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Sistemas de control de CO2 en alta temperatura

Jueves, 09 Julio 2015 20:12
Publicado en Informe Técnico
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Los requerimientos de alta temperatura por lo general están asociados a la conservación de frutas, verduras, vegetales y cámaras de curado y secado. En los sistemas de refrigeración típicos que hasta ahora se han venido usando, usando una combinación de NH3 CO2, utilizan una válvula motorizada de tres vías para el control de la temperatura y la humedad relativa de la cámara y los resultados son relativamente buenos y satisfactorios.

En el caso de sistemas bombeados con CO2, el control de temperatura es un poco más complejo y variará en cada caso, dependiendo de la temperatura que se desee. Afortunadamente, con las tecnologías existentes y los avances en los dispositivos de control de flujo y sus controladores electrónicos, hacen posible manejar la complejidad del control de temperatura con el CO2 como elemento enfriador.  Veamos las opciones más comunes disponibles para este caso.

Control tipo On / Off.  En los sistemas de alimentación de CO2 líquido a los enfriadores, es muy común en ciertas aplicaciones usar una estación de válvulas multiplataforma, que incluyen una válvula de cierre, un filtro, una válvula solenoide y una válvula de expansión manual y un sensor de temperatura, el cual puede estar conectado a un PLC o a un termostato de ambiente, y que monitorea continua¬mente la temperatura de la cámara.  Mientras la temperatura de la cámara esté por encima del set point, el PLC o termostato alimentarán a la válvula solenoide de líquido del grupo multiplataforma, permitiendo así la alimentación de CO2 líquido.  Una vez que la temperatura de la cámara alcanzó el valor del set point, el PLC o el termostato de ambiente cortan la alimentación de corriente a la válvula solenoide de líquido, interrumpiendo así el flujo de CO2 líquido dentro del enfriador.

Este método es simple y sencillo pero siempre vamos a tener una temperatura de la cámara que va a fluctuar entre los diferenciales establecidos por encima y por debajo del set point.  Cuando se desea únicamente el control de la temperatura, puede funcionar, pero en aplicaciones que se desea controlar la temperatura y la humedad relativa, pudiese generar deshumidificación del producto con pérdidas de peso y calidad.

Control mediante la tecnología de alimentación de líquido con modulación de pulsos.  La tecnología de alimentación de líquido con modulación de pulsos consis¬te en un grupo multiplataforma que contiene una válvula de cierre, un filtro, una válvula de expansión por pulsos controlada electrónicamente por un controlador dedicado y una válvula de cierre.  En este caso, también disponemos de un sensor de temperatura en la cámara, conectado a un controlador dedicado. Mientras la temperatura de la cámara esté por encima del set point, el controlador hará que la expansora de pulsos se ajuste a la capacidad del sistema mediante pulsos de mayor amplitud y frecuencia adecuada.  Una vez satisfecho el set point de temperatura, el controlador hará que la expansora de pulsos reduzca la amplitud y frecuencia de los pulsos, limitando la alimentación de CO2 lo que va a producir un cierto sobrecalentamiento del CO2 de retorno. 

control temperaturaEste sobrecalentamiento va a generar a su vez una reducción en el L1T entre el CO2 y el aire de la cámara que nos va ayudar a mantener los niveles de alta humedad relativa requerida para la aplicación de frutas y vegetales (Típicamente entre 75 y 85%).  En la figura podemos ver una muestra del control de temperatura con tecnología de modulación de pulsos).

En los evaporadores de gran capacidad, se pueden sustituir las válvulas expansoras por modulación de pulsos por válvulas motorizadas controladas también por un controlador similar.

El resultado va a ser una temperatura de la cámara mucho más estable y con la humedad adecuada.

