Technical Papers - International Institute of Ammonia Refrigeration
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1. M7 5 E amp or r Me Sa E 1 2 1 2 12 lt 1 2 1 2 gt X a SX Q 1 2 Y 5 pe Y a RECIPIENTE DE LIQUIDO N 1 RECIPIENTE DE LIQUIDO N 2 COMPRESOR N 2 COMPRESOR N 4 2 1 000mm Largo 5 000 mm 2 1 000mm Largo 5 000 mm EXISTENTE EXISTENTE Cap 4 000 Lis EXISTENTE gs Cap 4 000 Lts FUTURO p lt s e a we Figura 3 Sala de m quinas En plantas con control de presi n de condensaci n el sensor de presi n debe instalarse en el tramo de la l nea de descarga comprendido entre los compresores y la v lvula servo En la l nea de l quido el conjunto debe tener una v lvula de retenci n entre la v lvula solenoide de l quido y el evaporador y debe ser instalada en el orden descrito para evitar gas de alta presi n en esta l nea y adem s evitar que l quido atrapado pueda romper alg n componente En la l nea de succi n debe tener una v lvula solenoide en el by pass a la v lvula servo principal Si la instalaci n es de congelado se reemplaza por una v lvula solenoide con apertura en dos tiempos para bajar la presi n del evaporador despu s 12 O IIAR 2014 Trabajo t cnico 4 CT Sistema de Deshielo Por Gas Caliente Con Retorno de Refrigerante a Condensadores Or Con Refrigerante R 717 del deshielo lentamente evitando cambios de presi n violentos para no da ar el circuito de ca er a2. 1 2 112 gt E HX E Aa oa a RO lt gt q gt lt 21 2 21 2 Fe yY a 3 4 3 4 La AN RA 12 a S PAPH 1 1 4 o Lp 2 2 Ss e 2 a oS sE E ES 3 5 280 8 3 15 MUA Yan Un Figura 2 Tunel pre fr o para frutas Conjunto de suministro gas caliente en sentido del flujo V lvula manual de servicio filtro v lvula solenoide principal en by pass a la v lvula solenoide principal v lvula solenoide v lvula de regulaci n manual para presurizar el evaporador lentamente v lvula manual de servicio Conjunto conectado a la succi n del evaporador En c maras de baja temperatura la bandeja del evaporador debe estar provista de un serpent n con gas caliente para evitar acumulaci n de hielo en sta A la salida 10 O IIAR 2014 Trabajo t cnico 4 CT Sistema de Deshielo Por Gas Caliente Con Retorno de Refrigerante a Condensadores Or Con Refrigerante R 717 del gas caliente de la bandeja debe instalarse una v lvula de retenci n para evitar acumulaci n de l quido en el serpent n evitando arrastres violentos de l quido al inicio de los deshielos Conjunto de retorno de refrigerante condensado a condensadores V lvula de servicio v lvula de retenci n v lvula manual de servicio Conjunto conectado a la l nea de descarga entre la v lvula ser
3. evaporadores a deshielar Otra forma de c lculo es usar el siguiente diagrama Trabajo t cnico 4 IIAR 2014 15 EE nOr 2014 IIAR Industrial Refrigeration Conference Exhibition Heavy Equipment Show Nashville TN p re OoOo Figura 5 Branch lines for hot gas defrosting Notas 1 No es recomendable implementar este tipo de deshielo en evaporadores con tubos de aluminio se puede usar solamente con certificado de pruebas de presi n para a lo menos 25 bar 2 Si la instalaci n de refrigeraci n tiene compresores con enfriamiento de aceite por termosif n debe considerarse que el retorno de gases del enfriamiento de aceite a los condensadores debe estar conectado en el tramo comprendido entre la v lvula servo y los condensadores De no ser as el compresor se detendr por la temperatura de aceite durante un deshielo la presi n de los gases de descarga ser a mayor que la del tanque siempre lleno instalado a la salida de l quido de los condensadores 16 O IIAR 2014 Trabajo t cnico 4 CT Sistema de Deshielo Por Gas Caliente Con Retorno de Refrigerante a Condensadores Or Con Refrigerante R 717 Bibliograf a Branch Lines for Hot Gas Defrosting Departamento Ingenier a Sabroe Atlas Dinamarca Fecha desconocida Technical Bulletin Colmac Coil Optimizing Hot Gas defrost 2011 Hot Gas Defrost Systems for Large Evaporators in Ammonia Liquid Overfeed
