COOL SAVE Descripción y función de equipos que se emplean en una instalación de frio industrial INDICE 1 Compresor... 2 1.1 Elementos del compresor... 2 1.2 Tipos... 2 2 Condensador... 4 2.1 Tipos... 4 2.2 Aprovechamiento del calor del condensador (agua caliente)... 4 2.3 Legionella... 5 3 Dispositivo de expansión... 6 4 Evaporador... 9 5 Intercambiador de calor... 11 5.1 Tipo de intercambiadores... 11 6 Accesorios... 12 7 Válvulas... 15 ITCL Instituto Tecnológico de Castilla y León COOL SAVE
1 Compresor Su misión es mantener la presión en la zona de baja constante, al nivel de la consigna; comprimiendo el vapor existente en el evaporador hasta el condensador. 1.1 Elementos del compresor Silenciadores, uniones flexibles, amortiguadores, bancadas Seguridad Presostato de máxima y de mínima Válvulas de seguridad interna y externa Fusible de presión Presostato y nivel de aceite Protección térmica 1.2 Tipos Desplazamiento positivo Alternativos: Recíprocos. Herméticos, semiherméticos y abiertos Los alternativos están compuestos por un número variable de cilindros en el interior de los cuales se desplazan pistones que comprimen el fluido en disposición radial. El fluido entra y sale de ellos por válvulas accionadas por la presión diferencial entre ellos. Disponen de un sistema de lubricación mediante aceite a presión. Ilustración 1 Compresor alternativo Rotativos: Paletas Engranajes Scroll Tornillo (simple o doble) 2
El compresor de tornillo consiste en dos rodillos con un perfil helicoidal, uno macho y otro hembra que giran con sus ejes paralelos. Al girar, el espacio entre ellos primero aumenta, generando una depresión mediante la que se aspira el fluido, y posteriormente se reduce comprimiendo el fluido. Ilustración 2 Compresor de tornillo Ilustración 3 Compresor Scroll En el caso del compresor de tornillo se inyecta aceite a presión entre los rotores para conseguir lubricación y refrigeración. 3
2 Condensador Intercambiador de calor donde el refrigerante en estado de vapor a alta presión, se licua cediendo calor al exterior o a otro fluido de trabajo. Existen también condensadores con subenfriamiento de manera que se asegura la obtención de líquido a la salida del condensador, mejorando el ciclo. Si es excesivo disminuye el aprovechamiento del condensador (Calor latente > Calor sensible) 2.1 Tipos Condensador de aire. Tubos, aletas, ventilador con flujo cruzado Condensador de agua. Intercambiador de calor De inmersión (acumulador) Mixto (Agua + aire) Evaporativo (agua pulverizada) Ilustración 4 Condensador evaporativo 2.2 Aprovechamiento del calor del condensador (agua caliente) Almacenaje para posterior uso (desescarche) ACS Agua en circuito cerrado (torre de refrigeración) Torre refrigeración abierta Torre refrigeración cerrada (purgas para mantener concentración de sales) 4
2.3 Legionella Es una bacteria que vive desde siempre en el medio acuático natural. Desde hace años, utilizamos equipos como los condensadores donde la temperatura y la humedad son muy apropiadas para su desarrollo. Y estos equipos dejan escapar pequeñas gotas que llegan a nuestros pulmones y que caso de contener Legionella nos pueden producir la enfermedad de la Legionelosis. Bacteria de gran movilidad presente en el agua dulce Proliferación en agua entre 30ºC y 50 ºC. Máximo desarrollo (exponencial) a 40ºC Posibles infecciones por agua o aire Solución: mantenimiento preventivo 5
3 Dispositivo de expansión Son los dispositivos mediante los que se realiza la reducción de presión isoentálpica ( es decir con variación de entalpía igual a 0) desde la presión de condensación hasta la de evaporación. Regulan la cantidad de fluido refrigerante que entra en el evaporador Diferencia las zonas de presión alta y baja Se deben colocar lo más cerca posible de los evaporadores Ilustración 5 Dispositivos de expansion V.E. Manual Tienen poca aplicación Válvula de aguja, aplicado en instalaciones con carga constante Tubo capilar Empleados en pequeñas instalaciones donde varia poco la carga frigorífica (domesticas, aire acondicionado) 6
