Controles electrónicos

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Controles electrónicos El ahorro energético y la minimización de los desperdicios son las constantes exigencias de los usuarios. El monitoreo a través de software y controles permite cumplir a cabalidad las demandas del mercado. La selección de los instrumentos es la parte más importante en el presupuesto de una instalación. Con esto, se busca ahorro de energía y ofrecer un mantenimiento periódico que agregue valor al servicio prestado. Los controles actuales permiten que los niveles de ahorro energético sean más significativos, o bien, que la producción no genere demasiados desperdicios. Las variables son muchas, pero la principal sigue siendo la temperatura. Dejar la instalación bajo control permite que el desperdicio llegue próximo a cero; es decir, cuanto más apoyan los fabricantes y aceptan nuevos desarrollos o conceptos, las empresas crecen de mejor manera en este sentido. Hoy, en cualquier parte del mundo, es posible alterar una temperatura de control de un mostrador de congelados, por ejemplo. Estamos hablando de un cambio muy grande, pues hace menos de 10 años era necesario enviar una persona hasta la instalación para hacer el ajuste. Maneras eficientes para conseguir ahorro de energía a través de controladores digitales: Junto a software de administración remota Según el tipo de deshielo Junto al filtro digital Imagen 1. Ejemplo de uso de controladores junto a software de  administración en un supermercado Administración remota Aplicación que ha dado un vuelco al mercado al hacer posible el control total de las instalaciones, permitiendo evaluar, configurar y almacenar continuamente datos de temperatura, humedad, tiempo, presión y voltaje. Con esto, posibilita la modificación de los parámetros de los controladores con total seguridad y precisión. También, permiten la obtención de gráficos e informes, enviar alertas a correos electrónicos y celulares en caso de que los parámetros no estén en concordancia con los límites deseados, entre otras acciones (ver imagen 1). Tipos de deshielo Para cada tipo de deshielo existe una programación diferente. Los valores de tiempo y temperatura variarán dependiendo de aquéllos. Las condiciones del ambiente también interfieren en la selección de los valores adoptados. Tipo de deshielo: Natural. Deshielo con la parada del compresor por tiempo determinado. Resistencia (calentador). Emplea una resistencia para calentar el evaporador por un tiempo o temperatura determinados. Gas caliente. Deshielo que invierte el flujo del refrigerante. Para ejemplificar los costos en la realización de deshielos, se puede observar el cálculo siguiente: en una cámara que realiza ocho deshielos eléctricos diarios, cada deshielo está programado para finalizar en 20 minutos; así, tendremos 160 minutos de resistencia activada utilizando una resistencia de 4 mil 500 watts de potencia. Tipo deshielo Cantidad de deshielos por día Tiempo de cada deshielo Tiempo total Custo USD Timer 8 20 min 160 min 89.85 Controlador 7 8-12 min 76 min 46.78 Después de observar la periodicidad de los deshielos en la tabla, se verificó que el evaporador permanece limpio entre ocho y 12 minutos, y uno de los deshielos en la madrugada no es necesario. Si se considera el mayor tiempo (12 minutos), se obtendrá una reducción de 76 minutos diarios de resistencia activada; o sea, un ahorro de casi 50 por ciento en el consumo eléctrico generado por la resistencia del deshielo. Al concluir el mes, representará un ahorro de 43 mil dólares (ver tabla). La posición del sensor también influye en todo el consumo eléctrico del sistema, tanto para los sensores de ambiente, como para los del deshielo. Cuando no existe la indicación, lo ideal es observar al final del deshielo la última parte que se derrita. Muchas veces están ubicados en el evaporador en posición equivocada, con lo que se ocasiona un tiempo mayor para la realización del deshielo. Lo ideal es observar la orientación que el fabricante del evaporador indica sobre la posición del sensor. En muchos casos, ya existe una orientación del fabricante en cuanto a la posición del sensor. Cuando no existe la indicación, lo correcto es observar el final del deshielo (última parte por ser derretida). Podemos seguir un método para determinar los tiempos y temperatura final de deshielo: Filtro digital La función del filtro digital también posibilita al usuario ventajas. Muchas activaciones de equipos ocurren debido a la elevación momentánea de la temperatura en los ambientes; sin embargo, esto no significa que el producto sufrió alguna alteración en su temperatura. El filtro contribuye para que no existan estas activaciones, aumentando o disminuyendo la sensibilidad de los sensores. También tiene la finalidad de simular un incremento de masa en el sensor del ambiente, con lo que amplía su tiempo de respuesta (inercia térmica). Una aplicación típica que necesita de ese filtro es el freezer para helados y congelados, pues, al abrir la puerta, una masa de aire caliente alcanza directamente el sensor, lo que provoca una rápida elevación en la indicación de la temperatura medida y muchas veces acciona innecesariamente el compresor. La calibración de los sensores en la instalación y su constante evaluación también interfieren en el correcto funcionamiento del equipo. Eventuales diferencias de indicación pueden ocasionar un funcionamiento superior del necesario o también acarrear que no se alcance la temperatura deseada para la conservación del producto almacenado. Muchas veces, el olvido de alarmas en la licitación o hasta la misma falta de mantenimiento de puertas e iluminación acarrean un