4. n con amon aco sin variar la presi n de evaporaci n La l nea de descarga posee una v lvula servo instalada entre los compresores y condensadores dividiendo el tramo en dos El gas caliente para deshielo proviene de la l nea de descarga tomada en el tramo comprendido entre los compresores y v lvula servo el retorno de gas y refrigerante condensado se conecta al tramo entre la v lvula servo y condensadores de la l nea de descarga IIAR 2014 1 CT Sistema de Deshielo Por Gas Caliente Con Retorno de Refrigerante a Condensadores nar Con Refrigerante R 717 Introducci n Deshielo implica eliminar la formaci n de hielo que se produce en los evaporadores por sobre todo de tipo aletado al operar stos a una temperatura de evaporaci n inferior a 0 C Por consiguiente es un proceso solo aplicable a intercambiadores que cumplan esa condici n El deshielo es una de las operaciones necesarias en la mayor a de las instalaciones frigor ficas que usan enfriadores de aire a fin que stos puedan seguir operando en condiciones razonables de capacidad de refrigeraci n o potencia frigor fica Constituye sin duda un proceso perturbador ya que genera cargas t rmicas no deseadas consecuencia de las ineficiencias asociadas y cambios en las presiones de operaci n del sistema ya sea a nivel de evaporaci n o condensaci n Existen diferentes sistemas de deshielo debiendo seleccionarse cuidadosamente el m s indicado para c
5. n espec fica a Temperatura del recinto refrigerado b Temperatura de evaporaci n del refrigerante c Disponibilidad de agua en cantidad y temperatura d Disponibilidad de medios para calefaccionar el agua usando el calor disipado por el sistema frigor fico IIAR 2014 Trabajo t cnico 4 CT Sistema de Deshielo Por Gas Caliente Con Retorno de Refrigerante a Condensadores Or Con Refrigerante R 717 e Posibilidades de reciclar el agua f Disponibilidad de gas caliente g Restricciones para el uso de electricidad para deshelar por calefacci n h Costo del agua y costo de la energ a el ctrica Sistema por gas caliente Ya se alamos m s arriba que este trabajo se concentrar en este tipo de deshielo Existen al respecto b sicamente tres sistemas Con retorno a l nea de succi n El retorno de gas a la l nea de succi n es eficiente como deshielo pero tiene efectos sobre la presi n de succi n como consecuencia del gas caliente que no alcanza a condensar Esta carga tiene un mayor efecto mientras menor sea la temperatura de evaporaci n del sistema Lleva a una inestabilidad en la presi n en la succi n de los compresores excepto se consulte compresi n adicional destinada a absorber la variaci n con el consiguente mayor inversi n e incremento en el costo operacional Por lo expuesto no se recomienda cuando se necesita temperatura de evaporaci n constante con productos muy sensibles a variaciones de temp
6. del 3 mayor usando retorno de gas caliente a los condensadores Componentes manuales y automaticos Los componentes manuales y autom ticos usados para deshielo por gas caliente con retorno a los condensadores son los siguientes m SIMBOLOGIA 1 2 E SA Manometro 2 ES V lvula Solenoide Normal Cerrada N C o l 53 l a amp V lvula Solenoide Normal Abierta N A N SoX DK Valvula Piloto Rango 0 222 Bar A 5 Xx Vilvula Presi n Piloto Rango 0 7 Horas Da Vilvula de Paso Retenci n D 4 O O V lvula principal Servo controlada Al gt lt 4Y Vilvula paso manual normalmente abierta EJ MY Vilvula paso manual normalmente cerrada L ry 3 3 x V lvula de Retenci n Oi T W amp I V lvula Piloto Diferencial al V lvula de Expanci n manual 1 LA Fil A pK Valvula Cierre R pido Purga Aceite AIN ET l V lvula Solenoide Apertura en dos Pasos Pa 12 f _ E aa X E e S 11 4 U2 Sy 1 2 5 AN T DIA Q lt 6 6 a 2 STD O ES Os S s oy mol sl ol o Ba Ox 2 3 g 50 oro TD S Dl B Si N gt oO o ela g Se oO 5 om UU SO Osi Hl 400 Figura 1 Camara congelado Trabajo t cnico 4 IIAR 2014 9 EE nOr 2014 IIAR Industrial Refrigeration Conference Exhibition Heavy Equipment Show Nashville TN EC