V.E. Automática Regulable para una diferencia de presiones determinada Logra mantener un valor dado de presión mínima V.E. Termostática Más utilizado en instalaciones de carga media La válvula trata de mantener un sobrecalentamiento a la salida del evaporador Regula el caudal de refrigerante según el flujo de calor en el evaporador Posee un bulbo palpador lleno del mismo refrigerante que en del circuito (fluido de potencia). El bulbo mide la temperatura a la salida del evaporador y ejerce una presión sobre un diafragma que tiende a abrir la válvula, en la otra parte del diafragma actúan la presión de u muelle y la presión de evaporación del refrigerante, que se tienden a cerrarla. La válvula controla cuánto se recalienta el refrigerante de modo que superado el valor de tarado, la presión abre la válvula e introduce refrigerante en el evaporador, disminuyendo el recalentamiento a la salida. V.E. termostática con igualador interno de presión La presión de evaporación que tiende a cerrar la válvula es la presión a la salida de la misma Esto hace que la caída de presión a la salida del evaporador (disminución temperatura) haga que no se llegue a la temperatura de tarado del bulbo y no se abra la válvula. Para compensarlo, se debe destinar una parte del evaporador para recalentar el refrigerante y así compensar la pérdida de carga, perdiendo superficie útil de intercambio para la refrigeración V.E. termostática con igualador externo de presión En grandes evaporadores con gran pérdida de carga o con distribuidores de liquido Esta válvula lleva a la membrana la presión de evaporación del refrigerante después del bulbo, donde ya se ha producido la pérdida de carga. V.E. termostática con MOP Válvulas limitadoras de presión. MOP = Presión Máxima de servicio Alcanzado cierto valor de presión en el evaporador, la válvula restringe el paso de flujo, evitando el aumento de presión y limitando la presión de aspiración Durante ciclo de desescarche, aumenta la presión en el evaporador y produce la sobrecarga del compresor. 7
No son adecuadas en instalaciones que requieren enfriamientos rápidos V.E. Electrónica El aporte de refrigerante está controlado por dos sondas de temperatura a la entrada y salida del evaporador, que controlar un actuador sobre la válvula en función de una diferencia de temperaturas dada. V.E. Flotante de baja presión El objetivo es mantener el nivel de líquido en el evaporador, directamente sobre el evaporador o a través de un separador de líquido, a través de una válvula con flotador comunicada con el elemento. A la entrada de la válvula el fluido está en estado líquido y se expansiona para pasar a ser una mezcla de líquido y vapor a baja presión dentro de su envolvente. Cuando se envío líquido al evaporador o el compresor aspira vapor del recipiente, el nivel baja y el flotador abre la válvula. V.E. Flotante de alta presión Suele ir montada en el recipiente de liquido, cuando el nivel sube, ésta abre dando paso a la expansión del refrigerante. Se usan para cargas constantes, ya que al actuar a alta presión, expansiona sin tener en cuenta el refrigerante que necesite el evaporador. 8
4 Evaporador Intercambiador de calor donde el refrigerante (líquido a baja presión), se evapora absorbiendo calor de un medio exterior, así mismo se debe regular la cantidad de refrigerante que se dosifica en función de la aspiración del compresor En caso de que exista recalentamiento, se asegura la completa formación de vapor para evitar la entrada de líquido al compresor. Ilustración 6 Evaporador industrial Funcionamiento Tipos Sistema inundado. Evaporador prácticamente lleno de líquido Sistema seco. Contiene la cantidad indispensable de liquido, reduciendo la cantidad de refrigerante del sistema Semi inundado. Tubos conectados en paralelo a colectores. Enfriamiento de aire. Tubos con aletas Enfriamiento de agua. Intercambiador de placas o de tubos Serpentín sumergido Placas para formación de hielo Psicrometría Tener en cuenta la altitud Enfriamiento sensible. No varía la humedad absoluta Enfriamiento con deshumidificación. Condensa humedad. Generación de escarcha La escarcha hace de aislante térmico reduciendo el rendimiento del evaporador Proceso de desescarche o Natural (larga duración) o Goteo agua caliente (calentada en el condensador) o Resistencia eléctrica (fácil instalación) o Bomba de calor o Gas caliente 9