elevado consumo de energía y grandes pérdidas del producto almacenado. Por eso, la selección de alarmas locales o remotas genera tranquilidad para el propietario de la instalación. Generalmente, los medicamentos poseen un alto valor agregado y requieren esta seguridad. La iluminación también requiere cuidados, ya que mantener una lámpara encendida innecesariamente genera costos en el consumo eléctrico. Los instrumentos con entrada y salidas digitales permiten agregar controles adicionales a las instalaciones: alarma de puerta abierta, control para iluminación y mucho más, según la creatividad del diseñador de la instalación. Gráfica 1. La correcta lectura de las gráficas significa reducción en los gastos del consumo eléctrico, con lo que  se consigue optimizar los sistemas Facilitar la operación del sistema de refrigeración a través de la creación de recetas de programación es una forma de ahorrar energía y garantizar mayor calidad en el control de la temperatura ideal. Muchas veces, dejamos de ajustar las funciones por la dificultad de programar individualmente cada control. Con la utilización de recetas la alteración es rápida y facilitada (ver gráfica 1). Cómo determinar el final del deshielo por temperatura Adjunte las siguientes funciones con valores máximos: Intervalo entre deshielos (F08=999 minutos) Temperatura en el evaporador para fin de deshielo (F13=75.0 °C/167 °F) Duración máxima de deshielo (F14=90 minutos) Aguarde hasta que se forme alguna camada de hielo en el evaporador Haga un deshielo manualmente, presionando la tecla por 4 segundos hasta que aparezca DEF-ON Acompañe visualmente el derretimiento Espere hasta que derrita todo el hielo en el evaporador para que se pueda considerar finalizado el deshielo Verifique la temperatura en el evaporador leída por el sensor S2 en este momento; para ello, presione la tecla (ver ítem 5.3) y transcriba ese valor para la función F13; temperatura en el evaporador (S2) para fin del deshielo Como seguridad, reajuste la función F14 (duración máxima del deshielo, que depende del tipo realizado). Ejemplo: Deshiele eléctrico (por resistencia) =45 minutos como máximo Deshiele por gas caliente =20 minutos como máximo Autoajuste la función F08 (tiempo de refrigeración con el calor deseado) Acta Instala La compañía dedicada a la instalación de aire acondicionado ubicó controladores junto al software en uno de los mayores grupos de venta al por menor de Brasil; grupo con más de 340 locales y más de 6 mil colaboradores. Necesitaban que In Control para aire acondicionado desconectara el equipo en un horario programado para controlar la temperatura del ambiente, pues quería reducir el consumo de energía eléctrica en todos los locales (cada local contaba con cuatro unidades en promedio). Para que Acta alcanzara los objetivos de su cliente recurrió a los equipos de una empresa que le demostró: El funcionamiento del Sitrad, del aparato y del control que se podría tener desde la matriz sobre todos los locales La posibilidad de emitir informes gráficos y de texto para controlar el consumo de energía eléctrica de todos los locales El uso de la agenda de eventos para conectar y desconectar el aire acondicionado en horas predeterminadas Resultados Fue confirmada una economía de energía después de la instalación de los controladores y del software.  En el primer mes después de la instalación, el consumo quedó en 184 kW/h por día. El valor invertido retornó en apenas dos meses con la reducción de la cuenta de energía eléctrica. Terminal de carga (TECA) de Infraero, ubicada en el Aeropuerto Internacional Salgado Filho, en Porto Alegre Sufría serios problemas en sus cámaras frías, donde el control para abrir y cerrar puertas era manual. Los instrumentos TC-900Ri clock y MT -530 súper no alcanzaban la temperatura de set-point programada. Inicialmente, pensaron que se trataba de problemas en los compresores. Compararon nuevos equipos y más potentes, pero el problema siguió. Por tal motivo, decidieron cambiar los instrumentos. Como última alternativa, solicitaron a un grupo de técnicos que acudiera al local y ubicara alguna posible solución al problema. Le fue sugerido al director de Infraero la instalación de un MOD64 con sensor de fin de curso, el cual sería colocado en las puertas de las cámaras frías con monitores a través del software Sitrad. En una semana de prueba se descubrió que las puertas de las cámaras frías de Teca permanecían abiertas de tres a cuatro horas por día, lo que interfería con el funcionamiento de la instalación y gastaba energía. El uso del modulo expansor MOD64 fue aprobado. También se instaló una alarma de puertas abiertas con tiempo determinado por la dirección de Infraero. La misma instalación ya es utilizada como modelo en la nueva terminal de cargas de Porto Alegre y otras de Brasil. Infraero redujo significativamente los gastos energéticos y obtuvo pagos seguros para cargas perdidas por descuido, con las puestas de las cámaras frías de Teca. Supermercado Karpinski Cuando iniciaron, sin mudanzas en los compresores, evaporadores ni condensadores, consiguieron un ajuste correcto en los tiempos de refrigeración a través de controladores. Resultados Economía superior a los 3 mil kW/h al mes en el sector de enfriamiento y congelación Economía mayor de R$24.000.00 al año Reducción de más de 15 por ciento en la cuenta de energía eléctrica y de 10 por ciento en la demanda Hace poco, se instalaron equipos de refrigeración (mostradores de congelación), así como controles electrónicos de los compresores en una nueva filial. Resultados Economía de agua Economía de energía eléctrica (bombas de trabajo más de 20 horas por día) Limpieza de las torres

