el aceite que recupera durante la marcha del compresor, a través de un orificio calibrado de 0.5 a 1 mm de diámetro según los modelos. El retorno sólo será posible cuando el compresor se ponga en marcha y un termostato colocado en el fondo del separador, sea el encargado de darle la orden a la electroválvula del cuadro automático. Este termostato debe regularse entre 40 y 50 ºC de acuerdo a cada instalación, el mismo nos asegura que se evapore todo el refrigerante condensado por una parada prolongada, antes de que comience el retorno de aceite.

5.7 PROTECCIONES DEL COMPRESOR 5.7.1 Presostato de baja presión La función de la protección de baja presión es evitar el vaciado de la instalación frigorífica ante una eventual falla del sistema. También puede tener como función tratar de asegurar que no baje demasiado la presión de los gases de aspiración cuando los servicios lleguen a temperatura o sean deshabilitados. La actuación de esta protección puede ser a causa de:

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V. BUENOS PROCEDIMIENTOS DE SERVICIO 

Válvulas de maniobra de la etapa de evaporación cerradas.



Bobina de la electroválvula del cuadro de inyección al separador está desactivado o quemada.



Filtros de cuadros obstruídos (cuadros de inyección, aspiración y presión constante).



Falta de líquido refrigerante en la instalación.



Falta de evaporación en los servicios por bloqueo de hielo en evaporadores, enfriador de agua, etc.

La presión de baja normal en una instalación frigorífica puede variar de 0 a 4 kg/cm2, dependiendo exclusivamente de la carga térmica incorporada y de la temperatura de estacionamiento de los productos a refrigerar.

5.7.2. Presostato de alta presión: La función de la protección de alta presión es de asegurar que la presión de descarga no alcance valores peligrosos para la instalación frigorífica y perjudiciales para las piezas del compresor. Por otra parte, si es demasiado alta, disminuye el efecto frigorígeno producido por la instalación y simultáneamente aumenta la potencia absorbida por el compresor. La actuación de esta protección puede ser a causa de:



Válvulas de maniobra de la etapa de condensación cerradas.



Bombas de agua o forzadores del condensador detenidos.



Presencia de aire en las cañerías (el aire ocupa un volumen que es desaprovechado por el condensador).



Grandes incrustaciones de impurezas en las paredes de los caños del condensador, que disminuyen notablemente la transferencia de temperatura al ambiente.



Exceso de carga refrigerante y una prolongada operación de vacío que provoca el llenado del recibidor y condensador, desalojando superficie para condensar gases.

La presión de alta normal en una instalación firgorífica puede variar de 9 a 14 kg/cm2, dependiendo exclusivamente de las condiciones atmosféricas.

5.7.3. Presostato de diferencial de aceite: La función de la protección diferencial de aceite es indispensable para la vida del compresor. Este presostato mide la diferencia entre la baja presión y la presión de aceite de la unidad y en caso de registrar una diferencia menor a la regulada comienza a calentar una resistencia, que de persistir la falla detiene la marcha del compresor. La actuación de esta protección puede ser a causa de:



Falta de nivel de aceite en el cárter del compresor.



Filtros de aceite obstruidos.



Presencia de refrigerante líquido que, mezclado con el aceite de lubricación, comienza a evaporar (burbujeo interno que se observa a través del visor de nivel). Las condiciones de absorción de la bomba de engranajes varían de tal forma que se produce cavitación, perdiendo el sistema la lubricación normal.

La presión de aceite normal de un compresor alternativo es de 3 a 5 kg/cm2 sobre la presión de aspiración.

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V. BUENOS PROCEDIMIENTOS DE SERVICIO 5.8 PROCEDIMIENTO CARGA ACEITE POR VACIO Esta operación se debe hacer cada vez que se observe que el nivel en el cárter del compresor se encuentra por debajo de la cuarta parte del vidrio visor. 1.

Colocar la manguera de carga de aceite: un extremo en la válvula de carga de aceite que se encuentra en el fondo del cárter y el otro extremo sumergido en el recipiente con aceite (usar una manguera transparente para ver la aspiración).

2.

Oprimir el pulsador de carga de aceite para bloquear el presostato de baja.

3.

Cerrar válvula de aspiración del compresor hasta que el manómetro de baja indique vacío. Esta operación debe hacerse lentamente observando en el manómetro de presión de aceite que no cavite la bomba de aceite, si esto ocurre actuará el presostato diferencial de aceite que detendrá la marcha del compresor, con el riesgo de provocar un accidente al presurizarse el cárter y estar abierta la válvula de carga de aceite.

4.

Abrir la válvula de carga de aceite y completar hasta el nivel deseado.

5.

Cerrar la válvula de carga aceite y abrir lentamente la aspiración del compresor.

6.

Soltar el pulsador de carga de aceite para restablecer las condiciones normales de funcionamiento.

7.

El procedimiento completo demanda un tiempo de 5 a 10 minutos dependiendo de la cantidad de aceite faltante.

En esta operación hay que tener especial cuidado en no aspirar aire en el momento en que se termine el aceite del recipiente (el aire ingresado en la instalación provoca un aumento de la presión de condensación).

5.9 PROCEDIMIENTO CAMBIO DE ACEITE Se recomienda hacer el cambio de aceite:

 Cumplidas las primeras 500 horas de marcha (de nuevo o luego de una reparación).  Cumplidas las 2000 o 3000 horas de funcionamiento (cantidad de horas que varía con los distintos lubricantes utilizados y las recomendaciones de los distintos fabricantes de compresores).

 Cumplido el año de colocado el aceite en el cárter (independientemente de las horas de marcha).  Cuando se observe un oscurecimiento en el color normal de aceite, provocado por reformas en cañerías, reiterados golpes de líquido en el compresor, agregado de amoníaco con tubos en mal estado, etc. La maniobra para el reemplazo del aceite es la siguiente: 1.

Detener la marcha del compresor y abrir el interruptor general de fuerza motriz o retirar los fusibles del arrancador del motor eléctrico. Se recomienda hacer parar el compresor cerrando la válvula de aspiración con un doble propósito: que quede poca presión en el cárter para ayudar a evacuar el aceite y comprobar el correcto funcionamiento de la protección por baja presión.

2.

Cerrar las válvulas de maniobra del compresor (aspiración y descarga).

3.

Colocar la manguera de purga de aceite (ídem a la de carga de aceite): un extremo en la válvula de carga de aceite que se encuentra en el fondo del cárter y el otro extremo sumergido en un recipiente con agua (usar una manguera transparente para ver la evacuación del aceite).

4.

Abrir la válvula para drenar todo el aceite del compresor. Esta operación se debe hacer lentamente para evitar salpicaduras: el aceite saldrá burbujeando con un poco de amoníaco que se disuelve en el agua. Luego

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V. BUENOS PROCEDIMIENTOS DE SERVICIO de la evacuación del aceite seguiremos purgando hasta eliminar toda la presión que se registra en los manómetros del compresor. 5.

Abrir los robinetes de purga que se encuentran en las válvulas de maniobras de aspiración y descarga para extraer los gases de amoníaco que pudieran haber quedado.

6.

Luego de comprobar que no se registra más presión en los manómetros, proceder a retirar la tapa del cárter, teniendo especial cuidado con las emanaciones de amoníaco.

7.

Extraer el filtro primario de aceite del interior del cárter, desarmarlo y lavarlo con solvente, o reemplazar el elemento filtrante (ver cartilla de especificaciones del fabricante), también escurrir restos de aceite y lavar todo el interior del compresor.

8.

Secar con un trapo que no deje pelusa y proceder al armado del filtro, cerrar válvula de purga, verter aceite nuevo hasta el borde inferior de la tapa e instalar nuevamente la misma.

9.

Retirar el filtro secundario exterior si lo tuviera, lavarlo o reemplazarlo según el estado del mismo o recomendaciones del fabricante de la unidad.

