{"id":18426,"date":"2021-09-09T01:28:18","date_gmt":"2021-09-09T01:28:18","guid":{"rendered":"https:\/\/www.andira.org.mx\/home\/?p=18426"},"modified":"2020-03-07T01:47:20","modified_gmt":"2020-03-07T01:47:20","slug":"control-de-alta-presion-en-sistemas-transcriticos-de-co2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.andira.org.mx\/home\/2021\/09\/09\/control-de-alta-presion-en-sistemas-transcriticos-de-co2\/","title":{"rendered":"Control de alta presi\u00f3n en sistemas transcr\u00edticos de CO2"},"content":{"rendered":"

La alta presi\u00f3n de descarga en los equipos de refrigeraci\u00f3n transcr\u00edticos es uno de los puntos que m\u00e1s preocupa a los prestadores de servicios; por ello, la v\u00e1lvula de alta presi\u00f3n y el multieyector de alta elevaci\u00f3n de presi\u00f3n son una opci\u00f3n eficaz para tener el control<\/p>\n

Fotograf\u00eda superior. Multieyector para sistemas transcr\u00edticos de CO2<\/sub><\/em><\/p>\n

Adri\u00e1n Garc\u00eda \/ Im\u00e1genes: cortes\u00eda de Danfoss<\/p>\n

Los sistemas que utilizan CO2<\/sub> como refrigerante son una de las opciones m\u00e1s sustentables para la refrigeraci\u00f3n del futuro, pero hay un punto de gran relevancia que preocupa a t\u00e9cnicos e ingenieros: la alta presi\u00f3n de descarga. Debido a esto, es muy importante mostrar la forma en la que se controla; asimismo, es fundamental saber que actualmente en Europa y en gran parte de centro y sur de Am\u00e9rica ya hay racks operando con diversas tecnolog\u00edas que los hacen m\u00e1s eficientes, comparados con los que utilizan refrigerantes sint\u00e9ticos.<\/p>\n

Los sistemas se calculan tomando en cuenta las peores condiciones de funcionamiento, es decir, la temperatura ambiente m\u00e1s elevada a la que va a estar expuesto el equipo. Este es un punto cr\u00edtico, ya que, dependiendo de estos valores, se debe seleccionar el tipo de tecnolog\u00eda para el control de la alta presi\u00f3n.<\/p>\n

Cuando la temperatura del CO2<\/sub> sobrepasa los 31 \u00b0C ya no hay una relaci\u00f3n directa entre la presi\u00f3n y la temperatura, como normalmente sucede en la condensaci\u00f3n con los dem\u00e1s refrigerantes. La densidad del l\u00edquido y del gas se igualan y no es posible diferenciar uno de otro. Por ello, en lugar de condensaci\u00f3n, se obtiene un enfriamiento de gases (Figura 1).<\/p>\n

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Figura 1. Enfriamiento de gases<\/p><\/div>\n

En este punto, a la salida del condensador \/ enfriador de gases, tenemos una substancia transcr\u00edtica a cierta temperatura. Esta es la temperatura que da la pauta para establecer la presi\u00f3n adecuada a la que debe trabajar el sistema. Mediante una serie de algoritmos, se puede calcular el punto \u00f3ptimo para lograr la m\u00e1xima eficiencia, es decir, mediante la temperatura que se obtiene a la salida del enfriador podemos calcular el mejor valor de alta presi\u00f3n que debemos mantener a la salida de los compresores.<\/p>\n

Por ejemplo, a una temperatura constante de 40 \u00b0C de salida del gas cooler, se pueden identificar tres presiones (Figura 2). En la l\u00ednea negra se observa que, si a esa temperatura se utiliza una presi\u00f3n de 90 Bar, se obtiene un coeficiente de desempe\u00f1o de 1.9; pero, al incrementar la presi\u00f3n de la descarga hasta 100 Bar, se podr\u00e1 lograr un coeficiente de desempe\u00f1o de 2.31, lo cual es un incremento en la eficiencia de alrededor de un 21 por ciento. En cambio, al incrementar a\u00fan m\u00e1s la presi\u00f3n y llegar a 110 Bar la eficiencia comienza a caer nuevamente, d\u00e1ndonos un valor de 2.28 de coeficiente de desempe\u00f1o (COP, coeficient of performance).<\/em><\/p>\n

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Figura 2. Coeficiente de desempe\u00f1o<\/p><\/div>\n

Tecnolog\u00eda para el control <\/strong>
\nEl control de alta presi\u00f3n en sistemas transcr\u00edticos de CO2<\/sub> se realiza con ayuda de la v\u00e1lvula de alta presi\u00f3n o con la tecnolog\u00eda especial de los multieyectores. Ambos regidos por un controlador que opera con los algoritmos mencionados de relaci\u00f3n temperatura\/presi\u00f3n para obtener el m\u00e1ximo COP del sistema.<\/p>\n

