Un regulador de Presión es una válvula que controla una
característica específica de un sistema. Existen los Reguladores
Mecánicos que usan la presión de trabajo en contra de un resorte para
controlar la presión de entrada o de salida. Los Reguladores con
Actuación Eléctrica que requieren para controlar los parámetros de un
sistema de un controlador, o de un sensor.
“La potencia de los motores de los compresores está diseñada para operar en el rango de temperaturas para la cual son aplicados”
El ciclo térmico de refrigeración consta básicamente de un
compresor, un evaporador, un condensador, y un dispositivo de
dosificación o regulación del refrigerante, tuberías, refrigerante o
sustancia de trabajo. En teoría estos componentes deberían de trabajar
dentro de un balance perfecto sin embargo, es sabido que los ciclos
termodinámicos funcionan de acuerdo a su medio ambiente, que en alguna
forma tienen que rechazar calor a este (por medio del condensador), y
dado que estas condiciones ambientales son continuamente variables
(durante cada día, durante la noche, durante el año) la operación del
condensador es diferente dependiendo de esas condiciones. Por otro
lado, el evaporador está sujeto a las cargas del producto (su
temperatura de entrada y salida, su cantidad, frecuencia de movimientos
de esta, deshielos, humedad, etc.) Dadas estas situaciones la
operación del compresor y la masa de refrigerante circulando serán
también variables, se tendrá que ajustar a la demanda del ciclo.
Además, la selección de las componentes principales del ciclo para un
diseño específico con un balance perfecto es muy difícil de lograr. Por
lo anterior es necesario añadir al ciclo elementos auxiliares de
control y regulación que lo puedan hacer funcionar correctamente y
eficientemente bajo todas estas variaciones.
Existen cuatro tipos de Reguladores de Presión:
• Para el Control de Presión del Evaporador (Evaporator Pressure Regulator EPR). En la línea de succión.
• Para el Control de Presión del Cárter (Crankcase Pressure Regulator CPR). En la línea de succión.
• Para el Control de Derivación de Gas Caliente (Hot Gas ByPass).
• Para el Control de Presión de Descarga (Head Pressure Control).
Los reguladores en la línea de succión (1 y 2) son usados
para una gran variedad de funciones en el control de la refrigeración.
Su propósito principal es balancear la capacidad del sistema de
refrigeración a los requerimientos de la carga térmica.
Controlando la presión de operación del evaporador (o la
presión de succión del compresor), se puede lograr o permitir que el
sistema opere correctamente bajo un amplio rango de condiciones de
carga y ambientales, manteniendo una eficiencia máxima del sistema. Su
utilización es muy buena en sistemas centrales grandes de refrigeración
comerciales. Por lo general, pero no siempre, se requiere instalar
reguladores en sistemas pequeños de unidades auto contenidos, sistemas
de refrigeración distribuidos en supermercados, sistemas compactos, etc.
Existen dos tipos principales de reguladores en la línea de
succión: de flujo ascendente (Upstream) Regulador de Presión del
Evaporador (EPR), y el regulador de presión con flujo descendente, y
dado que regula la presión del compresor es llamado Regulador de
Presión del Carter (CPR).
Ambos tipos se encuentran a la salida del evaporador, entre este y el compresor (ver Fig. 1).
En operación la EPR mantiene la presión del gas arriba o en el valor
preestablecido (cuando se desea una mínima presión en el evaporador) la
válvula CPR mantiene la presión del gas abajo o en el valor
preestablecido (que la presión del cárter del compresor no suba de un
valor establecido, por ejemplo después de un descongelamiento o cuando
ha estado parado mucho tiempo).
| Figura 1. Reguladores de Presión – Flow Controls |
|
|
“El
ciclo térmico de refrigeración consta básicamente de un compresor, un
evaporador, un condensador, y un dispositivo de dosificación o
regulación del refrigerante, tuberías, refrigerante o sustancia de
trabajo.”
Control de Presión del Evaporador EPR
La presión límite de operación en su entrada de una válvula
EPR, se ajusta por medio del tornillo colocado en su parte superior,
este mueve un resorte ajustable (ver cada modelo de válvula los
detalles para sus ajustes). El ajuste de las válvulas EPR consiste en
controlar la presión en su entrada, toma varios días, sobre todo
cuando se tienen sistemas de evacuación (Pump Down).
| Figura 2. Evaporadores con Diferentes Temperaturas |
|
|
| Figura 3. Evaporadores con Diferentes cargas Térmicas y mismas temperaturas |
|
|
Las EPR se especifican por su capacidad en Ton o kW, su rango
de presión de ajuste, su tipo y tamaño de conexión, el modelo de la
válvula. Flow Controls de Emerson Climate Technologies ofrece varios
tipos modelos, entre los más usuales son las IPR (Inlet Pressure
Regulator), y la EPRB es una válvula eficiente de energía, reguladora de
presión del evaporador con operación piloto. Se suministra con
conexiones de cobre para su fácil instalación en el sistema, es
normalmente abierta, se puede suministrar con su válvula solenoide. La
EPRB (S), la S para aplicaciones con descongelamientos.