10. Cerrar los robinetes de purga y comprobar el perfecto ajuste de los elementos del compresor. Luego, proceder a la apertura de las válvulas de maniobra y controlar las pérdidas de aceite y amoníaco. 11. Poner en marcha la unidad. De ser necesario el agregado de aceite, repetir la operación de carga de aceite por vacío antes mencionada. El procedimiento completo demanda un tiempo aproximado de 2 horas. Se sugiere además, realizar los siguientes trabajos en el separador de aceite:

 Purgar restos de aceite del separador.  Limpiar filtros y pipetas calibradas de retorno de aceite al cárter.  Verificar el funcionamiento de la electroválvula y el automatismo. Esta operación puede realizarse en cada cambio de aceite o si se verifica un consumo anormal de aceite por falta de retorno, verificación que se puede hacer en funcionamiento normal del compresor, observando el calentamiento del caño de retorno de aceite del separador.

5.10 AUTOMATISMO CÁMARA Tomamos como ejemplo una cámara para describir un automatismo convencional: Los objetivos del sistema de control son, mantener la temperatura de las Cámaras, dentro los parámetros de regulación configurados, controlando los cuadros de inyección de NH3 y los forzadores de cada recinto. La idea es lograr la temperatura que requiere el producto en el tiempo especificado y mantenerla constante durante el almacenamiento. El control puede realizarse mediante la forma tradicional a través de un termostato, por centrales electrónicas de temperatura o un automatismo basado en la lógica de PLC. Para poder comprender cómo funciona la regulación de temperatura de los recintos, es necesario definir dos conceptos: Consigna y diferencial de Regulación. La consigna de Regulación (Set) es el valor en el cual queremos mantener constante la temperatura del recinto, mientras que el diferencial de temperatura (Histéresis), o banda muerta, es el margen alrededor del que provoca, que si la temperatura se mantiene dentro de esa banda, el sistema de control no tome decisiones y que superado

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V. BUENOS PROCEDIMIENTOS DE SERVICIO este entorno se tomen acciones. Esto se efectúa así para evitar simultáneos arranques del compresor cuando hay un único servicio pidiendo frío. Cuando el control es a través de un automatismo tipo PLC se puede lograr otros beneficios. La lógica de funcionamiento del control de temperaturas para la Cámara es la siguiente: Si un recinto está habilitado en modo Frío Normal o Frío con Forzadores, cuando la Temperatura del ambiente supera el valor SrTemp + HrTemp, el sistema activa la solenoide del cuadro de inyección de NH3 de modo de inundar los evaporadores con NH3 líquido. Además, pone o mantiene en marcha los forzadores de aire según el modo de Frío seleccionado. Pero, si ya hubiese otro recinto con el cuadro de Inyección de NH3 activado, y la Temperatura del ambiente supera el valor SrTemp, el sistema también activa la solenoide del cuadro de inyección de NH3, aunque no se haya superado la banda muerta o histéresis. De esta forma, comienza a producirse un intercambio de calor entre el ambiente y el NH3 líquido que inunda los evaporadores del recinto, de modo que parte del NH3 se evapora absorbiendo calor del recinto, por lo que la temperatura ambiente comienza a descender. Cuando la Temperatura del ambiente cae por debajo del valor SrTemp - HrTemp, el sistema desactiva la solenoide del cuadro de inyección de NH3, de modo de cortar el suministro de NH3 líquido a los evaporadores, y por lo tanto, interrumpir el intercambio de calor con el ambiente.

5.11 DESCONGELAMIENTO DE UNA CÁMARA 5.11.1 Ciclo de descongelamiento automático por agua para una cámara Tomamos como ejemplo una cámara que posee un automatismo a base de PLC: El recinto está equipado con un cuadro de agua para descongelamiento formado básicamente por dos electroválvulas: una que permite la entrada de agua a los evaporadores, que se abre cuando se activa su solenoide; y otra de drenaje que permite que se escurra toda el agua que inunda la cañería de entrada a los evaporadores, que se cierra cuando se activa su solenoide. El sistema de control activa y desactiva ambas solenoides en forma simultánea, de modo que, cuando están activas, se abre la entrada de agua a los evaporadores y se cierra el drenaje permitiendo que todo el caudal de agua pase por los evaporadores; y cuando están desactivadas, se cierra la entrada de agua a los evaporadores y se abre el drenaje permitiendo que se vacíe la cañería de entrada a los evaporadores evitando que se congele cuando la cámara vuelva a estar a una temperatura bajo cero. El ciclo de descongelamiento automático está formado por dos etapas, denominadas AGUA y SECADO, que se ejecutan una a continuación de otra. El descongelamiento se inicia cuando el Tiempo de Servicio en Curso se hace igual al Tiempo de Frío Automático configurado o cuando se selecciona el modo de servicio Descongelamiento. Ni bien se inicia el ciclo de descongelamiento arranca la primera etapa denominada AGUA que es el descongelamiento propiamente dicho. Durante esta etapa, el sistema de control detiene los forzadores de los evaporadores, desactiva la solenoide de inyección de NH3 y activa las solenoides de agua para descongelamiento de modo que el agua drene a través de los evaporadores, tratando de derretir el hielo que se ha formado entre las aletas de los evaporadores y arrastrar hacia la bandeja los trozos de hielo que se van desprendiendo. Cuando el tiempo en curso se hace igual al tiempo configurado para la etapa, se da por terminado el descongelamiento con AGUA y se inicia el SECADO.

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V. BUENOS PROCEDIMIENTOS DE SERVICIO En esta etapa, el sistema de control mantiene parado los forzadores de los evaporadores, desactiva las solenoides de agua para descongelamiento, de modo que el agua que inunda la cañería de impulsión de agua hasta los evaporadores se desagote, y activa la solenoide de inyección de NH3 líquido para que se escarche el agua que aún escurre a través de los evaporadores y que al momento que vuelvan a arrancar los forzadores no termine en el piso de la cámara. Cuando el tiempo en curso se hace igual al tiempo configurado para la etapa, se da por terminado el SECADO y el ciclo de descongelamiento. Cuando el ciclo de Descongelamiento finaliza, la cámara vuelve al mismo modo de servicio en el que estaba cuando fue puesta a descongelar. El Tiempo de Servicio en Curso es puesto a cero.

5.11.2. Ciclo de descongelamiento automático por gas caliente para una cámara Tomamos como ejemplo una cámara que posee un automatismo a base de PLC: El recinto está equipado con un cuadro de gas caliente para descongelamiento formado básicamente por una electroválvula, que permite la inyección de amoníaco a la presión de condensación al evaporador, que se abre cuando se activa su solenoide. El ciclo de descongelamiento automático está formado por cuatro etapas, denominadas, VACIADO, DESCONGELAMIENTO, ECUALIZADO y SECADO, que se ejecutan una a continuación de otra. El descongelamiento se inicia cuando el Tiempo de Servicio en Curso se hace igual al Tiempo de Frío Automático configurado o cuando se selecciona el modo de servicio Descongelamiento. Ni bien se inicia el ciclo de descongelamiento arranca la primera etapa denominada VACIADO. Durante esta etapa, desactiva la solenoide de inyección de NH3, mantiene activada la solenoide de aspiración y los forzadores de los evaporadores en marcha, de este modo se siguen evaporando gases para reducir la cantidad de refrigerante líquido remanente en el equipo y de esta manera evitar un brusco retorno de líquido al separador, perjudicial para los compresores. Cuando el tiempo en curso se hace igual al tiempo configurado para la etapa, se da por terminado el VACIADO y se inicia la otra etapa. Ni bien se inicia el ciclo de DESCONGELAMIENTO, el sistema de control detiene los forzadores de los evaporadores, desactiva la solenoide de aspiración, mantiene desactivada la solenoide de inyección de NH3 y activa la solenoide gas caliente, comienza la inyección de gas a alta presión proveniente del condensador, la presión dentro del evaporador comienza a aumentar hasta el valor de regulación manual, que posee el piloto de la válvula de presión constante, colocada en la aspiración de la cámara, dentro del circuito de amoníaco de la cámara comienza a elevarse la presión, hasta llegar a un valor suficiente como para derretir el hielo que se ha formado entre las aletas de los evaporadores y arrastrar hacia la bandeja los trozos de hielo que se van desprendiendo, cabe aclarar que un valor ideal para descongelar sería aproximadamente 5 Kg./cm2, que corresponde a una temperatura de 10 ºC del amoníaco. Cuando el tiempo en curso se hace igual al tiempo configurado para la etapa, se da por terminado el DESCONGELAMIENTO y se inicia la otra etapa. Ni bien se inicia el ciclo de ECUALIZADO, el sistema de control mantiene parado los forzadores de los evaporadores, mantiene desactivada la solenoide de inyección de NH3, desactiva la solenoide de inyección de gas caliente y activa en forma intermitente la solenoide de aspiración (la idea del automatismo es disminuir la presión paulatinamente, tratando de no desequilibrar el sistema con una brusca descompresión de la cámara). Cuando el tiempo en curso se hace igual al tiempo configurado para la etapa, se da por terminado el ECUALIZADO y se inicia la otra etapa. Ni bien se inicia el ciclo de SECADO, el sistema de control mantiene parado los forzadores de los evaporadores, desactiva la solenoide de inyección de gas caliente, activa la solenoide de aspiración (la presión dentro del

