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Importancia de un Control del Recalentamiento adecuado
La inyección de líquido en evaporadores secos normalmente está controlada por válvulas de expansión mecánica (TXV) o válvulas electrónicas (EEV) basadas en la señal de recalentamiento. Para obtener la mejor regulación posible de la inyección de líquido, es necesario proporcionar una señal de recalentamiento que sea óptima en todas las condiciones de funcionamiento.
El exceso de recalentamiento implica una pobre utilización del área del evaporador. Un recalentamiento pequeño produce riesgo de que líquido a través del evaporador provocando una disminución de la eficiencia (COP) y el riesgo del golpe de ariete y daños en el compresor.
Cómo establecer un recalentamiento adecuado
Para establecer un recalentamiento adecuado es necesario entender lo que pasa dentro de un evaporador.
Fig. 1a es una presentación esquemática del proceso que tiene lugar en el evaporador donde el evaporador está visto como una tubo largo con inyección de líquido en un extremo. Como resultado de la carga térmica exterior, la evaporación tiene lugar a lo largo del evaporador. Durante la evaporación el refrigerante se convierte en refrigerante gas. En la primera parte del evaporador, sólo una pequeña parte del refrigerante se ha transformado en gas, mientras que la mayoria es todavía líquido. Según avanza la evaporación, estas condiciones cambian, aumentan la cantidad de gas y dismuneye la de líquido. Mientras el gas ocupa muchas más espacio que el líquido, la velocidad aumenta provocando mayor inestabilidad. Gotas de líquidos dan vueltas alrededor del gas y se evaporarán dejando nada más que gas recalententado al final del evaporador.
Fig. 1a/b muestra la señal de temperatura de dos sensores, el sensor S1 esrá situado directemente después de la válvula de expansión. El sensor S2 puede colocar en diferentes posiciones a lo largo del tubo del evaporador. En la zona de recalentamiento la señal de S2 es bastantre estable, pero cuanto más cerca de la "zona inestable" esté el sensor S2, más inestable será la señal debido a la mayor cantidad de líquido comparada con la de gas. Cuando el sensor S2 se aproxima al sensor S1, la señal volverá a ser estable porque ahora el sensor S2 está situado en la zona de líquido y por tanto mide una temperatura constante. El límite entre la señal de recalentamiento estable e inestable se denomina MSS (Señal de recalentamiento mínimo estable) A lo largo de la curva de recalentamiento óptimo puede encontrarse el valor más alto del COP y de la capacidad del evaporador. Pero para diferentes tipos de evaporadores y para variaciones en la presión de aspiración la curva MSS cambia (Fig 2a), y para variaciones en la carga del evaporador, el recalentamiento óptimo cambia también (fig 2b). Si el recalentamiento es demasiado pequeño (dentro de la zona marada como "Wet") ¡hay posibilidades de daños en el compresor!)
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Conclusión sobre TXV
Sólo es posible ajustar el recalentmiento óptimo en uno de los puntos de funcionamiento. En las demás condiciones de funcionamiento el recalentamiento ya no será el óptimo, ya que cambiarán las característocas de la TXV ó de MSS.
Soluciones típicas del competidor
Muchos fabricantes en la industria de la refrigeración tiene hoy en día controladores para EEV. Algunos de ellos hacen un pobre trabajo en el control del recalentamiento, a menudo las válvulas de expansión termostática ¡funcionan mejor!. En primer lugar el recalentamiento es normalmente un valor fijo que debe ser ajustado durante la puesta en marcha , además mediante el ajuste manual de uno o varios bucles de control P-I ó P-I-D para bajadas, condiciones normales de funcionamiento ó MOP.