En sistemas centrales o múltiplex, con compresores y
evaporadores en paralelo, existen dos posibilidades en la forma de
utilizarlas Fig. 2, y 3
La válvula EPR tiene una modulación totalmente abierta o
totalmente cerrada, se cierra cuando la presión de entrada disminuye,
su única función consiste en evitar que la presión del evaporador
disminuya de un valor previamente especificado y para el que se ajustó
el regulador.
Control de Presión del Cárter CPR.
Esta válvula llamada válvula restrictora, es del tipo OPR,
limita la presión de succión en el cárter de un compresor a un valor
límite preestablecido, con el fin de evitar que el motor de compresor
se sobrecargue. Su ajuste se efectúa mediante un tornillo y un resorte.
Es normalmente abierta, y cierra cuando la presión del compresor se
eleva arriba del valor máximo preestablecido forzando la válvula a su
asiento, cuando la presión de succión cae, la válvula empieza a abrirse
manteniendo así su balance.
La válvula reguladora de la presión del cárter se sitúa entre el evaporador y el compresor en la línea de succión.
Existen los rangos de temperatura de operación de los compresores comerciales:
• Aire Acondicionado y Ref. Alta Temperatura -18 C (0 °F) –> 12.8 C (55 °F)
•..Ref. Media Temperatura -20.5 C (-5 °F) –> -3.8 C (25 °F)
•..Ref. Baja Temperatura -40 C (-40 °F) –> -18 C (0 °F)
•..Ref. Extra Baja Temperatura -40 C (-40 °F) –> -31.7C (-25°F)
La potencia de los motores de los compresores está diseñada
para operar en el rango de temperaturas para la cual son aplicados,
arriba de esos rangos implicará una mayor demanda de potencia, y por
otro lado la demanda de energía del motor del compresor baja con la
reducción de la presión de succión. La válvula CPR se utiliza
principalmente para evitar la sobrecarga del motor en unidades de baja
temperatura, durante las condiciones de arranque, de enfriamiento
inicial en el abatimiento de temperatura (pull/down), periodos de
descongelamiento, etc. La utilización de la válvula CPR permite el uso
de un compresor con mayor desplazamiento con un motor de menor
potencia, traduciéndose en un ahorro y una mayor eficiencia, evitando
la sobrecarga. Es necesario evitar la caída excesiva de presión a
través de la válvula CPR, ya que podría producir una pérdida
inaceptable de capacidad del sistema, por lo que es importante
seleccionar la válvula adecuadamente. La Fig. 4 nos muestra el rango de funcionamiento de un compresor de extra baja temperatura, el cual requiere una válvula CPR.
| Figura 4. Tabla de Funcionamiento de un Compresor Semihermético de Extra Baja Temperatura Rango – 40ºF → 25ºF |
Rating Conditions
65 ºF Return Gas
0 ºF Subcooling
95 ºF Ambient Air Over
60 Hz Operation
|
EXTRA LOW TEMPERATURE
HCFs Require Use of Polyol Ester Lubricant Approved by Bulletin AE-1248
|
LACB-032E-CAB
COPELAMATIC® HCFC-404A COMPRESSOR
Cab 230-1-60
|
| Condensing temperature ºF(Sat Dew Pt Pressure, psig) |
Note: CPR Valve RequiredEvaporating Temperature ºF (sat Dew Pt Pressure, psig |
130
|
(4.5) -40
|
-35 (7.1)
|
-30 (9.9)
|
-25 (13)
|
-20 (16)
|
(354) C
P
A
M
E
%
|
3730
2080
10.7
82
1.8
39.4
|
5490
2440
12.1
121
2.2
46.8
|
7440
2830
13.6
164
2.6
51.9
|
9570
3230
15.2
212
3
55.2
|
11800
16.8
16.8
263
3.2
57.1
|
120 C
(310) P
A
M
E
%
|
5770
2380
11.8
114
2.4
45.8
|
7530
2680
13
151
2.8
50.5
|
9520
3000
14.3
191
3.2
54.1
|
11700
3350
15.6
236
3.5
56.6
|
14100
3710
17.1
285
3.8
58
|
110 C
(271) P
A
M
E
%
|
7530
2550
12.4
139
3
49.2
|
9350
28.10
13.5
173
3.3
52.6
|
11400
3090
14.6
212
3.7
55.3
|
13700
3380
15.8
256
4.1
57.4
|
16300
3690