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V. BUENOS PROCEDIMIENTOS DE SERVICIO sistema cae al valor de la presión de evaporación) y activa la solenoide de inyección de NH3 líquido para que se escarche el agua que aún escurre a través de los evaporadores y que al momento que vuelvan a arrancar los forzadores no termine en el piso de la cámara. Cuando el tiempo en curso se hace igual al tiempo configurado para la etapa, se da por terminado el SECADO y el ciclo de descongelamiento. Cuando el ciclo de Descongelamiento finaliza, la cámara vuelve al mismo modo de servicio en el que estaba cuando fue puesta a descongelar. El Tiempo de Servicio en Curso es puesto cero.

5.12 AUTOMATISMO SEPARADOR Si la instalación frigorífica está concebida bajo el concepto de Bombeo de NH3 a los servicios, cuando un servicio activa la solenoide del cuadro de inyección de NH3, la central de bombeo de NH3 pondrá en marcha una de sus bombas, más específicamente, la que esté seleccionada; la que permanecerá en marcha hasta que todos los servicios tengan el cuadro de inyección de NH3 desactivado. Con una bomba de NH3 en marcha, se está impulsando NH3 líquido desde el separador hacia los servicios y retorna una mezcla de NH3 líquido-gaseoso desde los servicios al separador, ya que parte del NH3 se está evaporando en los servicios que están inyectando. Esto provoca, por un lado, que baje el nivel de NH3 líquido en el separador, y por otro, que aumente la presión de evaporación dentro del separador. Para corregir el nivel de NH3 en el separador y mantener una columna de líquido prácticamente constante, el sistema de control aplica la siguiente lógica de funcionamiento. Cuando el nivel de NH3 líquido del separador descubre el sensor de nivel normal, y hay compresores en marcha, el sistema activa la solenoide del cuadro de inyección de NH3, permitiendo que el NH3 líquido contenido en el recibidor se desplace por diferencia de presión hacia el separador, recuperando volúmen de líquido. Cuando el nivel de NH3 del separador vuelve a cubrir el sensor de nivel normal, el sistema desactiva la solenoide del cuadro de inyección de NH3. Por otro lado, al aumentar la presión dentro del separador aumentará la temperatura del NH3 líquido que está siendo recirculado por los evaporadores. Esta situación se producirá hasta que el NH3 alcance un valor de temperatura mayor o igual que la temperatura ambiente de los recintos, con lo que ya no habrá intercambio de calor. Por lo tanto, otro objetivo del sistema de control es mantener lo más constante posible la presión de evaporación de la instalación, en un valor que permita una temperatura de NH3 líquido por lo menos 10 ºC menor que la temperatura más baja que se desee en los recintos. Esto se hará controlando la marcha, parada y regulación de capacidad de los compresores.

5.13 AUTOMATISMO CONDENSADOR Por otra parte, que el compresor se encuentre en marcha, provoca que aumente la presión de condensación, debido a que el compresor aspira el NH3 gaseoso que retorna de las cámaras al separador, lo comprime y lo descarga en el condensador.

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V. BUENOS PROCEDIMIENTOS DE SERVICIO La función del condensador evaporativo es, entonces, cambiar de estado los gases de descarga del compresor a NH3 líquido y que por gravedad se depositen en el recibidor de líquido. El cambio de estado del NH3 se hace transfiriéndole el calor al agua que es recirculada por la bomba del condensador a través de los picos rociadores, ayudado por el flujo de aire en contracorriente que generan los forzadores. Para lograr esto, la presión de condensación deberá mantenerse dentro de valores que permitan efectuar el cambio de estado del NH3. Es por esto, que otro objetivo del sistema de control es mantener lo más constante posible la presión de evaporación de la instalación, en un valor que no comprometa el rendimiento del compresor ni la seguridad de la instalación.

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CAPÍTULO

VI VI. MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN 6.1 DESCONGELAMIENTO MANUAL POR AGUA Uno de los motivos para que una cámara no logre el valor de la consigna de temperatura, es la formación de una capa de hielo en el aletado de los evaporadores, esta capa forma una barrera aislante que impide la transferencia de la temperatura y por consiguiente la disminución en el rendimiento.La secuencia para el descongelamiento manual sería la siguiente: El recinto está equipado con un cuadro de agua para descongelamiento formado básicamente por dos válvulas de paso del tipo esférica: una que permite la entrada de agua a los evaporadores y la otra de drenaje que permite que se escurra toda el agua que inunda la cañería de entrada a los evaporadores. La maniobra para realizar el descongelamiento es la siguiente: 1. Colocar la cámara fuera de servicio, deshabilitando la inyección de NH3 y los forzadores de aire. 2. Esperar unos minutos para que se siga evaporando gases, para reducir la cantidad de refrigerante líquido remanente en el equipo y de esta manera evitar un brusco retorno de líquido al separador, perjudicial para los compresores. 3. Luego cerrar la válvula de paso manual, que corresponde al drenaje de la cañería de entrada de agua a los evaporadores. Abrir la válvula de la línea de agua para comenzar a inundar los evaporadores. En la entrada de agua de cada evaporador generalmente se coloca una placa orificio u otra válvula para regular el caudal que ingresa, la idea es poder regular este paso de agua para que no rebalse el equipo. Todos los evaporadores fabricados por VMC, poseen en su parte superior una batea del tamaño del evaporador con el fondo todo perforado, logrando con este método esparcir el agua uniformemente sobre toda la superficie del aletado. 4. Transcurridos unos minutos inspeccionar visualmente si se ha derretido todo el hielo. De ser así proceder a cerrar la llave de paso de agua del cuadro de descongelamiento. 5. Después de realizar esta maniobra abrir la válvula de drenaje que se encuentra próxima a esta, la cual debe permanecer abierta hasta el siguiente descongelamiento. 6. Esperar unos minutos dando tiempo a que escurra toda el agua en los evaporadores. 7. Poner en marcha nuevamente la cámara.

6.2 PURGA DE AIRE PROCEDIMIENTO PARA PURGAR EL AIRE DE LA INSTALACIÓN Se recomienda hacer esta operación cuando:

 Se detecta un excesivo incremento en la presión de condensación (superior a la provocada por la variación de la temperatura ambiente).

 Se realizaron trabajos de modificación de cañerías o agregado de equipos en la instalación frigorífica.  Se cambió el aceite en los compresores. 75

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VI. MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN Realizar las siguientes maniobras: 1. Detener la instalación frigorífica. 2. Poner en marcha solamente la torre de enfriamiento o condensador evaporativo durante unos 30 minutos, para tratar de condensar todo el amoníaco posible. 3. Colocar la manguera para eliminar el aire: un extremo en la válvula o robinete de purga de aire que se encuentra en la parte superior del condensador (o recibidor de líquido) y el otro extremo sumergido en un recipiente con agua (usar una manguera transparente para ver la evacuación de los gases). 4. Abrir la válvula de purga en el condensador (o recibidor de líquido). Esta operación debe efectuarse con suavidad para evitar salpicaduras y emanaciones de amoníaco. 5. Purgar hasta que no se observen burbujas de aire en la superficie del agua (sólo el aire asciende a la superficie del agua, el amoníaco se disuelve en ésta). 6. Cerrar la válvula de purga y poner en marcha la instalación frigorífica. De no lograr bajar la presión de condensación a las condiciones normales de funcionamiento, se deberá funcionar unas horas y repetir la operación antes descrita.