Estos dispositivos tienen dos funciones principales:<\/p>\n

    \n
  1. Controlar la presi\u00f3n en el gas cooler para obtener la m\u00e1xima eficiencia.<\/li>\n
  2. Generar una ca\u00edda de presi\u00f3n que pueda llevar el CO2<\/sub> de su fase transcr\u00edtica a su condici\u00f3n subcr\u00edtica, generando la separaci\u00f3n de l\u00edquido del vapor en el tanque recibidor mediante la diferencia de densidad.<\/li>\n<\/ol>\n

    Tanto la v\u00e1lvula de alta presi\u00f3n como los multieyectores (Figura 3) se colocan a la salida del enfriador de gases \/ condensador; su funci\u00f3n de cierre y apertura depender\u00e1 del valor asignado a la presi\u00f3n objetivo, de acuerdo con la variaci\u00f3n de la temperatura de salida del CO2<\/sub>. Si la temperatura sube, la v\u00e1lvula va a cerrar para poder subir la presi\u00f3n del gas cooler, y si baja, va a abrir para que la presi\u00f3n disminuya.<\/p>\n

    \"\"

    Figura 3. Principales componentes del multieyector para sistemas transcr\u00edticos de CO2<\/sub><\/p><\/div>\n

    V\u00e1lvula CCMT para control de alta presi\u00f3n en sistemas transcr\u00edticos de CO2<\/sub><\/strong>
    \nLa CCMT es una v\u00e1lvula de regulaci\u00f3n de presi\u00f3n el\u00e9ctrica de alta fiabilidad, optimizada para la refrigeraci\u00f3n con CO2<\/sub> transcr\u00edtico (Figura 4). Sus aplicaciones en el sistema transcr\u00edtico son muy vers\u00e1tiles:<\/p>\n

    \"\"<\/a>

    Figura 4. Partes principales de la v\u00e1lvula CCMT<\/p><\/div>\n

    Aplicaci\u00f3n 1: v\u00e1lvula de alta presi\u00f3n<\/strong>
    \nSe utiliza para controlar la presi\u00f3n en el sistema transcr\u00edtico (control del gas cooler), de acuerdo con la referencia del controlador. \u00c9sta se puede establecer para obtener el COP adecuado, la capacidad \u00f3ptima o cualquier otro factor. La optimizaci\u00f3n de la presi\u00f3n se realiza mediante la v\u00e1lvula CCMT, que se instala a la salida del refrigerador de gas y un controlador correspondiente. Este dise\u00f1o ofrece la posibilidad de optimizar la presi\u00f3n del refrigerador de gas en todas las situaciones y la presi\u00f3n del receptor intermedio de forma independiente.<\/p>\n

    Aplicaci\u00f3n 2: v\u00e1lvula de derivaci\u00f3n de gas<\/strong>
    \nSe puede usar como v\u00e1lvula de by-pass<\/em> de gas (control de presi\u00f3n del medio) para regular la presi\u00f3n intermedia en un sistema de refrigeraci\u00f3n transcr\u00edtica de CO2<\/sub>. Al ventilar el gas flash<\/em> generado a trav\u00e9s de una v\u00e1lvula de derivaci\u00f3n de gas hacia el lado de succi\u00f3n del compresor despu\u00e9s de la expansi\u00f3n transcr\u00edtica, la presi\u00f3n se puede mantener a un nivel seguro para todos los componentes situados en las l\u00edneas de l\u00edquido del sistema. La mezcla de dos fases de la v\u00e1lvula CCMT debe separarse antes de que el gas ingrese al by-pass <\/em>de gas. Para su uso en la aplicaci\u00f3n de derivaci\u00f3n de gas, se recomienda el controlador EKC 326A para CCMT 2 a CCMT 8.<\/p>\n

    Aplicaci\u00f3n 3: v\u00e1lvula de expansi\u00f3n<\/strong>
    \nSi es necesario, tambi\u00e9n se puede usar como v\u00e1lvula de expansi\u00f3n normal para evaporadores o como v\u00e1lvula de regulaci\u00f3n de presi\u00f3n en la l\u00ednea de aspiraci\u00f3n. Una v\u00e1lvula de expansi\u00f3n l\u00edquida se usa t\u00edpicamente para inyecci\u00f3n en intercambiadores de calor de placas de cascadas de CO2<\/sub> \/ CO2<\/sub>, o como v\u00e1lvula de expansi\u00f3n para evaporadores de CO2<\/sub>. Para las aplicaciones de inyecci\u00f3n de l\u00edquido, CCMT 2 a CCMT 8 se utiliza con el controlador EKC 313.<\/p>\n