17
304
4.4
58.7
|
105 C
(252) P
A
M
E
%
|
8320
2600
12.6
148
3.2
50.3
|
10200
2840
13.6
182
3.6
53.2
|
12300
3100
14.6
221
4
55.7
|
14700
3370
15.8
264
4.4
57.7
|
17300
3660
16.9
312
4.7
58.9
|
100 C
(235) P
A
M
E
%
|
9060
2630
12.7
156
3.5
51
|
11000
2860
13.6
190
3.8
53.6
|
13200
3100
14.6
229
4.3
56
|
15700
3360
15.7
272
4.7
57.8
|
18400
3630
16.8
320
5.1
59
|
90 C
(203) P
A
M
E
%
|
10400
2640
12.8
169
3.9
51.5
|
12500
2860
13.7
203
4.4
53.8
|
14900
3080
14.6
242
4.8
56
|
17700
3310
15.5
286
5.3
57.7
|
20600
3550
16.5
336
5.8
58.9
|
80 C
(174) P
A
M
E
%
|
11600
2630
12.8
177
4.4
51.1
|
13900
2840
13.6
213
4.9
53.2
|
16600
3050
14.4
254
5.4
55.2
|
19600
3270
15.3
300
6
56.8
|
22900
3490
16.2
352
6.6
57.9
|
70 C
(148) P
A
M
E
%
|
12700
2610
12.8
184
4.9
49.7
|
15300
2830
13.6
222
5.4
51.7
|
18300
3040
14.4
254
6
53.5
|
21700
3260
15.3
315
6.6
54.9
|
25300
3480
16.2
369
7.3
55.9
|
| Nominal Performance Values (±5%) based on 72 hours run-in. Subject to change without notice. Current @ 230VC:Capacity(Btu/hr), P:Power(Watts), A:Current(Amps.), Mass Flow(lbs/hr), E:EER(Watt-hr), % Isentropic Efficiency(%) |
| © 2007 Emerson Climate Technologies, IncAutogenerated Compressor Performance |
|
1.14XL-65-CABPrinted 07/31/2007
94-410XLP |
|
|
|
|
|
|
|
|
Este compresor con motor para extra baja temperatura rango
de -40 C (-40 °F) –> -31.7C (-25°F) tiene un valor eficiencia de
energía EER de 4.4 Btu/h-W, comparado con un compresor idéntico para
baja temperatura rango de -40 C (-40 °F) –> -18 C (0 °F) con motor
para baja temperatura tiene un valor de eficiencia de energía EER de
4.0 Btu/h-W, representaría un ahorro en su consumo eléctrico del 10%.
Flow Controls de Emerson Climate Technologies ofrece varios
tipos de válvulas CPR, las más usuales son las OPR. Esta serie de
válvulas son del tipo de flujo descendente mantienen la presión de
salida que se fija, diseñada para prevenir la sobrecarga del motor del
compresor. Se solicitan de acuerdo a su serie (OPR), su tamaño de
puertos, conexiones (SAE, ODF) tamaño y tipo, y su rango de operación
(psig), El tipo de refrigerante, temperatura de evaporación, tonelaje
requerido (al respecto para más detalles ver el catálogo de selección
correspondiente).
“A una temperatura ambiente normal, y alta temperatura de evaporación no es necesario inundar el condensador”
Válvula de Derivación de Gas Caliente
Como se mencionó inicialmente, en una gran mayoría de los
sistemas de refrigeración y aire acondicionado la carga térmica puede
variar bastante, se puede deber a las entradas y salidas de las cargas
de producto, ocupación, iluminación, cambios ambientales del clima,
entre otros aspectos. En estos casos es necesario para un
funcionamiento adecuado del sistema, un control de la capacidad del
compresor. La forma más simple de control de la capacidad, es arrancar y
parar el compresor, durante bajas cargas esto resultaría en ciclados
cortos del compresor, lo que conduciría sin lugar a duda a su falla.
En algunos casos los compresores tienen descargadores o
control de capacidad, los cuales pueden proporcionar una adecuada
modulación de capacidad, pero frecuentemente se requiere control de
capacidad en sistemas sin descargadores, los cuales por lo general
están disponibles en compresores grandes lo que añaden un costo
sustancial y que no son muy adecuados en operación de baja temperatura.
Donde existen ciclados cortos del compresor, donde el uso de
descargadores no es satisfactorio, se recomienda la modulación de
capacidad de los compresores por medio de derivación de gas caliente.