Métodos de descongelación de evaporadores de CO2

Los métodos más comunes de des-congelación de evaporadores de CO2 son los siguientes:

  • Descongelamiento eléctrico mediante resistencias: Este es el método más simple, pero a menudo también el mas ineficiente para esta tarea. Se pueden considerar para aplicaciones de temperaturas cercanas a O ºC (32°F).  Los cálculos teóricos hechos por varios investigadores (Pearson, 2006), nos muestran que la eficiencia para descongelar un evaporador de 100 KW mediante resistencias eléctricas, es de un 53,8%, mientras que con gas caliente es 226%.
  • Descongelación por gas caliente: Se puede llevar a cabo fácilmente cuando se dispone de un sistema con CO2 para baja temperatura operado con compresores en cascada. En ese caso se puede utilizar la descarga de los compresores como fuente de gas caliente para la descongelación, usando casi los mismos criterios que se usan para descongelar evaporadores con amoníaco. En caso contrario, habría que implementar un pequeño compresor dedicado únicamente para la descongelación de los eva¬poradores, incrementando así la inversión inicial pero sin dejar de ser viable.  En la siguiente figura, podemos ver los componentes necesarios para la descongelación de un evaporador de CO2 con gas caliente.

componentes descongelacion gas caliente

Se inyecta gas caliente proveniente de los compresores de baja ó del compresor dedicado a la descongelación a través de una válvula de globo, válvula solenoide y en ciertos casos, una expansora manual. En ese momento, la válvula motorizada de succión está cerrada. Esta válvula es controlada por un controlador dedicado y cuanta también con una unidad UPS para apertura parcial o total, en caso de un fallo de corriente.  Esto se hace para evitar el riesgo de sobrepresión en caso que quede el líquido atrapado.  Esta válvula debe ser seleccionada verificando su MOPD (Máxima presión diferencial de apertura.  Dependiendo del caso, pudiera ser necesario instalar una válvula solenoide de By-Pass para tratar de reducir la diferencia de presiones a través de la válvula al momento de la apertura, hasta un valor que esté por debajo de su MOPD. 

refrigerante equipoEn este caso, como los sistemas de CO2 como refrigerante secundario (Como una salmuera), son diseñados para trabaja sin aceite, será necesario tomar precauciones para retornar el aceite proveniente de la descarga de los compresores, de nuevo a los compresores.

  • Descongelamiento mediante agua: En la mayoría de los casos con temperatura de la cámara ligeramente por encima de 32°F (O "C) se puede descongelar los evaporadores de CO2 mediante una cortina de agua distribuida lo mas uniforme posible sobre el serpentín.  Sin embargo, ya hay ciertas técnicas usadas por varios fabricantes de evaporadores, que permiten aplicar la desconge¬lación por agua hasta -20°F (-28,8 "C).  Es un método económico, pero se deben tener precauciones en el tratamiento del agua para evitar la acumulación de incrustaciones en las aletas y serpentín.

Conclusiones

sistema control CO2Al momento de hacer un proyecto para una planta nueva o una ampliación de una existente, se deben hacer varias consideraciones para llegar a la mejor elección del refrigerante a utilizar.  Hoy en día, la escogencia del CO2 como refrigerante secundario (como salmuera) es mucho más viable ya que con las tecnologías existentes se puede garantizar una mayor eficiencia del sistema con un costo inicial comparable con los sistemas tradicionales.

Cuando se toma en cuenta la seguridad, calidad del producto y eficiencia energética, los sistemas de refrigeración con CO2 como refrigerante secundario se muestran como una alternativa seria y con grandes ventajas en comparación con los sistemas tradicionales de soluciones acuosas de glicol.  Además de la seguridad se puede argumentar también a favor de estos sistemas, la reducción en potencia en el sistema del refrigerante primario y en la potencia de bombeo del refrigerante secundario además de la sencillez en su uso.

Por último, si se hace un balance de los beneficios del CO2 Vs Glicol y si se hace un análisis del perfil de la carga térmica, se implementan las estrategias de control adecuadas acompañadas con sistemas de manejo de la seguridad y se instalan los componentes adecuados, se puede lograr que el usuario final disfrute de los beneficios que este sistema proporciona .

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