6.3 CARGA DE AMONÍACO VS

PROCEDIMIENTO PARA CARGAR EL AMONÍACO Con el equipo en marcha, realizar las siguientes maniobras: 1. Cerrar la válvula de maniobra de inyección de amoníaco a la línea “V1”, ubicada en el recibidor de líquido. Con esta operación comienza un vacío general de la instalación y el almacenamiento de amoníaco líquido en el recibidor. 2. Conectar la manguera de carga de amoníaco: un extremo en la válvula del tubo “V3” y el otro en la válvula colocada a tal efecto en la cañería de inyección de refrigerante líquido a los servicios “V2” (la manguera tiene que ser del tipo hidráulica para 150 kg/cm2, por ejemplo 3/8” R1).

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VI. MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN 3. Abrir la válvula de maniobras “V2”: la apertura de esta válvula ayudará a detectar pérdidas en las conexiones (antes de abrir observar el escarchado de la humedad ambiente en la cañería de inyección debido al descenso de la presión de amoníaco en la misma, provocado por el vaciado general). 4. Colocar el tubo en posición horizontal y abrir la válvula “V3” con precaución, debiendo observar una vibración de la manguera como consecuencia de la salida brusca del líquido. 5. Cuando se produzca el enfriamiento del tubo en la zona próxima a la válvula “V3”, estará indicando que queda poco amoníaco en el tubo. Es conveniente inclinar el recipiente desde el otro extremo aproximadamente a 45° para facilitar el vaciado completo del mismo. 6. Cerrar la válvula del tubo “V3”, cuando se observa que la manguera no vibra más, en ese momento se produce un cambio de ruido que indica el vaciado del líquido del tubo. 7. Luego de esperar unos minutos, cerrar la válvula “V2”. 8. Abrir la válvula “V1” lentamente para presurizar la cañería con la presión de condensación y de esta manera restablecer el funcionamiento normal de la instalación. 9. Desconectar la manguera con sumo cuidado y abrir lentamente para evaporar los restos de amoníaco que pudieran haber quedado en la misma. La operación completa demanda un tiempo de 15 a 30 minutos, dependiendo de los servicios habilitados. En funcionamiento normal el recibidor de líquido debe trabajar con un remanente de líquido de no menos del 10 % del volumen total, destinado para abastecer el separador de líquido.

6.4 LIMPIEZA DE UN CUADRO PROCEDIMIENTO PARA LIMPIEZA DE UN CUADRO DE VÁLVULAS

Se recomienda hacer esta operación cuando:

 El separador de líquido no completa el nivel de amoníaco.

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VI. MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN  Se detecta falta de rendimiento en el ambiente a refrigerar.  El banco de agua helada no acumula la cantidad de hielo necesaria.  El enfriador casco y tubos no logra bajar la temperatura del fluido que circula. Realizar las siguientes maniobras con el cuadro de válvulas: 1. Cerrar la válvula de maniobra de entrada al cuadro “V4” y habilitar eléctricamente la electroválvula ”Ev”. 2. Esperar unos minutos hasta que todo el cuadro tome la temperatura ambiente (si está cubierto de hielo romperlo y ayudar con agua caliente), luego deshabilitar eléctricamente la electroválvula. 3. Cerrar la válvula de maniobra de salida del cuadro “V5” (si el cuadro pertenece al separador de líquido y no queremos que se detenga la instalación frigorífica, deberemos regular la válvula de expansión manual del cuadro “V6”, teniendo en cuenta que esta válvula sólo se debe dejar abierta con el equipo en marcha y verificando el nivel normal en el separador). 4. Aflojar con precaución la brida del filtro “F” para evaporar los restos de amoníaco (nunca se debe aflojar directamente la tapa del filtro si esta posee O´ring). 5. Retirar el filtro y lavarlo o reemplazarlo de ser necesario. 6. Armar todo el cuadro, abrir la válvula de salida “V5”, comprobar pérdidas y abrir la válvula de entrada “V4”. 7. Poner en marcha. Este procedimiento es válido para cuadros de:

 Inyección de separadores de líquido.  Inyección de evaporadores.  Aspiración de evaporadores.  Presión constante.  Descongelamiento por inyección de gas caliente.

6.5 MANTENIMIENTO PREVENTIVO PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE LA INSTALACIÓN Las siguientes tareas tienen por objeto dar una idea general del mantenimiento preventivo que podemos hacer en una instalación frigorífica, y con esto evitar paradas prolongadas que pudieran ocurrir por roturas de equipos.

6.5.1 Compresor:  Controlar periódicamente el nivel de aceite.  Controlar periódicamente el retorno de aceite al cárter.  Controlar periódicamente las lecturas de presiones en los manómetros. 78

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VI. MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN  Mensualmente chequear la tensión de las correas y la alineación de las poleas.  Mensualmente controlar el correcto funcionamiento de los presostatos y las electroválvulas.  Mensualmente controlar las fugas de refrigerante por las empaquetaduras de las válvulas.  Anualmente desarmar las tapas de cilindro y observar la incrustación de impurezas en la cámara de agua y el perfecto cierre en las válvulas de los cilindros.

6.5.2 Condensador:  Controlar periódicamente el nivel de agua, los picos rociadores y los filtros en la línea de agua.  Controlar periódicamente los forzadores de aire.  Semanalmente renovar el agua y lavar el depósito.  Mensualmente controlar las fugas de refrigerante por las empaquetaduras de las válvulas.  Hacer purgas de aire por la válvula “ VPA” (ver procedimiento de purga de aire).  Anualmente controlar la incrustación de impurezas en la serpentina o los caños del casco y tubo. 6.5.3 Depósito de líquido:  Controlar periódicamente el nivel de refrigerante indicado en el tubo visor “VN”.  Mensualmente controlar las fugas de refrigerante por las empaquetaduras de las válvulas.  Hacer purgas de aceite cada vez que se registre un consumo de lubricante en los compresores, por la válvula “PA”.

 Anualmente controlar la válvula de seguridad “VS” (calibrada a 18 kg/cm2) 6.5.4 Separador de líquido:  Controlar periódicamente el nivel de refrigerante.  Mensualmente controlar las fugas de refrigerante por las empaquetaduras de las válvulas.  Mensualmente controlar el correcto funcionamiento de las electroválvulas y los controles de nivel normal y de seguridad.

 Hacer purgas de aceite cada vez que se registre un consumo de lubricante en los compresores.  Anualmente controlar la válvula de seguridad (calibrada a 12 kg/cm2). 6.5.5 Evaporadores:  Controlar periódicamente el correcto inundado con fluido frigorígeno.  Mensualmente controlar las fugas de refrigerante por las empaquetaduras de las válvulas.

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VI. MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN  Mensualmente controlar el correcto funcionamiento de las electroválvulas y los controles automáticos de temperatura.

 Hacer purgas de aceite cada vez que se registre un consumo de lubricante en los compresores. 6.5.6 Banco de agua helada:  Controlar periódicamente el correcto inundado con fluido frigorígeno.  Mensualmente controlar las fugas de refrigerante por las empaquetaduras de las válvulas.  Mensualmente controlar el correcto funcionamiento de las electroválvulas y los controles automáticos de temperatura.

 Mensualmente controlar la correcta calibración del cuadro de presión constante.  Hacer purgas de aceite cada vez que se registre un consumo de lubricante en los compresores. NOTA: la purga de aceite debe hacerse con mayor frecuencia en el depósito de líquido para evitar que llegue a la etapa de baja presión, donde es más engorroso para eliminarlo.

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CAPÍTULO

VII VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONÍACO 7.1 INTRODUCCION La Industria, en forma general, está constituida de un 80 % de máquinas motrices (motores) que pueden ser de corriente continua o alterna y que pertenecen a distintos procesos de fabricación, teniendo estos un sin fin de aplicaciones. En nuestro caso, en la refrigeración. Todas estas máquinas son accionadas y controladas en forma automática. Este accionamiento, es importante y realizado por un conjunto de dispositivos que, utilizados adecuadamente, cumplen y satisfacen nuestras necesidades.