Elementos del sistema: Temporizador, detector de escarcha, bandeja de condensados, desagüe 10
5 Intercambiador de calor Un intercambiador es utilizado para el intercambio de calor entre dos fluidos que estén a diferentes temperaturas, el intercambio de temperatura se basa en el gradiente de la temperatura de ambos fluidos. Ilustración 7 Intercambiador de calor Clasificación Recuperadores y regeneradores Procesos transferencia. Contacto directo y contacto indirecto Construcción. Tubos, platos y superficies extendidas Tipo de flujo. Paralelo, contracorriente, flujo cruzado 5.1 Tipo de intercambiadores Concéntricos Más sencillos Dos tubos concéntricos Flujo paralelo o a contracorriente De flujo cruzado Carcasa y tubos De placas Compactos Uno/varios pasos por tubo y uno/varios pasos por carcasa Se instalan deflectores para aumentar el coeficiente de convección del lado de la carcasa Placas delgadas que forman canales de entre ellas por donde pasan los flujos Disposición compleja de tubos con placas o aletas Gran superficie de transferencia de calor por unidad de volumen Usados cuando al menos uno de los fluidos es un gas (Bajo coeficiente de convección) 11
6 Accesorios Latiguillos antivibratorios Situados a la salida del compresor (Alta presión) Impide la transmisión de vibraciones del compresor Refrigerante en fase vapor Ilustración 8 Latiguillos anti vibración Separador de aceite lubricante Recupera el aceite en la descarga del compresor antes de que pase al condensador y se acumule en el evaporador Ilustración 9 Separador de aceite lubricante Necesarios cuando: o El compresor este a un nivel superior a la altura de los evaporadores o la diferencia de altura entre ambos sea inferior a un metro o La disposición de la instalación no permita un fácil retorno del aceite o existan embolsamientos o sifones en la línea de aspiración o Las instalaciones donde trabajen con evaporador inundado o semiinundado o Las instalaciones sean de baja temperatura o El compresor se encuentre a gran distancia del evaporador o El compresor trabaje a velocidades elevadas El refrigerante mezclado con una neblina de aceite procedente de la descarga entra al separador y pasa por una placa deflectora reduciendo su velocidad y escurriendo las gotas de aceite por la placa debido a su mayor impulso. Vuelve al cárter a través de un nivel y una válvula de flotador 12
Si se reduce la P. Alta demasiado, aumenta la velocidad del gas en la descarga, lo que puede hacer que no todo el aceite se quede en el separador y se acumule en el recipiente de baja presión; aumentando el consume de aceite y los costes de mantenimiento. La solución sería sobredimensionar el separador para permitir una mayor velocidad del gas. Botella acumuladora Situada aguas abajo del condensador, normalmente con condensadores de aire El objetivo es eliminar rápidamente el liquido condensado para disponer de la totalidad de superficie útil en el condensador Tipo vertical u horizontal Intercambiador intermedio Salida de la botella acumuladora (condensador) Sobrecalentamiento y subenfriamiento. y salida del evaporador. Filtro deshidratador Evita que el agua dentro del circuito se congele y dañe o bloquee la válvula de expansión, además de eliminar partículas que lo puedan obstruir. Sustancias: Oxido de Calcio, Alúmina activada, Silicagel, Sulfato de Calcio, tamices moleculares Pueden actuar también como filtros de impurezas y ácidos debidos a la alta temperatura en el bobinado del motor. Situado en la línea de líquido Ilustración 10 Filtro deshidratador Filtro en la línea de succión Colocado a la salida del evaporador y antes del acumulador de la línea de succión Objetivo: filtrar impurezas mezcladas con el refrigerante Ilustración 11 Filtro de succion Visor de líquido Situado antes de la válvula de expansión El objetivo es detectar la presencia de agua y observar el paso de la corriente solo en fase líquida 13