7. Systems HAR George C Briley Thomas A Lyons marzo de 1992 IRC Back to basics Defrost vol 8 N 4 2008 ASHRAE Journal febrero de 2009 Frost on air cooling evaporators Trabajo t cnico 4 O IIAR 2014 17 EE nOr 2014 IIAR Industrial Refrigeration Conference Exhibition Heavy Equipment Show Nashville TN Notes 18 IIAR 2014 Trabajo t cnico 4
8. Technical Papers 36th Annual Meeting International Institute of Ammonia Refrigeration March 23 26 2014 2014 Industrial Refrigeration Conference amp Heavy Equipment Show Nashville Tennessee ACKNOWLEDGEMENT The success of the 36th Annual Meeting of the International Institute of Ammonia Refrigeration is due to the quality of the technical papers in this volume and the labor of its authors IIAR expresses its deep appreciation to the authors reviewers and editors for their contributions to the ammonia refrigeration industry ABOUT THIS VOLUME IIAR Technical Papers are subjected to rigorous technical peer review The views expressed in the papers in this volume are those of the authors not the International Institute of Ammonia Refrigeration They are not official positions of the Institute and are not officially endorsed International Institute of Ammonia Refrigeration 1001 North Fairfax Street Suite 503 Alexandria VA 22314 1 703 312 4200 voice 1 703 312 0065 fax www iliar org 2014 Industrial Refrigeration Conference amp Heavy Equipment Show Nashville Tennessee iar Trabajo t cnico 4 Sistema de Deshielo Por Gas Caliente Con Retorno de Refrigerante a Condensadores Con Refrigerante R 717 Jorge Sifaqui Clausen Consultor Independiente en refrigeraci n industrial Santiago de Chile Abstracto El prop sito del trabajo es proponer una forma de deshielo con gas caliente en sistemas de refrigeraci
9. ada dise o espec fico Los sistemas de deshielo habitualmente usados son los siguientes a Aire limitado a aplicaciones donde la temperatura del aire ambiente en el recinto refrigerado est sobre los 0 C y la temperatura de evaporaci n en la vecindad de los 0 C El aporte de calor proviene del calor sensible del aire movido por los ventiladores operando teniendo la refrigeraci n detenida b Deshielo por agua usado mayormente pero no exclusivamente en aplicaciones pr ximas a ambientes de 0 C y temperaturas de evaporaci n no menores de 10 C excepto si no se cuenta con suficiente agua en cantidad y temperatura Este ltimo aspecto puede quedar cubierto con alg n sistema de recuperaci n de calor como por ejemplo enfriadores de aceite en compresores de tornillo condensadores enfriados por agua operando en paralelo con evaporativos o desrecalentadores instalados en la descarga de los compresores c Deshielo por gas caliente usado principalmente en aplicaciones de baja temperatura sin estar limitado a stas Para su aplicaci n se requiere contar Trabajo t cnico 4 O IIAR 2014 3 ar 2014 HAR Industrial Refrigeration Conference amp Exhibition Heavy Equipment Show Nashville TN con fuentes importantes de generaci n de gas caliente En t rminos pr cticos es necesario una proporci n entre superficie a deshielar versus superficie evaporando de 1 3 En este caso el calor para fundir el hielo adherido a las a