Carga térmica

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Carga térmica

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La selección correcta de un equipo depende mucho del correcto cálculo de la carga térmica del espacio por refrigerar; por ello, los especialistas deben conocerla previamente, basándose en distintas fórmulas.

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La carga térmica se define como la cantidad de calor que debe ser retirada del sitio por refrigerar para reducir o mantener la temperatura deseada. En un área por acondicionar, la carga térmica se debe eliminar mediante enfriamiento, el cual resulta de la suma de las cargas térmicas en las que están involucradas diferentes fuentes.
Por su parte, para mantener fría una cámara y todo lo que esté contenido en ella, es necesario extraer el calor inicial y, luego, el que pueda entrar en ella, aunque se encuentre bien aislada.
Según la American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers (ASHRAE), para el cálculo de la carga térmica en cámaras de almacenamiento de alimentos son considerados los siguientes factores:

• Transmisión de calor por la superficie
• Calor que el alimento debe perder para alcanzar la temperatura deseada
• Calor interno referente a personas
• Lámparas y equipamientos, infiltraciones de aire
• Calor de los moto-ventiladores y tiempo previsto de funcionamiento
• Coeficiente de seguridad

El requerimiento total de refrigeración (Q total) puede establecerse como:
Q total = Q producto + Q otras fuentes.
En la expresión anterior, los términos del segundo miembro tienen el significado que se presenta a continuación:
Q producto. Representa los sumandos necesarios que tiene en consideración la carga térmica por eliminar, procedente del calor sensible, del calor latente de solidificación, de las reacciones químicas del embalaje y del calor absorbido para la congelación del agua de los alimentos o productos que se desea refrigerar.
Q otras fuentes. Incluye, entre otros, los flujos de calor a través de los cerramientos de la cámara por transmisión de paredes, suelo y techo, la refrigeración para el aire exterior que se introduce, la ventilación, las cargas térmicas debidas a ventiladores, bombas, iluminación eléctrica, personas que manipulan los productos, etc.
Como el calor generado durante las 24 horas de un día se ha de extraer en un número de horas menor que las horas de funcionamiento diario, la potencia frigorífica de la maquinaria NR habrá de ser superior a la potencia Q total calculada para extraer durante las 24 horas.
Su valor será: NR= Q total/ t
Carga por transmisión
Los métodos para determinar la cantidad de flujo de calor a través de los muros, piso y techo están bien establecidos. Esta ganancia de calor es directamente proporcional al DT entre los dos lados del muro. El tipo y espesor del aislamiento usado en la construcción de la pared, el área exterior de la pared y el DT entre los dos lados del muro son los tres factores que establecen la carga a través de muros. Existen tablas que proporcionan información para simplificar los cálculos.
La pérdida de calor está sujeta a muchas variables predecibles con exactitud. Los factores mostrados en la tabla 1 de calor ganado a través de muros están basados en piso de concreto y el DT entre la temperatura del suelo y la temperatura de almacenamiento de la cámara.
En el caso de los congeladores, es posible que se necesite proveer calor en la base de la losa para evitar congelamiento del agua del terreno y levantamiento del piso. La temperatura mínima de la losa deberá ser por lo menos 40 °F; normalmente, 55 °F deberá ser usada para aplicaciones de congeladores.