7.2 DIMENSIONAMIENTO DE DISPOSITIVOS EN SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN 7.2.1 Contactor

Definimos al contactor como un aparato mecánico de conexión con una sola posición de reposo (contactos principales abiertos), no accionado a mano y capaz de soportar la corriente, bajo las condiciones normales. Los contactores, como aparatos de maniobra, son muy utilizados en los circuitos de automatización, entre las que se destacan: ser accionado a distancia, tiene un elevado número de maniobras, y un escaso mantenimiento. Según el tipo de accionamiento, el contactor puede ser electromagnético, neumático, hidráulico y mecánico. Aquí trataremos el contactor electromagnético. Se define al contactor electromagnético como aquel en el que sus elementos móviles salen de la posición de reposo cuando se alimenta un electroimán que actúa el mecanismo del contactor. Según que la bobina trabaje con corriente continua o alterna, el contactor será de continua o alterna; o bien mixto sí es que la corriente de la bobina no es de la misma clase que la de los contactos de trabajo. Las sobrecargas que debe poder soportar el contactor son las de un funcionamiento normal, como ser las ordinarias de arranque y paro de un motor, por lo tanto no está diseñado para cortar corrientes de cortocircuito.

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO La bobina, normalmente, está identificada por dos terminales “a” y “b”, los contactos principales normalmente están identificados por los terminales 1-2, 3-4, 5-6, los terminales impares que van conectados a la fuente (red) y terminales pares hacia la carga (ejemplo motor), los contactos auxiliares identificados por terminales numerados normalmente por dos cifras, en el que la primera cifra indica el número de contactos auxiliares que posee el contactor y la segunda identifica la función, es decir, si el contacto es abierto o cerrado, consideraremos contacto auxiliar abierto al contacto que tenga sus terminales identificados por la terminación 3-4 y auxiliar cerrado al que tenga sus terminales identificados por la terminación 1-2. El contactor está formado por tres partes importantes: la bobina, los contactos principales y los contactos auxiliares. Cuando la bobina recibe tensión, la misma queda excitada (energizada) cerrando en el mismo instante sus contactos principales y al mismo tiempo cerrando o abriendo sus contactos auxiliares. La bobina puede quemarse si la tensión real de servicio difiere de la nominal por defecto o por exceso en (+) o (-) 10%. Las bobinas de los contactores, relés, temporizadores etc. Se instalan, siempre que sea posible, entre una fase y el neutro. Los contactos de trabajo o principales son los destinados a interrumpir la carga eléctrica gobernada por el contactor. En cambio, los contactos auxiliares, están destinados a maniobrar circuitos auxiliares de mando y señalización. El desgaste de los contactos se debe principalmente al martilleó mecánico en el momento de la conexión y a la acción del arco. Placa de características.Los contactores, vienen identificados por medio de una placa de características, que orienta al técnico en su cabal aplicación, esta placa indica: • • • • • • •

Frecuencia Tensión de bobina Tensión de trabajo con sus respectivas potencias máximas. Vida útil en millones de maniobras Intensidad nominal Clase de servicio Tensión y amperajes nominales de los contactos auxiliares

Mantenimiento 1.- Proceder a la limpieza de suciedad, polvo etc. 2.- Verificar presión de contactos, 3.- Realizar limpieza de contactos. 4.- Verificar conexionado Categoría de servicio Se entiende por categoría de servicio al conjunto de normas y especificaciones que fijan claramente a qué tipo de trabajo puede destinarse un contactor. Se especifica el mismo mediante la tensión nominal (Vn), corriente

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO nominal (In) y el ciclo de prueba. En el cuadro que sigue se indican las diversas categorías para corriente alterna y continua tipificándose con ejemplos:

Cómo seleccionar un contactor El contactor, se debe seleccionar en función de: • • • •

La tensión de trabajo o de línea que alimenta la carga La tensión de accionamiento de la bobina La potencia de la carga Tipo de servicio

Selección e interpretación de catálogos de contactores A continuación, vamos a analizar e interpretar algunos catálogos de fabricante de contactores Siemens con dos finalidades, la primera que nos permita entender e interpretar adecuadamente los catálogos y la segunda que nos permita seleccionar el contactor adecuado para las aplicaciones prácticas que se dan en el campo industrial.

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO Ejercicio 1.- Se tiene un motor de 125 CV, trabajando como una bomba de agua, la misma que trabaja conectada a 380 V y 50 Hz, seleccionar el contactor adecuado haciendo uso de los catálogos de fabricante Siemens, e indicar su peso, el número de contactos auxiliares que tiene, el valor máximo del fusible que debe conectarse con el mismo, su corriente nominal del contactor y cual es el relé térmico que se adecúa a este. Respuesta: a) TB52 Siemens, b) 4,8 kg, c)2N.A, d) 2 N.C, e) InFmax= 250A Diazed retardado o NH, f) Inc=180A y g) 3UA43 o 3UA45 Siemens.

7.2.2 Relé térmico Los relés térmicos de sobreintensidad son los aparatos más económicos que permiten, combinados con un contactor, proteger un motor u otro tipo de carga contra una sobrecarga peligrosa. Los relés térmicos protegen al motor o instalación de sobrecargas prolongadas cuyo valor no sobrepase 3 veces la intensidad nominal. Los relés térmicos se construyen en base de cintas bimetálicas que son calentadas directamente por la corriente del motor o carga. Estos bimetálicos, al curvarse actúan sobre un interruptor o conmutador mediante un mecanismo de disparo.

Botón de restablecimiento manual

Los relés térmicos son generalmente regulables por medio de una leva, dentro de un cierto margen. El relé térmico debe regularse durante su instalación a la intensidad nominal del motor o carga a proteger. La leva o perrilla de ajuste viene graduada en amperios o fracciones de la corriente nominal del relé.

Los relés térmicos suelen llevar un dispositivo mecánico de bloqueo de modo que una vez actuado el relé no regrese a la posición inicial cuando los bimetálicos se enfríen, sino que éste debe ser reactivado manualmente. Las características principales que definen un relé térmico son: • • • • •

Corriente nominal Tensión de aislamiento Rango de regulación Corriente nominal de contacto auxiliar en función de la tensión Temperatura ambiente admisible

Cómo seleccionar un relé térmico El relé térmico se debe seleccionar en función de: • La corriente nominal de la carga (In) • La tensión nominal de la carga (Vn) Ejercicio 1.- Seleccionar el contactor, fusible y relé térmico adecuado para un motor que trabaja como bomba de agua, sabiendo que el mismo tiene una potencia de 100 CV, IV polos, en 380 V, un tiempo de arranque de 2.2 seg. y la corriente de cortocircuito es de 2500A. para estas condiciones indique el ajuste del

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO fusible y del relé térmico. Adicionalmente, indique el tiempo de disparo del relé térmico si ocurriera una sobrecarga igual a 5 veces su corriente nominal. Respuesta: a) 3TB52 Siemens, b) 3NA 1225 NH retardado Siemens, c) 3UA43 Siemens, e) taRTIsobrecarga = 12,5 seg. y f) taFIcc = 0,2 seg

7.2.3 Pulsador El pulsador es un mando eléctrico manual que proporciona señales de tipo momentáneo, puesto que al dejar de ejercer presión sobre el, regresa a su posición de reposo. En el pulsador podemos distinguir dos aspectos principales: El accionamiento mecánico y la disposición eléctrica de los contactos. El accionamiento mecánico puede tener la forma de botón, de hongo (para funciones de socorro y de emergencia), con piloto luminoso incluido (para señalización). Por la disposición eléctrica de sus contactos, los pulsadores se clasifican como aquellos que poseen sus contactos abiertos (pulsadores de marcha), los que tienen sus contactos cerrados (pulsadores de parada), y los que poseen abiertos y cerrados (pulsadores de doble efecto). Las características más importantes de un pulsador son: • • • •

Tensión de aislamiento: en alterna y continua (500 Vca; 600 Vcc) Corriente nominal: según distintas tensiones de uso (10A/220V; 7.5A/380V; 5A/500V) Límite de temperatura ambiente: hasta 60 ºC Dimensiones mecánicas

7.2.4 Conmutadores Los conmutadores al igual que los pulsadores, son dispositivos de maniobra que proporcionan señales de tipo momentáneo o permanente. Desde el punto de vista constructivo, encontramos conmutadores de dos, tres posiciones, con retención o con retorno. La selección se lo hace, tomando en cuenta las mismas características de un pulsador.