Pueden resultar de gran ayuda para cargar el sistema de refrigerante Eliminador de gases no condensables (purgador) La presencia de aire contamina el refrigerante reduciendo su eficiencia Se suelen acumular en el condensador, reduciendo su eficiencia y aumentando la presión de condensación para compensar el efecto Bomba de recirculación Recircula el líquido desde su recipiente de baja presión hasta el evaporador. Para sistemas inundados Recipiente anti golpe de liquido Situado en el lado de baja presión, antes del compresor Impide la llegada de líquido al compresor Ilustración 12 Bomba recirculación El líquido se deposita en el fondo y puede evaporarse con calor externo Se puede calibrar un orificio en la aspiración para que entre una cantidad controlada de aceite + liquido que ayude a la refrigeración del compresor. Otros dispositivos Termostato Presostato Elementos de medida Termómetro Manómetro Consumos eléctricos Medidor de caudal 14
7 Válvulas Fusible de seguridad. Consiste en un tapón con su centro relleno de una aleación con un punto de fusión bajo de modo que al producirse una sobrepresión actúa como válvula de escape Común para depósitos de líquido y condensadores de agua de tipo multitubular o de inmersión Válvula de seguridad. En compresores de gran capacidad, se coloca en la parte de alta presión entre la salida del compresor (después del separador de aceite) y la entrada del condensador. Comunica a través de una membrana con el lado de baja presión de modo que en caso de actuar, se equilibra la presión con el lado de baja y no se pierde carga. Ilustración 13 Ejemplos válvulas de seguridad Válvula de 4 vías Para combinar circuitos Válvula reguladora de presión Elemento auxiliar de regulación y control para hacer funcionar el ciclo de refrigeración eficientemente bajo las diferentes condiciones cambiantes (condiciones ambientales en el condensador y variaciones de demanda en el evaporador) o Reguladora de presión de salida Mantener presión constante aguas abajo (entrada a la válvula) a pesar de las variaciones de carga. o Reguladora de presión diferencial Mantener un valor indicado de presión diferencial entre la entrada y la salida de la válvula Ilustración 14 Válvula reguladora de presion 15
Válvula solenoide Accionado eléctricamente para controlar el flujo de líquidos o gases en la instalación de frio. Se recomienda el uso de un filtro antes de la válvula para evitar obstrucciones Ilustración 15 Válvula solenoide Válvula succión Baja caída de presión para funcionar a bajas temperaturas, Válvulas de corte manuales Evitan el flujo de fluido a través suyo, el modo de corte puede ser atornillado o roscado Válvula de detención de succión accionada por gas (CK5) Ilustración 16 Válvula de corte manual Elimina la posibilidad de golpe de liquido si la corriente eléctrica falla durante el desescarche Válvula de antirretorno/retención (válvula check) Capacidad de no permitir el retorno del flujo, evitando recirculaciones entre elementos en paralelo. Factores a tener en cuenta Tipo de fluido Caudal Presión entrada Presión salida Diámetro de la tubería Comprobar si al válvula ha funcionado correctamente y durante cuánto tiempo 16
Listado de símbolos mas comunes en planos de instalaciones de frio industrial Elemento Símbolo Elemento Símbolo Válvula de paso manual /a la izquierda / Válvula de seguridad Filtro Conexión por bridas Válvula con tapón roscado V. de seguridad con escape conducido Válvula solenoide Bomba centrífuga Tubería aislada Válvula de expansión manual Válvula antirretorno Válvula reguladora de presión Motor trifásico Bomba centrífuga con motor trifásico Manómetro de P. alta Regulador de nivel Válvula manual Cool save Cool save Cool save Cool save Cool save Cool save cool save itcl 17