Tabla 1. Cargas de transmisión de calor en paredes

Nota: Los factores K de aislamiento indicados (conductividad térmica, BTU por hora, ft2 y °F por pulgada de espesor) y factores de ganancia de calor para el corcho y ventanas de vidrio son extraídos y reimpresos con permiso de ASHRAE.

Valores de aislamiento:

Factor K: el valor de aislamiento de cualquier material es considerado por su conductividad térmica

Factor U: coeficiente global de transferencia de calor, BTU por hora/por ft2/°F

Factor R: Resistencia térmica

Factor X: Pulgadas de aislamiento

Carga del producto

Siempre que un producto tenga una temperatura más alta y sea colocado en una cámara de refrigeración o congelación, el producto perderá su calor hasta que alcance la temperatura de almacenamiento. Esta carga térmica consta de tres componentes:
a) Calor específico: cantidad de calor que debe ser removido de una libra de producto para reducir su temperatura 1 °F; se le llama calor específico. Éste tiene dos valores: uno aplicado cuando el producto está arriba del punto de congelación; el segundo es aplicable después de que el producto ha alcanzado su punto de congelación.
b) Calor latente: cantidad de calor que debe eliminársele a una libra de producto para congelarlo; se le llama calor latente de fusión. La mayoría de los productos tienen un punto de congelación en el rango de 26 a 31 °F, y si la temperatura exacta es desconocida, ésta puede considerarse de 28 °F. Existe una relación definida entre el calor latente de fusión del contenido de agua del producto, su calor específico y latente:
Calor específico arriba del punto de congelación= 0.20 + (0.008% agua)
Calor específico debajo del punto de congelación= 0.20 + (0.003% agua)
Calor latente= 143.3 x % agua.
c) Respiración: las frutas frescas y los vegetales están vivos. Incluso en el almacén refrigerado generan calor, el cual es llamado calor de respiración. Éstos son continuamente sometidos a cambios, en los que se libera energía en forma de calor, la cual varía con el tipo y temperatura del producto. Los valores son generalmente tabulados en BTU/l bs/24horas y son aplicados al peso total del producto que se almacena, no sólo lo retirado diariamente.
d) Tiempo de abatimiento: cuando la carga del producto es calculada con un tiempo de abatimiento diferente de 24 horas, un factor de corrección:

24 horas           . Tiempo de abatimiento

Nota. Aunque el abatimiento de temperatura del producto puede ser calculado, no debe otorgarse ninguna garantía en relación con la temperatura final del producto debido a los diversos factores incontrolables (tipo de empaque, posición de la carga, método de almacenamiento, etcétera).
Cargas misceláneas
Aun cuando la mayoría de la carga térmica en una cámara refrigerada o un congelador es causada por la pérdida a través de paredes, cambios de aire y producto enfriado o congelado, existen otras tres fuentes de calor que no deben ser descuidadas para la selección del equipo de refrigeración, puesto que el equipo tiene que mantener la temperatura bajo las condiciones de diseño. Estas cargas son generalmente promediadas en un periodo de 24 horas para suministrar la capacidad durante este lapso.
a) Luces: los requerimientos típicos son de 1 a 1/2 watt por ft2. Las cámaras de cortes o proceso pueden ser del doble de capacidad estimado. Cada watt es multiplicado por 3.42 BTU/W para obtener un BTU estimado. Este es entonces multiplicado por 24 para tener un porcentaje diario estimado.