7.2.5 Piloto de señalización Se hace muy difícil seguir los diversos momentos de operación por la observación directa de los propios contactores. Por, ello se usa de modo generalizado los pilotos de señalización con indicación luminosa. En el piloto de señalización se distingue físicamente el visor, el zóquet y la lámpara; el zóquet puede ser combinado con visores de distintos colores.

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO Las principales características de los pilotos de señalización son: • Tensión máxima • Límite de temperatura ambiente • Color del visor

7.2.6 Fusible Primeramente distinguiremos dos conceptos diferentes, lo que es: Cortocircuito, es toda conexión accidental o intencional de dos puntos que se encuentran bajo potenciales diferentes, el cual provoca una circulación de corriente mayor a 10 veces la In. Sobrecarga, es una condición anormal de funcionamiento, que provoca circulación de corrientes mayores a la nominal y menor a 10 veces la In. El fusible, es un elemento de protección del conductor y de la carga contra cortocircuitos. Así como el conductor es calculado en base a la carga máxima a soportar, también el fusible debe calibrarse en relación a la carga, pero no a la máxima sino a la actual en juego. En general los fusibles se clasifican en dos grandes grupos: rápidos o normales y lentos. Estos últimos disparan al cabo de un tiempo de producirse la sobrecarga, se emplean principalmente en el arranque de motores con rotor en cortocircuito, focos de elevada potencia, en general donde se produzcan sobrecargas (no cortocircuitos) momentáneas pero no peligrosas. Se debe realizar el ajuste de los fusibles lo más cerca a la intensidad nominal de la carga. En caso que la carga sea de motores, se tendrá especial cuidado en que los fusibles puedan resistir la sobrecarga de arranque. Evidentemente, los fusibles se queman y hay que reemplazarlos en cada uno de sus disparos, cosa que no suceden con los disyuntores que pueden ser repuestos en funcionamiento sin reemplazo de piezas. La instalación inicial de un equipo de fusibles es más económica que un disyuntor pero carece de la comodidad de éste para las sucesivas reposiciones. Los fusibles deben ser capaces de soportar las corrientes de arranque de los motores, de tal forma de permitir un arranque satisfactorio del mismo. Los fusibles no deben disparar con la corriente de arranque. Por lo que para una selección adecuada del fusible debemos comprobar que el tiempo de arranque del motor debe ser menor que el tiempo de fusión del fusible.

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO Cómo seleccionar un fusible Un fusible, se debe seleccionar en función de : • La corriente nominal de la carga (In) • La tensión nominal de la carga (Vn) Ejercicio 1.- Para un motor de 50 CV, IV polos, en 380V, que trabaja con un compresor, seleccionar el contactor y fusible adecuado, considerando que el tiempo de arranque de este motor es de 2 seg. y la corriente de cortocircuito de 3000 A. Adicionalmente indicar los tiempos de fusión del fusible tanto para la corriente de arranque como para la de cortocircuito. Respuesta: a) 3TB48 Siemens, b) 5SC2 21 Diazed retardado, c) taFIpm= 5 seg y d) taFIcc= 0,015 seg.

7.2.7. Disyuntor termomagnético El disyuntor termomagnético es también un elemento de protección cuya característica es la de realizar como equipo dos funciones, la de proteger contra sobrecarga y cortocircuito, consiste en un relé cuyo disparador se acciona en el momento que la intensidad alcanza un valor determinado. Al igual que los relés térmicos suelen ser regulables, estos pueden poseer una leva o dos de ajuste, ya que pueden ser ajustables tanto la parte térmica como la magnética o sólo la parte térmica y la magnética fija. Se instalan principalmente en instalaciones de consumo fijo y para cuando se pretende una desconexión sin retardo; en cambio los térmicos son más apropiados para cargas variables y actúan con retardo, pudiendo salvar breves sobreintensidades. Las principales características que proporciona el fabricante son: • • • • • •

Frecuencia Corriente nominal Faja de ajuste del relé electromagnético Capacidad de ruptura Vida mecánica Tipo de acabado

Cómo seleccionar un disyuntor termomagnético Este dispositivo se debe seleccionar en función de. • La In de la carga • La Vn de la carga

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO Ejercicio 1.- Para una compresora que tiene un motor acoplado de 30 CV, en 380V, 50Hz, sabiendo que el tiempo de arranque es de 2.5 seg.; Seleccionar el contactor y el disyuntor termomagnético necesario para que el mismo opere adecuadamente a sus exigencias, la corriente de cortocircuito es de 2200A. Respuesta: a) 3TB48 Siemens, b) 3VE4 Siemens,con taDIpm= 6 seg (parte térmica) y taDIcc= 0,02 seg, taDI=600A= 0,04 seg (parte magnética).

7.2.8 Relés de tiempo Las operaciones básicas de estos relés de tiempo o temporizadores se restringen a un proceso de conexión y desconexión con retardo. Clasificación Por su construcción podemos distinguir los siguientes casos:

Fig. a)

Fig. b)

Fig. c)

Fig. d)

a) Temporizador con retraso a la conexión Este temporizador se caracteriza porque cuando recibe tensión su bobina, sus contactos permanecen en su estado de reposo y activa su reloj interno empezando la cuenta atrás y al terminar este tiempo cambia de estado sus contactos. Cuando se quita la tensión, sus contactos vuelven al estado inicial de reposo. Fig a) b) Temporizador con retraso a la desconexión Este temporizador se caracteriza por el hecho de que cuando recibe tensión su bobina, cambia de estado instantáneamente sus contactos y el reloj se activa empezando la cuenta atrás, terminado la cuenta del reloj los contactos retornan a su estado inicial. Todo vuelve a su estado inicial cuando se desenergiza la misma. Fig. b) c) Temporizador de cortocircuito Este temporizador se caracteriza por el hecho de que cuando recibe tensión, cambian de estado instantáneamente sus contactos pero el reloj (cuenta atrás) no se activa, puede permanecer en ese estado por tiempo indefinido. Si quitamos la tensión, el reloj se activa, empieza la cuenta atrás, terminada la cuenta los contactos cambian de estado retornando a su estado inicial. Fig. c) d) Temporizador intermitente Este tipo de temporizador se caracteriza por el siguiente hecho, posee dos escalas graduadas de ajuste, ambos tiempos pueden ser ajustados en un mismo valor o no. Este temporizador cuando recibe tensión, cambia instantáneamente sus contactos de estado y su primer reloj se activa, empezando la cuenta atrás, terminada la pausa su contacto cambia de estado nuevamente, en ese instante el segundo reloj se activa empieza la cuenta atrás, terminada la pausa cambia de estado nuevamente con lo que sus contactos retornan a su estado inicial, esta operación se repite una y otra vez hasta que éste quede desenergizado. Fig.d)

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO Cómo seleccionar un relé de tiempo Las características más importantes para seleccionar un relé de tiempo son: • • • • •

Tipo de corriente Tensión nominal Frecuencia Franja de tiempos temporizables Tipo de excitación

7.2.9 Válvulas Válvula flotador • Función: Un sistema de flotador tiene como función regular el flujo del fluido refrigerante a través del evaporador. La expansión y apertura del sistema resulta de una distribución del nivel del líquido. El nivel del líquido controlado está en baja presión. Encima del líquido, se tiene vapor cuya presión puede perturbar el nivel del líquido. La parte superior está provisto de un tubo de equilibraje, que está unido a la salida del evaporador, el esquema siguiente muestra el principio de un sistema de flotador de baja presión.

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Flotador Nivel de líquido Aguja y asiento de la válvula Tubo de equilibraje Líquido alta presión Líquido baja presión

Esquema de principio de un sistema de flotador de baja presión

Funcionamiento y descripción: este sistema de flotador se utiliza en instalaciones con evaporadores inundados, sea por gravedad o sea por bomba. Su función es mantener más o menos constante el estado de llenado de la capacidad de un separador de baja presión, vertical u horizontal. La siguiente figura representa el esquema de principio del sistema de alimentación por gravedad y por bomba.