10. carga t rmica para fundir el hielo en proceso de deshielo Se tomar como ejemplo un evaporador de las siguientes caracter sticas Capacidad t rmica 100 KW Refrigerante R 717 Separaci n de aletas 10 mm Espesor de hielo 1mm Densidad de hielo 300 Kg m Superficie de intercambio t rmico 450 m Peso de hielo 135 Kg Temperatura de inicio 35 C Temperatura final 59C 6 IIAR 2014 Trabajo t cnico 4 CT Sistema de Deshielo Por Gas Caliente Con Retorno de Refrigerante a Condensadores Or Con Refrigerante R 717 Calor especifico hielo 2 1 kJ Kg K Calor especifico agua 4 2 kJ Kg K Calor de fusi n del agua 336 kJ Kg K Temperatura de evaporaci n 35 C Temperatura de condensaci n 35 C Energia para calentar el hielo hasta 0 C Ql m x cp x dT 135 x 2 1 x35 9 922 50 kJ Q1 Calor kJ m Masa hielo Kg cp Calor especifico hielo kJ Kg K dt Diferencia temperatura C Energia para fundir hielo Q2 m x cf Q2 135 x 336 45 360 kJ Q2 Calor para fundir el hielo kJ m Masa hielo Kg cf Calor de fusi n del hielo kJ Energ a para calentar el agua hasta 5 C Q3 m x cp x dt Q3 135 x 4 2 x 5 2 835 kJ Trabajo t cnico 4 IIAR 2014 7 EE nOr 2014 IIAR Industrial Refrigeration Conference Exhibition Heavy Equipment Show Nashville TN Calor total necesario para fundir el hielo Q1 Q2 Q3 58 117 50 kJ 13 837 5 Kcal h 16 1 kWh Si el descong
11. elado se hace en 15 minutos por tanto la potencia calefactora requerida es 16 1 60 15 64 4 Kw Si el descongelado se hace en 25 minutos por tanto la potencia calefactora requerida es 16 1 60 25 38 64 Kw El calor antes calculado es solo para transformar el hielo del evaporador en agua El calor por radiaci n y calor por convecci n son cargas par sitas del sistema operando a temperatura de evaporaci n de dise o independiente del sistema de deshielo por gas caliente Potencia necesaria para comprimir el gas caliente en sistema con retorno a l nea de succi n Considerando que para fundir el hielo del evaporador del ejemplo se necesita una potencia calefactora de 64 4 Kw Considerando un compresor de pist n de dos etapas trabajando desde 35 C a 35 C se necesita una potencia 35 9 Kw de acuerdo al programa de selecci n de compresores Potencia necesaria para comprimir el gas caliente en sistema con retorno a l nea de descarga Considerando que para fundir el hielo del evaporador del ejemplo se necesita una potencia calefactora de 64 4 Kw Considerando un compresor de pist n de dos etapas trabajando desde 35 C a 37 C se necesita una potencia 40 9 Kw de acuerdo al programa de selecci n de compresores 8 IIAR 2014 Trabajo t cnico 4 CT Sistema de Deshielo Por Gas Caliente Con Retorno de Refrigerante a Condensadores Or Con Refrigerante R 717 Comparacion Comparando ambas potencias la diferencia es solo
12. eratura Ejemplo c maras de enfriamiento de carne en vara sin embalaje Con retorno a una presi n intermedia El retorno de gas a l neas de presi n intermedia es usado en plantas con sistemas de compresi n en dos etapas o sistemas que se proveen de un estanque trampa que opere a una presi n menor a la presi n de condensaci n adem s la instalaci n debe tener un enfriador intermedio abierto y capacidad para recibir los gases condensados provenientes de deshielos y un sistema adecuado para trasladarlos donde puedan ser reutilizados Trabajo t cnico 4 O IIAR 2014 5 EE nOr 2014 IIAR Industrial Refrigeration Conference Exhibition Heavy Equipment Show Nashville TN Con retorno a condensadores El retorno de gas caliente a los condensadores por diferencia de presi n creada en la l nea de descarga por una v lvula servo que divide en dos el tramo comprendido entre los compresores y condensadores ver figura 3 El gas caliente no condensado no afecta la succi n de los compresores Para disponer de gas caliente se necesita que uno o m s compresores trabajen temporalmente con una presi n de descarga al menos 1 bar sobre la del resto de los compresores Es importante notar que el diferencial de presi n que impulsa el gas caliente y el retorno de los condensados es tan solo 1 bar Este sistema es usado en plantas industriales con sistemas de compresi n en una o dos etapas operando por bombas o gravedad C lculo