Además el porcentaje de apertura en el arranque se debe configurar manualmente junto con otros parámetros especiales de regulación haciendo que la puesta en marcha sea dificil y que se tarde mucho tiempo, incluso para personal cualificado. Para evitar daños en el compresor causados por un recalentamiento desmasiado bajo, la mayoria de los sistemas de la competencia tienen que ser configurados con un margen de seguridad para ajustarse a las peores condiciones (ver Fig. 10) resultando un bajo rendimiento del sistema, y en consecuencia, un alto consumo de energía. |
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La inteligencia del Software ADAP-KOOL® marca la diferencia
El algoritmo de control adaptativo, desde la introducción de Adaptive ADAP-KOOL® en 1987, ha sido el centro del sistema de control y seguimiento de Danfoss Refrigeración. been the core of the Danfoss refrigeration control and monitoring system. La 4ª generación actual del agoritmo de control del recalentamiento ha sido optimizada además para controlar la inyección de líquido de CO2.
Cuando comparamos los sistemas básicos de los competidores con el control adaptativo de recalentamiento de Danfoss (Ver Fig. 11) se pueden conseguir mejoras en los valores del recalentamiento en 2-3 kelvin utilizando el sistema ADAP-KOOL®, obteniendo una temperatura de aspiración 2-3 K más alta ó una temperatura de condensación reducida (presión).
Se puede considerar la siguiente regla: 2-3% de ahorro de energía por cada 1K que aumenta la temperatura de aspiración, y un 2-3% de ahorro de energía por cada 1K que deciende la temperatura de condensación.
Cuando combinamos el control adaptativo del recalentamiento y el control de la válvula de expansión electrónica, con la optimización de la presión de aspiración y el control de la presión de condensación flotante, conseguimos ahorros de energía significativos con el sistema de control ADAP-KOOL®, a la vez que mantenemos un redimiento alto en todas las condiciones de carga.
El control adaptativo de Danfoss para la inyección de líquido en evaporadores secos está protegida por numerosas patentes.
Ventajas de la Válvula de Expansión electrónica tipo AKV 10
Dado que la EEV se activa mediante electricidad, normalmente no es necesario un recalentamiento estático mínimo para abrir, pero puede abrir a presión diferencial ceroa través de la válvula. Además el grado de apertura de la válvula no está influenciado por los cambios en la presión de aspiración ó condensación sólo depende la de la salida eléctrica del controlador.
Una AKV está basado en el principio de modulación del ancho de pulso (PWM) – una combinación de válvula solenoide y válvula de expansión en un único dispositivo. Dentro de un periodo establecido de 6 seg (Fig. 12) la válvula abrirá y cerrará una vez. La ventaja de este principio es que la AKV puede gobernarse para abrir sólo para una fracción de los 6 segundos correspondientes en un grado muy pequeño de apertura, y con un cambio de capacidad del 0% al 100% donde el 0% puede conseguirse en milisegundos.
La conexión eléctrica es la misma que en las válvulas solenoides 24/120/230 V a.c. con la enorme ventaja de que es la combinación de unas válvula solenoide y de una válvula de expansión integrada, que permite el funcionamiento Normalmente Cerrado, especialmente en los casos de limpieza ó cuando se pierde la alimentación al controlador evitando que los compresores se dañen. and a huge advantage is the combination of integrated solenoid valve and expansion valve enabling Normally Closed functionality, especially at case cleaning or when power is lost to the controller to prevent damage of compressors. |
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Soluciones de control para aplicaciones específicas
Distintas aplicaciones tienen sinámicas de control muy diferentee y por lo tanto, tienen diferentes características de optimización. Danfoss ha desarrollado una variedad de controladores y válvulas de control electrónicas para un gran número de aplicaciones de refrigeración, por ejemplo:
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Control de evaporador para vitrinas y cámaras frigoríficas
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AK-CC 550A/AK-CC 750 y AKV10/AKVH10 Válvulas PWM |
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Control de inyección para sistemas HFC/CO2 en cascada |
EKC 313 y ETS / CCM válvulas de etapas |
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Control de recalentamiento para evaporadores industriales. |
EKC 315 y válvula motorizada ICM-ICAD / AKVA15/20 Válvulas PWM |
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Control de Evaporator para enfriadoras de agua (salmuera) |
EKC 316 / EKD316 y ETS válvulas de etapas |
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Controlador de la presión de gas CO2 para el control de lata presión en sistemas de CO transcrítico |
EKC 326a y válvulas motorizadas ICMTS-ICAD / válvulas de etapos CCMT |