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO

Esquemas de principio representando la alimentación de evaporadores inundados

1. 2. 3. 4. 5.

Sistema de flotador de baja presión Separador baja presión Evaporador Bomba de fluido refrigerante Conducto de aspiración (hacia el compresor)

Cuando el nivel del líquido del separador desciende, es decir cuando una cierta fracción de líquido se ha evaporado, el sistema de flotador abre; el sistema cierra cuando el nivel llega al nivel máximo admitido. Las ventajas del sistema flotador baja presión, correctamente construido, son su rusticidad y robustez de funcionamiento. Por el contrario, éste sistema de flotador de baja presión puede no ser perfectamente hermético, sobre todo si el circuito no ha sido bien limpiado en el momento de su puesta en servicio; en este caso, el nivel del líquido del separador podría aumentar de manera excesiva. Para evitar este riesgo, resulta útil proteger el sistema de flotador mediante una válvula solenoide ubicada en la línea líquida de alta presión. • Condiciones de empleo: las condiciones y límites de empleo del sistema de flotador de baja presión son las requeridas para la alimentación de evaporadores inundados. El sistema es útil cuando las condiciones siguientes son satisfechas: -

Si el aceite es arrastrado hasta el separador, podría llegar a acumularse. Convendrá evacuarlo regularmente.

• Utilización: La alimentación de evaporadores inundados mediante sistemas de flotador, está reservado únicamente a equipos industriales. El sistema por gravedad permite asegurar un llenado correcto de uno o varios evaporadores en paralelo, cualesquiera sean las necesidades instantáneas de frío. Los sistemas de flotador que emplean bomba de circulación de refrigerante, son adoptados principalmente por un conjunto de recintos a la misma temperatura; el número de evaporadores alimentados a partir del mismo separador puede ser grande.

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO Válvula solenoide La válvula solenoide tiene una bobina magnética que, al ser energizada, eleva un émbolo dentro de la bobina. Esta válvula puede ser del tipo normalmente abierta (NA) o normalmente cerrada (NC). Las válvulas solenoides son válvulas que se abren y cierran muy rápidamente con la energía eléctrica aplicada a la bobina. Siga las instrucciones del fabricante en lo referente a la instalación de las válvulas solenoides. La válvula solenoide se encarga de detener y reiniciar el flujo de fluido. Hay dos errores comunes durante la instalación que pueden impedir que la válvula solenoidal funcione correctamente: la dirección en que se monta la válvula y la posición en que la válvula se instala. La válvula solenoide debe ser conectada al conducto de refrigerante de forma que éste no se fugue. Puede realizarse la unión mediante conexiones abocinadas, bridas o soldaduras. Generalmente se lo instala en la línea líquida antes del dispositivo de expansión. Trabaja con el presostato de baja presión para evitar que llegue líquido al compresor cuando éste arranca.

Válvula de alivio

fig(a)

fig(b)

Las válvulas de alivio tienen el objetivo de liberar refrigerante de un sistema cuando la presión sube hasta un punto predeterminado. Hay dos tipos diferentes de válvulas de alivio de refrigerante: las válvulas con muelle, que pueden volver a su posición de reposo, y las válvulas de un único uso, que no vuelven a cerrarse. Las válvulas de alivio de tipo muelle, están normalmente hechas de latón, con un asiento de neopreno. Esta válvula se conecta de modo que se encuentre en el espacio de vapor del receptor. La válvula de alivio debe estar en el espacio de vapor, no en el espacio de líquido, para poder liberar presión. El objetivo consiste en dejar salir algo de vapor, fig (a). La válvula de alivio de un único uso, libera presión al alcanzarse una temperatura determinada. Estas válvulas, a veces denominadas tapones fusibles, están diseñadas con uno de los métodos siguientes: un empalme relleno con una suelda de baja temperatura de fusión; un parche de cobre soldado sobre un agujero en el conducto de cobre mediante una suelda de baja temperatura; o un empalme agujereado en un extremo, con una gota de suelda de baja temperatura sobre el agujero. En ocasiones, la temperatura de fusión está impresa sobre el propio accesorio. La temperatura de fusión será muy baja, en torno a los 105ºC.

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO Normalmente éste tipo de dispositivo nunca liberará la presión, a menos que se produzca un incendio. A menudo puede encontrárselo en el lado de aspiración del sistema, cerca del compresor, para proteger al sistema y al público. Este mecanismo evitará que la carcasa del compresor experimente altas presiones y pueda romperse durante un incendio, fig(b).

Válvula de expansión El dispositivo de expansión es una de las líneas divisorias entre el lado de alta presión y el lado de baja presión del sistema. Dicho dispositivo es el que se encarga de dosificar la cantidad correcta de refrigerante que va al evaporador. El dispositivo de expansión suele estar instalado en el conducto de líquido que hay entre el condensador y el evaporador. Este conducto de líquido puede estar caliente al tacto en un día caluroso y puede seguirse fácilmente hasta el dispositivo de expansión, en donde hay una caída de presión y su correspondiente bajada de temperatura. Esta caída de la temperatura es bastante espectacular y se puede detectar fácilmente. Este dispositivo puede estar caliente por un lado y congelado por el otro. Dado que algunos dispositivos de expansión son válvulas y otros son dispositivos de diámetro fijo, este cambio puede tener lugar en un espacio muy reducido; es decir, en menos de una pulgada en una válvula, aunque el cambio es más gradual en algunos dispositivos de diámetro fijo. Existen cinco tipos diferentes de dispositivos de expansión: (A) el flotador del lado de alta presión, (B) el flotador del lado de baja presión, (C) la válvula de expansión termostática, (D) la válvula de expansión automática y (E) de diámetro fijo, como el tubo capilar .

(A)

(C)

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(B)

(D)

(E)

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO 7.2.10 Presostato Introducción Los presostatos se utilizan para sistemas industriales de regulación (control) y alarma de presión. Los presostatos son adecuados para situarlos en instalaciones con fluidos líquidos y gaseosos.

Estos presostatos están equipados con un interruptor unipolar de dos posiciones que funciona independientemente del ajuste de la unidad y de la presión que haya en el conector. Ventajas • • • • •

Amplio rango de regulación Se puede usar para bombas y compresores De pequeñas dimensiones para ahorrar espacio y facilitar su instalación en tableros Posibilidad de conexión desde la parte frontal de la unidad Adecuado tanto para corriente alterna y continua.

Ajuste de rango Rango de presión dentro del cual la unidad emitirá una señal (contacto del conmutador). Diferencial Es la diferencia entre la presión de apertura y cierre de contacto. El diferencial es indispensable para conseguir un funcionamiento automático estable del dispositivo. Rearme automático Las unidades que disponen de rearme automático vuelven a comenzar automáticamente tras una parada. Presión máxima de funcionamiento Presión constante o variación de presión más elevada permitida, a la que se puede exponer la unidad. Ajuste En los presostatos con rearme automático el ajuste se realiza de la siguiente manera: Se ajusta el límite máximo de presión en la escala de rango. Luego se procede al ajuste del limite de presión