13. es nar Con Refrigerante R 717 Dimensionamiento Para dimensionar las tuber as y componentes asociados al deshielo por gas caliente se usan medios aproximados en base a la experiencia Otro factor que se debe considerar para efectos de dise o de ca er as y v lvulas es que parte del gas caliente no alcanza a condensar La capacidad de las l neas que transportan gas caliente para deshielos se estima en base a recomendaciones emp ricas basadas en la potencia frigor fica de los evaporadores en deshielo Se sugieren capacidades de transporte equivalentes entre 1 y dos veces la potencia de los evaporadores En este ejemplo entre 100 y 200 Kw Un buen m todo para dimensionar la tuber a de gas caliente al evaporador es utilizar 2 5 veces la capacidad frigor fica del o los evaporadores a deshelar en cada ciclo y dimensionarla como ca er a de descarga con la ayuda de un programa para este fin Para la tuber a de retorno de gas caliente desde el evaporador a los condensadores por experiencia se recomienda dimensionar un di metro menor que la tuber a de suministro de gas caliente al evaporador Las v lvulas manuales de solenoide v lvulas de retenci n y filtros principales deben seguir el di metro de la ca er a de suministro y retorno de gas caliente calculada Existe otra regla experimental consistente en dimensionar la tuber a de gas caliente un di metro inmediatamente superior a la de l quido del o los correspondientes
14. letas y tubos de evaporador es entregado como consecuencia del proceso de desrecalentamiento y sobre todo de condensaci n del gas caliente que circula por el interior de los tubos Una parte importante del gas caliente que pasa por el enfriador de aire no condensa sale del enfriador como vapor saturado en cantidades desconocidas Un sistema bien dise ado y contando con los controles necesarios permitir conseguir un deshielo eficiente y r pido d Calefacci n el ctrica usado en situaciones donde no pueda aplicarse el deshielo por aire o donde este ltimo proceso resultar demasiado lento Se usa principalmente en evaporadores con tubos de cobre y aletas de aluminio por la alta conductividad t rmica de estos materiales Es m s utilizado adem s en evaporadores que funcionan por expansi n seca DX Aun existiendo aplicaciones donde se usa en evaporadores de acero este m todo no resulta algo habitual excepto si no fueran aplicables los dem s sistemas disponibles deshielo por agua o gas caliente por ejemplo Falta de agua en cantidad y temperatura adecuada Generaci n de gas caliente insuficiente planta con solo un consumidor Ej T nel IQF Este trabajo pretende centrarse en este ltimo sistema y muy particularmente en aquel que retorna el refrigerante condensado por el proceso a la l nea de descarga En primer lugar repasaremos las variables a evaluar para determinar el sistema que mejor se ajuste a una aplicaci