La Válvula de Derivación de Gas caliente o Válvula de
Derivación de Gas de Descarga del compresor se utiliza para modular la
capacidad del compresor.
En principio su funcionamiento es a través de una conexión en
la línea de succión cerca del compresor, el sistema de derivación de
gas caliente censa la presión del lado de baja del sistema, a medida
que la temperatura baja, su presión también baja abriendo la válvula
aumentando así la presión de succión, si la carga de refrigeración es
muy variable debido a cargas de producto, ocupación, iluminación,
temperatura ambiente, y sino se forma hielo en el evaporador se puede
dejar el compresor operando a muy baja presión de succión, dando por lo
tanto muy baja capacidad. Se ajusta el control de baja presión muy
bajo para que el compresor no cicle, estas válvulas responden a su
presión de salida. Pueden modularse desde totalmente abiertas a
totalmente cerradas y se abren en respuesta a una disminución en la
presión de salida. Las válvulas de gas caliente se ajustan para
mantener una presión mínima deseada mediante la tensión de un resorte y
pueden ser accionadas directamente o a través de un piloto.
| Figura 5.- Conexión de la derivación del gas caliente a la entrada del evaporador |
|
|
En el caso de un sólo evaporador, es recomendable que la
derivación de gas caliente nos pueda controlar la presión de succión,
pero en el caso de varios evaporadores en paralelo es mejor usar EPRs.
En el diagrama de la Fig. 5 en el caso de un sólo
evaporador, en sistemas compactos, es frecuentemente posible introducir
el gas caliente inmediatamente después de la válvula de expansión antes
del evaporador creándose una carga térmica artificial. Dado que en un
sistema normal la válvula de expansión opera de acuerdo a su
sobrecalentamiento, por lo que el gas que retorna al compresor a una
temperatura normal, sin existir problemas de calentamiento del motor.
Debido a la mayor velocidad del gas, el retorno del aceite se mejora, y
se disminuye el problema de formación de hielo.
| Figura 6 – Conexión de la derivación del gas caliente a la entrada de la línea de succión |
|
|
Cuando se conectan varios evaporadores en paralelo a un
compresor, y donde la unidad condensadora está separada del evaporador,
es necesario derivar el gas caliente a la línea de succión del
refrigerante al compresor. Con este método la presión de succión se
controla en forma satisfactoria, ver Fig. 6. Es necesario el
uso de una válvula de expansión de desobrecalentamiento (Desuperheating
Expansion Valve) para introducir refrigerante líquido en la línea de
succión para mantener la temperatura del gas refrigerante que retorna
al compresor dentro de límites permisibles. Una cámara mezcladora se
recomienda para este propósito, un acumulador de succión sirve
excelentemente bien para este propósito, además de protegerlo del
problema de retorno de refrigerante líquido.
Las válvulas de derivación de gas caliente están normalmente
equipadas con una conexión externa igualadora (se identifican con la
letra “E” en su nomenclatura), que actúa de la misma forma de un
igualador externo en una válvula de expansión, para compensar la caída
de presión en las líneas. El igualador externo debe conectarse a la
línea de succión, en el punto donde se desee controlar la presión.
Emerson Climate Technologies – ofrece una gran gama de
Válvulas de Derivación de Gas Caliente (Válvulas: ACP (E), DGR (E), EGR
(E), su selección es relativamente sencilla en el catálogo
correspondiente, o a través de Internet, de acuerdo a:
Su tipo de serie de válvula ACP (E), DGR (E), EGR (E) Con
Igualador Externo “E”, Dimensiones de Puertos, Conexiones de entrada y
salida, ODF o SAE, Capacidad Btu/h o Watts, Estilo del cuerpo (angular,
recta, etc.)
Control de Presión de Descarga
En la Fig. 1 se muestra la ubicación del Control de
Presión de Descarga, la razón es que cualquier sistema de refrigeración
o de aire acondicionado que utiliza un condensador enfriado con aire,
el cual debe operar durante los meses de primavera, verano, a invierno,
sujeto a cambios ambientales, debe ser diseñado para controlar el
refrigerante líquido alimentado al evaporador en una gran variación de
condiciones ambientales. Dado que las características de flujo de
refrigerante es proporcional su presión diferencial a través en los
tubos capilares y en las válvulas de expansión. El problema es más
crítico en condiciones ambientales de baja temperatura donde la presión
de condensación cae a muy bajos niveles sin algún medio de control.