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO mínimo en la escala diferencial (el limite máximo menos el diferencial). Control de seguridad para la presión del aceite El control de seguridad para presión del aceite se usa para asegurar que el compresor tenga la adecuada presión de aceite mientras esté en funcionamiento. Este control se emplea en los compresores de mayor tamaño y tiene una disposición de los sensores diferente a la de los controles de alta o baja presión. Los controles de alta y baja presión son controles con un único diafragma o un único fuelle, porque comparan la presión atmosférica con las presiones del interior del sistema. La presión atmosférica puede considerarse constante para cualquier localidad concreta, porque no varía más que en una pequeña cantidad. El control de seguridad para la presión de aceite es un control de presión diferencial. Este control mide en realidad una diferencia de presiones para determinar si está presente una presión de aceite positiva. La presión en el cárter del cigüeñal del compresor (ésta es la entrada de aspiración de la bomba de aceite) es la misma que la presión de aspiración del compresor. La presión de aspiración variará entre el valor de desconexión o de reposo y el valor de operación, por no mencionar el valor que se mediría en condiciones de baja carga. La mayor parte de los compresores necesitan al menos 200 kPa de presión real de aceite para que se produzca una lubricación adecuada. Esto significa que, independientemente del valor de la presión de aspiración, la presión de aceite tiene que ser al menos 200 kPa mayor, porque la presión en la entrada de la bomba de aceite es igual a la presión de aspiración. Por ejemplo, si la presión de aspiración es de 500 kPa, la presión a la salida de la bomba de aceite debe ser de 700 kPa para que los cojinetes tengan una presión neta de aceite de 200 kPa. Esta diferencia entre la presión de aspiración y la presión a la salida de la bomba de aceite se denomina presión neta de aceite. Puesto que el control necesita un diferencial de presión para permitir que se entregue potencia al compresor, deberá disponer de algún modo de permitir que el compresor arranque. No existe diferencial de presión hasta que el compresor comience a funcionar, porque la bomba de aceite está conectada al cigüeñal del compresor. El control incorpora un retardo temporal para permitir que el compresor arranque y evitar cortes innecesarios cuando se produzcan variaciones de corta duración en la presión de aceite. Este retardo temporal es de unos 90 segundos y se implementa mediante un circuito calefactor y un dispositivo bimetal o electrónicamente. *Es necesario consultar las instrucciones del fabricante al trabajar con compresores que dispongan de un control de seguridad para el aceite.*

7.2.11 Termostato Introducción Los termostatos se utilizan para sistemas industriales de regulación (control) y alarma de temperatura.

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO Son una especie de disyuntores eléctricos termo accionados equipados con un interruptor unipolar. Ventaja • Amplio rango de regulación • De pequeñas dimensiones • Posibilidad de conexión desde la parte frontal de la unidad • Adecuado tanto para corriente alterna y continua • Conexión eléctrica frontal de la unidad Diferencial Diferencia entre las temperaturas de apertura y cierre del contacto. El diferencial es imprescindible para el funcionamiento automático del equipo. Diseño y función El sistema de contacto de los termostatos tiene una función de desconexión rápida. Esto significa que el fuelle se activa únicamente cuando se alcanza el valor de conexión o desconexión. Ajuste Ajuste de los termostatos con retorno automático. Se ajusta el límite máximo de temperatura en la escala de rango. Luego se ajusta el diferencial en la escala DIFF. El ajuste de temperatura en la escala de rango es también la temperatura a la que los contactos se vuelven a conmutar cuando la temperatura se eleva. Los contactos se conmutan cuando la temperatura desciende hasta un valor menor, por la escala diferencial.

7.2.12 Controladores electrónicos de temperatura Es un display o microcontrolador de temperatura, son adecuados para equipos frigoríficos, controlando los ciclos de funcionamiento de refrigeración, solenoide, compresor, el funcionamiento de los ventiladores del evaporador y ciclos de deshielo mediante resistencia o por inversión del ciclo de gas. Funcionamiento, la señal proveniente de un sensor de temperatura ubicado en el ambiente, donde ésta variable va a ser controlada, es comparado con otro generado internamente cuando se ajusta el valor deseado en la escala del equipo. La diferencia entre esas dos señales es amplificada y actúa en el circuito de salida del controlador. De esta forma, el circuito de enfriamiento (o calentamiento) del usuario será conectado y desconectado de tal forma de anular tal diferencia, igualando así a la temperatura de referencia con la real.

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO De este modo, el controlador conecta o desconecta la salida, en la cual el relé de salida permanece energizado mientras la temperatura medida sea menor que la seleccionada y desenergizado en caso contrario. En su catálogo, indica su instalación, programación, advertencias, mantenimiento, etc.

7.2.13 Relé de falta de fase Los relés de falta de fase fueron desarrollados para la protección de equipos eléctricos trifásicos, lo que implica que estos no pueden trabajar cuando falta una fase a la alimentación. Tienen tamaño compacto y pueden ser acomodados en pequeños espacios. Montados en caja plástica y presentan alta resistencia a choques, vibraciones, además de poseer un sistema de fijación sencillo para riel, o para tornillos.

Funcionamiento Alimentando el equipo con las tres fases R, S y T, el relé de salida conmuta sus contactos para la posición de trabajo. Si falta cualquiera de las tres fases en la alimentación del equipo, los contactos del relé vuelven para la posición de reposo, con un retardo fijo de acuerdo con el modelo seleccionado. En el modelo MPF-1 el retardo del relé se da con un atraso fijo de 3 segundos aproximadamente. En los modelos MPS-16 y MPS-79 este atraso es determinado por el cliente, de acuerdo a la tabla contenida en el ítem de datos técnicos. La alimentación trifásica del equipo es internamente rectificada y filtrada estableciendo, de esta forma, un valor de voltaje que está en función de la red del usuario, la cual llamaremos VT. Existe en la cara frontal del equipo un ajuste de sensibilidad, que determina el valor de voltaje que será la referencia para compararlo con el valor de VT. A este voltaje denominaremos VR. Cuando VT fuera menor que VR, el relé de salida estará desenergizado y por tanto, sus contactos estarán en la posición de reposo.

7.2.14 Controlador analógico programable (PLC’s) Definición.Un autómata programable (AP), es una máquina electrónica programable diseñada para ser utilizada en un entorno industrial (hostil),que utiliza una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario, para implantar soluciones específicas tales como funciones lógicas, secuencias, temporizaciones, recuentos y funciones aritméticas, con el fin de controlar mediante entradas y salidas, digitales y analógicas diversos tipos de máquinas o procesos. AP = PLC Autómata programable = Programmable Logic Controller ¿Por Qué Surgen los Autómatas?

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO Justificación.Los APs, surgen hacia 1969 como respuesta al deseo de la industria del automóvil, de contar con cadenas de producción automatizadas que pudieran seguir la evolución de las técnicas de producción y permitieran reducir el tiempo de entrada en producción de nuevos modelos de vehículos. La siguiente gráfica nos muestra el precio vs. la funcionalidad entre controladores eléctricos y programables.

Arquitectura general del PLC.-

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO -

-

El puerto de comunicación.- Va conectado a la computadora para la transmisión del programa. Tapa inferior.- Son las borneras que pertenecen a las entradas y también a la alimentación de los sensores. Entradas.- Son aquellos elementos tales como sensores, fines de carrera, presostatos, termostatos y todos aquellos componentes que puedan entregar una señal externa al PLC. Tapa superior.- Son las borneras que pertenecen a las salidas y también a la alimentación del PLC. Salidas.- Son señales que salen del PLC para poder activar elementos como ser: solenoides, bobinas de contactores, pilotos de señalización, etc. Tapa frontal.- Donde se encuentra el módulo de expansión en caso de añadir entradas y salidas.

-

LEDs de estado.- Son muestras de señalización donde nos indica el estado del PLC (corriendo o parado).

-

¿Cómo trabaja un PLC?

La siguiente figura muestra los componentes básicos de un sistema PLC, incluyendo una CPU S7-200, un PC, el software de programación y un cable de comunicación.

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO 7.3 CIRCUITOS DE CONTROL Y MANDO 7.3.1 Contactor - pulsador - piloto de señalización

F

F

7.3.2 Temporizador

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO 7.3.3 Relé térmico - fusible

7.3.4 Inversión de giro de un motor

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO 7.3.5 Arranque de motores

X

7.3.6 Presostato - Termostato - Conmutador

RT

T

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO 7.3.7 Circuito de control de una cámara frigorífica

RT RFF C Ve

= = = =

R

=

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Contacto auxiliar relé térmico Contacto auxiliar del relé de falta de fase Bobina del contactor del compresor Bobina del contactor de los ventiladores del evaporador Bobina del contactor de las resistencias

Co

=

AXI S

= =

(deshielo) Bobina del contactor de los ventiladores del condensador Relé auxiliar Bobina de la válvula solenoide (línea líquida)

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7.3.8 Circuito de refrigeración industrial de amoniaco

VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO

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7.3.9 Circuito de refrigeración (real) industrial con amoniaco

18 Válvula flotador

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO

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VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO

7.3.10 Circuito de control (real) de una instalación industrial con NH3

A2(KC)

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7.3.11 Circuito de potencia (real) de una instalación industrial con NH3

VII. AUTOMATIZACIÓN E INSTALACIONES CON AMONIACO

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