    Aplicaci\u00f3n 4: regulador de presi\u00f3n el\u00e9ctrico<\/strong>
    \nEs posible obtener un control preciso de la temperatura o la presi\u00f3n mediante la modulaci\u00f3n de la presi\u00f3n en el evaporador.<\/p>\n

    La CCMT para aplicaciones transcr\u00edticas representa una gran soluci\u00f3n, ya que se puede utilizar en sistemas de enfriamiento de cualquier tama\u00f1o, desde aplicaciones muy peque\u00f1as hasta grandes sistemas.<\/p>\n

    Otro punto muy importante a considerar es la presi\u00f3n que se debe mantener en el tanque recibidor de l\u00edquido. Estos tanques pueden estar dise\u00f1ados para una m\u00e1xima presi\u00f3n de operaci\u00f3n de 60 a 90 bar en la mayor\u00eda de los casos, salvo algunas excepciones muy puntuales. Pero la presi\u00f3n real de trabajo depende de las condiciones a las que est\u00e9 funcionando el sistema, por ejemplo, es posible definir un valor fijo de presi\u00f3n en el tanque. Definir esta presi\u00f3n depender\u00e1 de varios factores como la ca\u00edda de presi\u00f3n de la v\u00e1lvula de alta presi\u00f3n, la temperatura ambiente y las temperaturas de evaporaci\u00f3n.<\/p>\n

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    Figura 5. Booster transcr\u00edtico tradicional<\/p><\/div>\n

    Una vez pasando el punto transcr\u00edtico y entrando al \u00e1rea de mezcla en el diagrama de pH del CO2<\/sub> y con un valor de presi\u00f3n alto en el tanque recibidor, habr\u00e1 poca diferencia de entalp\u00edas, pero una calidad de vapor baja. Al contrario, si la presi\u00f3n en el tanque es demasiado baja, la calidad de vapor ser\u00e1 mas elevada, pero la diferencia de entalp\u00edas ser\u00e1 mayor. Normalmente, se recomienda que el objetivo de presi\u00f3n sea 10 bar por encima de la presi\u00f3n de evaporaci\u00f3n mas alta, teniendo como l\u00edmite un diferencial de 5 bar con respecto a la misma presi\u00f3n. Esta tarea la realiza la v\u00e1lvula de flash gas by-pass<\/em> en sistemas tradicionales y, dependiendo del tipo de sistema, en conjunto con compresores en paralelo.<\/p>\n

    Los arreglos disponibles a la fecha son los siguientes:<\/p>\n

    \u00a0Sistema booster<\/em> transcr\u00edtico tradicional<\/strong><\/p>\n

    Compresor de BT, compresor de MT, v\u00e1lvula de alta presi\u00f3n y v\u00e1lvula FGBP.<\/p>\n

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    Figura 6. Booster transcr\u00edtico con compresor paralelo<\/p><\/div>\n

    Sistema booster<\/em> transcr\u00edtico con compresor en paralelo<\/strong><\/p>\n

    Utilizando compresores para controlar la presi\u00f3n del tanque recibidor (incrementa la eficiencia).<\/p>\n

    \"\"

    Figura 7. Booster transcr\u00edtico con multieyectores<\/p><\/div>\n

    Sistema booster<\/em> transcr\u00edtico con multieyectores<\/strong><\/p>\n

    Utilizando la alta presi\u00f3n para reducir el trabajo de los compresores de MT. (m\u00e1xima eficiencia en todo tipo de climas).<\/p>\n

    Cabe recordar que la eficiencia en los sistemas transcr\u00edticos de CO2<\/sub> se relaciona directamente con la temperatura ambiente donde el sistema vaya a ser instalado. En este sentido, es fundamental seleccionar la tecnolog\u00eda adecuada de acuerdo con las condiciones geogr\u00e1ficas del espacio a acondicionar.
    \n——<\/p>\n

    Adri\u00e1n Garc\u00eda <\/strong>
    \nIngeniero mec\u00e1nico administrador con especialidad en Termodin\u00e1mica Aplicada por la Facultad de Ingenier\u00eda Mec\u00e1nica y El\u00e9ctrica de la UANL. Expositor y certificador de t\u00e9cnicos en refrigeraci\u00f3n. Actualmente, se desempe\u00f1a como senior technical support engineer en Danfoss Industries. Cuenta con experiencia en compresores RAC, y se especializa en aplicaciones de CO2<\/sub> para Latinoam\u00e9rica e intercambiadores de calor de placas soldadas y microcanal.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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