Con un dispositivo convencional de control de refrigerante, excesivas
bajas presiones de condensación reducirán el flujo de refrigerante a
grado donde las presiones de evaporación caen a un nivel peligroso,
resultando en congelamiento del evaporador, ciclados cortos del
compresor, retorno de refrigerante líquido que conducen a la falla del
compresor.
Existen métodos para mantener la presión de descarga:
• Ciclado frecuente de los ventiladores del condensador (el problema que la presión de alta sube y baja)
• Compuertas motorizadas para controlar el flujo de aire en el condensador.
• Condensadores múltiples (cerrar un condensador con una válvula solenoide)
• Motores del condensador de velocidad variable, etc.
• Control por medio de inundación de refrigerante del condensador.
Las razones para controlar y mantener alta la presión de descarga durante las variaciones ambientales son:
• Mantener el subenfriamiento de líquido para prevenir su evaporación y evitar que llegue gas a la válvula de expansión.
• Proveer suficiente caída de presión a través de la válvula de expansión.
• Que los sistemas con descongelamiento por gas caliente,
derivación de gas caliente, y reclamos de calor, operen adecuadamente.
“Es
muy importante durante la operación normal mantener la presión del
condensador lo más baja posible, ya que una alta presión de condensado
conduce a un alto consumo de energía del motor del compresor”
NOTA: Por otro lado es muy importante
durante la operación normal, mantener la presión del condensador lo más
baja posible, ya que una alta presión de condensado conduce a un alto
consumo de energía del motor del compresor, y por lo tanto es un
sistema ineficiente (cada 10°F de aumento de temperatura de condensado
nos ocasiona prácticamente una disminución del 10% de capacidad del
compresor y una disminución de su consumo de energía del 6% al 7%). Las
presiones son proporcionales a sus temperaturas respectivas, por tanto
los aumentos de presión de condensado o de descarga tienen el mismo
efecto que la temperatura en las perdidas de capacidad y de potencia.
En el interior del Control de Presión de Descarga existe una
válvula, la cual cuando se encuentra cerrada dirige el refrigerante a
través del Condensador hacia el Recibidor (Ver Fig. 1), cuando
está abierta permite desviar del condensador el gas refrigerante. La
válvula es operada mediante una carga presurizada de gas en el domo del
control actuando sobre un diafragma.
Cuando la temperatura ambiente aumenta, la presión de
descarga en el otro lado del diafragma actúa en contra de la presión de
la carga de gas dentro del domo, manteniendo la válvula cerrada
haciendo pasar refrigerante a través del condensador. Cuando baja la
temperatura ambiente, la presión de la carga supera la baja presión de
descarga, abriendo la válvula permitiendo derivar el gas refrigerante
hacia el recibidor. Esto crea una presión a la salida del condensador,
causando que el condensador se llene de líquido –o inundando el
condensador- lo cual reduce en forma efectiva el área de transmisión de
calor del condensador, y por lo tanto su capacidad de enfriamiento,
aumentando así la presión de descarga.
Cuando la temperatura ambiente es baja, se requiere una
cantidad de refrigerante que llene parcialmente el condensador, esta
cantidad de refrigerante se tendrá que añadir al sistema. Cuando la
temperatura ambiente sea normal, este refrigerante que se añadió al
sistema se tendrá que guardar en el recibidor, por lo que este deberá
de ser de mayor capacidad. Para que la válvula de control de presión de
descarga funcione adecuadamente, se requiere añadir refrigerante
adicional al sistema para inundar el condensador. El porcentaje de
refrigerante que debe añadirse al sistema es la cantidad que el
condensador debe inundarse, y depende de la temperatura ambiente del
aire entrando al condensador, siendo mayor porcentaje a menor
temperatura ambiente, y de la temperatura de evaporación siendo mayor
porcentaje a menor temperatura de evaporación (inundación del orden
97% a -8°C de temperatura ambiente y -35°C de evaporación). A una
temperatura ambiente normal, y alta temperatura de evaporación no es
necesario inundar el condensador.
Emerson Climate Technologies ofrece las válvulas de tres vías
HeadMaster Series HP/HPC que son controladas por la presión de
descarga del sistema impuesta por el compresor y por la temperatura
ambiente. Son diseñadas específicamente para mantener la presión del
condenador enfriado por aire durante los periodos de baja temperatura
ambiente. Se seleccionan de acuerdo a:
• Su tipo de serie de válvula HP o HPC
• Dimensiones de Puertos
• Conexiones del recibidor, condensador, ODF o SAE
• Capacidad Btu/h o Watts
• Refrigerante
• Temperatura de condensado.
“Las
válvulas de derivación de gas caliente están normalmente equipadas con
una conexión externa igualadora (se identifican con la letra “E” en su
nomenclatura)”
|
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