Motor HP	BTU por (HP) (HR)
	Relacionado con la carga dentro del espacio	Pérdida del motor fuera del espacio refrigerado	Relacionado con la carga exterior del espacio refrigerado
1/8 a 1/2	4,250	2,545	1,700
1/2 a 3	3,700	2,545	1,150
3 a 20	2,950	2,545	400
Tabla 2. Calor equivalente de motores eléctricos

b) Motores: los motores más pequeños usualmente son menos eficientes y tienden a generar más calor por HP que los motores más grandes. Por ésta razón, la tabla 2 está dividida en grupos de HP (ver tabla 2).
1. Para uso cuando la carga y las pérdidas por motores son disipadas dentro del espacio refrigerado: motores que impulsan ventiladores para forzar la circulación de los evaporadores.
2. De aplicación cuando las pérdidas de los motores son disipadas fuera del espacio refrigerado y trabajo útil del motor empleado: bomba de circulación de salmuera o sistema de agua helada, motor ventilador en el exterior del espacio refrigerado que lo impulsa para la circulación del aire.

Tipo de aplicación	Número de cambios de aire recomendados
	Mínimo	Máximo
Conservación de congelación	40	80
Conservación de refrigeración	40	80
Cámara de corte	20	30
Cámara de enfriamiento de carne	80	120
Maduración de plátano	120	200
Almacenamiento de frutas y verduras	30	60
Túneles de congelación rápida	150	300
Salas de procesos	20	30
Almacenamiento de carne sin empacar	30	60
Tabla 3. Cambios de aire recomendados por hora

Carga por cambios de aire
Siempre que la puerta de una cámara de refrigeración está abierta, cierta cantidad de aire caliente del exterior entra en la cámara. Este aire deberá ser enfriado a la temperatura de la cámara refrigerada, resultando una considerable fuente de ganancia de calor. Esta carga es algunas veces llamada carga de infiltración. El número probable de cambios de aire por día y el calor que debe ser removido por cada pie cúbico de aire infiltrado se muestran en las tablas basadas en la experiencia (ver tablas 3, 4 y 5). Para uso pesado la infiltración puede ser del doble o más.

Volumen ft3	Cambios de aire en 24 horas	Volumen ft3	Cambios de aire en 24 horas	Volumen ft3	Cambios de aire en 24 horas
200	44.0	2,000	12.0	25,000	3.0
250	38.0	3,000	9.5	30,000	2.7
300	34.5	4,000	8.2	40,000	2.3
400	29.5	5,000	7.2	50,000	2.0
500	26.0	6,000	6.5	75,000	1.6
600	23.0	8,000	5.5	100,000	1.4
800	20.0	10,000	4.9	150,000	1.2
1,000	17.5	15,000	3.9	200,000	1.1
1,500	14.0	20,000	3.5	300,000	1.0
Tabla 4. Cambios de aire promedio en 24 horas para cuartos de almacenamiento arriba de 32 °F (0 °C) debido a la apertura de puertas e infiltración

Como una alternativa para el cambio de aire promedio, el método es usar la carta psicrométrica. La siguiente fórmula puede ser usada para calcular la infiltración resultante de la ventilación natural (sin viento) a través de las aperturas de las puertas.

[(4.88.) √(altura de puerta) (área/2) (minuto de apertura) (√DT°F) (entalpía de aire entrante entalpía del aire del almacén)] [(1-X)]    .—————————————————————————————————————————.          Volumen específico del aire entrante

Donde x = porcentaje de calor de trasmisión bloqueado por la barrera térmica.

Volumen ft3	Cambios de aire en 24 horas	Volumen ft3	Cambios de aire en 24 horas	Volumen ft3	Cambios de aire en 24 horas
200	33.5	2,000	9.3	25,000	2.3
250	29.0	3,000	7.4	30,000	2.1
300	26.0	4,000	1.8	40,000	6.3
400	22.5	5,000	5.6	50,000	1.6
500	20.0	6,000	5.0	75,000	1.3
600	18.0	8,000	4.3	100,000	1.1
800	15.3	10,000	3.8	150,000	1.0
1,000	13.5	15,000	3.0	200,000	0.9
1,500	11.0	20,000	2.6	300,000	0.85
Tabla 5. Cambios de aire promedio en 24 horas para cuartos de almacenamiento debajo de 32 °F (0 °C) debido a la apertura de puertas e infiltración

La carga térmica puede ser sustancial y cualquier medio debe considerarse para reducir la cantidad de infiltración que entra en la cámara. Algunos medios efectivos para reducir esta carga son:

• Cierre automático de las puertas del refrigerador
• Vestíbulos o antecámaras refrigeradas
• Cortinas de aire
• Cortinas de plástico en tiras (hawaianas)

Nota. Para uso pesado multiplicar los valores de arriba por 2.0. En caso de largos periodos de almacenamiento multiplicar por 6.0
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