Ahorrar energía es uno de los conceptos más
buscados en los últimos tiempos dentro de nuestra industria, y el principio de
control de capacidad es una de ellas.
La búsqueda continua de soluciones más
eficientes ha llevado a la industria de la refrigeración a la implementación de
sistemas enfocados en tener un ahorro energético de alto impacto, ofreciendo
sustentabilidad tanto a los productos almacenados como a los equipos.
Existen diversas estrategias destinadas al
ahorro de energía en la industria, siendo que muchas de ellas tienen como
principio el control de capacidad.
Todo sistema de refrigeración está calculado
sobre un mismo principio: existe una carga térmica fija (a una condición de
diseño) bajo la cual son dimensionados los equipos y en base a la selección se
deben controlar. Existen diversos factores que generan que la carga sea
variable, como por ejemplo: la temperatura ambiente, la temperatura del
producto a lo largo del día (o proceso) e inclusive la carga térmica
consecuencia de la propia operación del local (abertura y cierre de puertas).
Todos estos factores traen como necesidad un control de capacidad del sistema.
Existen diferentes tipos de control de
capacidad, los más comunes son aquellos que basan su operación en encendido y
apagado del sistema, sin embargo, esta medida no trae ningún beneficio en
ahorro energético a la instalación. El presente texto busca dar a conocer los
beneficios de aquellas soluciones en donde además de tener una capacidad
variable se tienen beneficios en ahorro energético y sustentabilidad del
sistema. Las soluciones que serán abordadas son las siguientes:
- Compresores de capacidad variable
- Válvulas de expansión electrónicas
- Succión flotante
- Control de velocidad de ventiladores evaporador/condensador
El principio de ahorro energético en
instalaciones de refrigeración puede verse por distintos ángulos, sin embargo,
el objetivo es siempre común: utilizar la mínima capacidad necesaria de la
manera más eficiente para garantizar las condiciones deseadas en el producto
almacenado.
Compresores de
Capacidad Variable
Para poder controlar la capacidad de un sistema
de refrigeración, sin duda alguna, uno de los principales puntos es el control
de la etapa de compresión. Existen varias maneras de hacerlo, siendo la más
común de ellas, dividir la carga total en diferentes compresores para tener
distintas etapas de capacidad según sea la carga actual requerida. Esta es la
técnica más utilizada por los sistemas de refrigeración de los supermercados,
en donde estos conjuntos de compresores paralelos son mejor conocidos como
racks.
Los racks de compresores han sido la solución
más utilizada en sistemas de refrigeración con control de capacidad, sin
embargo, por su control robusto (el control de capacidad está en función del
número de compresores) no representan una solución optimizada que además de
buscar un control de la demanda contribuya a la necesidad de un mejor control
de la temperatura y ajuste del sistema.
Una mejora a este tipo de sistemas es la
incorporación de control de capacidad por medio de descargadores
incorporados a los compresores individualmente. Con esto se logra tener un
mayor número de etapas de control y así obtener una condición más estable de
presión de succión y temperatura.
Los descargadores generalmente son aplicados
a compresores reciprocantes por medio de succión bloqueada, es decir, se evita
que el gas ingrese a la cámara de compresión, dejando a los pistones en
movimiento sin flujo de refrigerante. Esta técnica se aplica por cabezas, por
ejemplo para un compresor de tres cabezas (seis pistones) se tendrá el 100%,
67%, 33% y 0% de capacidad respectivamente.
Los métodos arriba mencionados son eficaces y
ayudan a tener un control de la instalación, sin embargo, los requerimientos
actuales de las instalaciones han llevado a los sistemas de refrigeración a
utilizar métodos todavía más precisos con variaciones de capacidad más exactas
y beneficios notables en consumo de energía eléctrica.
Ante esta necesidad han sido aplicadas dos tipos
tecnologías: control de capacidad por inversor de frecuencia (variador) y
control de capacidad por tecnología digital.
Control por inversor
de frecuencia
Consiste
en la variación de la frecuencia eléctrica de alimentación del compresor, con
esto se consigue una modulación en la velocidad de rotación del motor,
controlando así la capacidad del compresor. Desde un punto de vista energético,
este método presenta grandes beneficios por el hecho de que mientras la
capacidad es modulada de una manera lineal, el consumo energético cae en una
relación cúbica.
De
esta manera siempre que no sea necesario el 100% del compresor, no sólo se
podrá tener una excelente modulación sino también un efecto positivo en
términos de ahorro energético. Además, no existe como tal una limitante
eléctrica para la modulación de frecuencia dentro de los rangos operativos de
la red, por lo que las etapas de capacidad pueden ser tan finas como la
exactitud del inversor utilizado.
Por
ejemplo, si el compresor está trabajando a un 80% de su rotación (40 Hz) su
capacidad frigorífica será también del 80% siendo que su consumo eléctrico sólo
será del 51%.
El
control de capacidad por inversor de frecuencia es un método bastante efectivo,
sin embargo, deben considerarse los límites establecidos por el fabricante del
compresor, pues existen restricciones principalmente vinculadas al trabajo en
bajas rotaciones ya que puede acarrear deficiencias de lubricación. También se
debe tener presente la frecuencia natural del compresor, pues al cruzar por
este valor el sistema puede entrar en resonancia generando fuertes vibraciones
e inclusive ruptura de tubería o componentes. Comúnmente los compresores con
inversor de frecuencia trabajan en un rango entre 25 y 60 Hz dependiendo de la
aplicación.
Control por tecnología digital
Consiste
en la compresión intermitente en un intervalo fijo, en donde el porcentaje de
capacidad estará dado por el porcentaje de ese intervalo en el que el compresor
(o parte de este se encuentre comprimiendo). Por ejemplo, en un intervalo de 20
segundos un compresor estará al 50% si comprime 10 segundos y los 10 segundos
restantes trabaja de manera descargada.
En
este método de control de capacidad el motor siempre trabaja a una rotación
constante, el consumo energético varía de acuerdo a la presencia o ausencia de
gas refrigerante dentro de la cámara de compresión, se calcula que cuando el
compresor se encuentra descargado consume el 10% de energía comparado contra su
trabajo en régimen de compresión.
En
compresores Scroll, la modulación se da sobre el 100% de capacidad del
compresor, esto se logra mediante la separación de las espirales. Ya en
compresores reciprocantes esta tecnología es aplicada sólo a una cabeza (por
succión bloqueada) dejando la posibilidad de tener control de capacidad
adicional en los pistones restantes.
Nota: en el siguiente
artículo continuaremos con el desarrollo de estas recomendaciones para el
control de capaciad de los sistemas de refrigeración, ahondando en temas como
las válvulas de expansión electrónicas, succión flotante y control de velocidad
de ventiladores.
No hay comentarios:
Publicar un comentario