15. o del evaporador detenida la refrigeraci n y deshielo en forma temporal permite el escurrimiento del agua en las aletas del evaporador 7 Conecta la v lvula solenoide en el by pass a la v lvula servo de succi n o las v lvulas solenoide de servo de dos etapas para ecualizar la presi n del evaporador con la succi n 8 Una vez ecualizada la presi n se inicia nuevamente la refrigeraci n sin ventilaci n para evitar proyecci n de agua sobre la carga de la c mara 9 Por ltimo transcurrido el tiempo anterior operan los ventiladores en forma normal normalizando la refrigeraci n 10 Los tiempos de cada etapa son experimentales de acuerdo con e El clima de la zona de la instalaci n e El tipo de producto almacenado e El tr fico en las c maras DESHIELO POR GAS CALIENTE CON RETORNO A CONDENSADORES PUMP DOWN V LVULA SOLENOIDE L QUIDO CERRADA CERRADA V LVULAS SOLENOIDE SUCCI N Y VENTILADORES CERRADA V LVULA SOLENOIDE BY PASS GAS CALIENTE nn VALVULA SOLENOIDE PRINCIPAL GAS CALIENTE VALVULA SERVO LINEA GAS CALIENTE TIEMPO DE GOTEO REFRIGERACION SIN VENTILADORES VALVULA SOLENOIDE BY PASS SUCCION ABIERTA CERRADA V LVULAS SOLENOIDES SUCCI N Y L QUIDO ABIERTAS VENTILADORES ENERGIZADOS REFRIGERACI N NORMAL Figura 4 Tiempos del deshielo por gas caliente con retorno a condensadores IIAR 2014 Trabajo t cnico 4 CT Sistema de Deshielo Por Gas Caliente Con Retorno de Refrigerante a Condensador
16. s por golpes hidr ulicos Operaci n del circuito de deshielo por gas caliente El circuito de deshielo por gas caliente opera de la siguiente forma ver figuras 1 2 3 Debe tener todas las v lvulas manuales de servicio abiertas 1 Inicio de pump down deteniendo solo el suministro de l quido al evaporador mediante el cierre de la v lvula solenoide respectiva de manera de evaporar la mayor cantidad del refrigerante l quido contenido en ste 2 Detiene la refrigeraci n cerrando las v lvulas solenoides de succi n y l quido adem s de los ventiladores si el equipo los posee 3 Conecta la v lvula solenoide by pass de gas caliente para presurizar el evaporador en forma temporal hasta subir la presi n en el evaporador 4 Conecta la v lvula solenoide de gas caliente principal de deshielo y la v lvula solenoide normal abierta en la v lvula servo instalada en la l nea de descarga para producir un diferencial de presi n m nimo de 1 bar entre la entrada y salida de sta el gas caliente circular hacia los evaporadores y el condensado junto al vapor excedente que retornar a los condensadores por el tiempo de deshielo 5 Terminado el per odo de deshielo se desenergiza la v lvula solenoide de suministro de gas caliente y el servo de l nea de descarga Trabajo t cnico 4 O IIAR 2014 13 ar 2014 IIAR Industrial Refrigeration Conference Exhibition Heavy Equipment Show Nashville TN 6 Tiempo de gote
17. vo y el condensador evaporativo Detalles de la instalaci n En la l nea de descarga en el tramo comprendido entre compresores y condensadores se instala e V lvula de servicio v lvula servo controlada por v lvula piloto diferencial v lvula solenoide normal abierta v lvula manual de servicio man metro con rango m nimo 0 a 20 bar e V lvula manual de servicio instalada en by pass al conjunto descrito anteriormente para dar servicio a v lvula servo sin detener la planta e V lvula manual de suministro de gas caliente instalada en matriz de descarga en tramo comprendido entre compresores y v lvula servo e V lvula manual de retorno de refrigerante condensado y gaseoso instalada en matriz de descarga en tramo comprendido entre v lvula servo y condensadores Trabajo t cnico 4 O IIAR 2014 11 TH nOr 2014 IIAR Industrial Refrigeration Conference Exhibition Heavy Equipment Show Nashville TN Valvulas y controles para Deshielo por gas Caliente A 6 de 1 2 AS t a a 12 lia 1 1 CONDENSADOR N 1 CONDENSADOR N 2 RIO RAF FRIO RAF RAI MOD FSI C 1000 MOD FSI W 900 EXISTENTE EXISTENTE O Succi n 10 Ny 6 Descarga G ESTANQUE DE PRIORIDAD Cap Lts 2 800 mm 5 Largo 2000mm
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