ES2222962T3 - Metodo y aparato para indicar el comportamiento de un serpentin condensador en refrigeradores enfriados por aire. - Google Patents
Metodo y aparato para indicar el comportamiento de un serpentin condensador en refrigeradores enfriados por aire.Info
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Abstract
Un método para determinar una condición operativa de un serpentín condensador de un sistema de refrigeración, caracterizado por las etapas de: a) verificar para ver si dicho sistema está en una condición operativa estable; b) determinar una temperatura de condensación saturada de dicho sistema; c) determinar una temperatura de succión saturada de dicho sistema; d) determinar una temperatura de aire ambiente de dicho sistema; e) calcular un calor total rechazado en un condensador de dicho sistema a partir de valores obtenidos en las etapas (b), (c) y (d); f) calcular un coeficiente de transferencia de calor a partir de valores obtenidos en las etapas (b), (d), y (e); g) comparar dicho coeficiente de transferencia de calor calculado con un coeficiente de transferencia de calor ideal para obtener un valor que represente dicha condición operativa de dicho serpentín condensador; y h) enviar un mensaje a un usuario de dicho sistema basado en dicho valor obtenido en la etapa (g).
Description
Método y aparato para indicar el comportamiento
de un serpentín condensador en refrigeradores enfriados por
aire.
La invención se refiere al campo de refrigerantes
enfriados por aire, y en particular a un indicador del
funcionamiento del serpentín condensador para un refrigerante
enfriado por aire.
Un acondicionador de aire típico simplificado o
ciclo de refrigeración incluye transferir calor a un refrigerante,
que bombea el refrigerante a un lugar donde el calor puede ser
retirado de él, y que separa el calor del refrigerante. Un
refrigerante es un fluido que recoge calor por evaporación a una
baja temperatura y presión y entrega calor por condensación a una
temperatura más alta y presión. En un sistema cerrado, el
refrigerante es entonces reciclado de nuevo a la ubicación original
donde el calor es transferido a él. En un sistema mecánico, un
compresor convierte el refrigerante a partir de una temperatura
baja y fluido de presión bajo a una temperatura, más alta y fluido
de presión más alto. Después que el compresor convierte el
refrigerante, se usa un condensador para licuar el fluido (gas)
enfriando durante la parte de condensación del ciclo. En la
operación, el gas descarga calor (vapor refrigerante) desde el
compresor que entra en la parte superior del serpentín condensador,
se condensa en un líquido según el calor se transfiere al exterior.
El refrigerante entonces pasa a través de un dispositivo de
medición, tal como una válvula de expansión, en donde se convierte
a una temperatura baja, fluido de presión baja antes de entrar a un
evaporador.
Los condensadores típicamente usan agua o aire
para retirar el calor del refrigerante. Los condensadores enfriados
por aire típicamente conducen por tubo el refrigerante a través de
un serpentín de amplia superficie a través del cual se impulsa el
aire por un ventilador o tiro natural inducido. Los condensadores
enfriados por aire pueden operar en ambientes relativamente
polvorientos donde el polvo se asienta sobre el serpentín.
Demasiado polvo sobre el serpentín de un condensador seriamente
degrada el funcionamiento de la refrigeración o unidad de aire
acondicionado. La operación de la unidad se hace más costosa debido
a que se requiere una mayor potencia de entrada. En condiciones
extremas, un condensador sucio puede ocasionar una desconexión de
seguridad de alta presión durante los días de calor. El documento
EP-A-0 155 826 describe un monitor
del funcionamiento de un intercambiador de calor. Los fabricantes
recomiendan que el serpentín condensador se mantenga limpio, pero
es difícil para un usuario determinar con que frecuencia se debería
inspeccionar un condensador, puesto que la frecuencia de inspección
depende del entorno y de la frecuencia de operación de la unidad.
El tener información concerniente a la limpieza del serpentín
condensador sobre una base en tiempo real sería útil al usuario para
optimizar un programa de limpieza.
Según un primer aspecto de la invención, un
método para determinar una condición operativa de un serpentín
condensador de un sistema de refrigeración incluye la verificación
para observar si el sistema está en una condición operativa
estable; determinando la temperatura de condensación saturada,
temperatura de succión saturada, y temperatura del aire ambiente
del sistema; calculando la eliminación del calor total en un
condensador del sistema a partir de los valores obtenidos en las
etapas precedentes; calculando un coeficiente de transferencia de
calor para el sistema; comparando el coeficiente de transferencia
de calor calculado con un coeficiente de transferencia de calor
ideal para obtener un valor que represente la condición operativa
del serpentín condensador; y emitiendo un mensaje a un usuario del
sistema basado en la comparación de los coeficientes de
transferencia de calor ideales con los calculados.
En la realización preferida, un algoritmo
calcula, en tiempo real, el coeficiente de transferencia de calor
total para un sistema refrigerante enfriado por aire y compara este
valor con un valor de referencia correspondiente a una nueva
máquina que opera con un condensador limpio. Basada en esta
comparación, se visualiza una indicación para informar a un usuario
del grado de degradación en el funcionamiento del condensador.
La fig. 1 muestra un diagrama esquemático de un
sistema de refrigeración según una realización de la presente
invención.
La figura 2 muestra un diagrama de flujo de un
método de la presente invención para determinar una condición
operativa de un serpentín condensador del sistema de
refrigeración.
La fig. 3 muestra un diagrama de flujo de un
método de la presente invención para denominar un valor de un
coeficiente de transferencia de calor para el sistema de
refrigeración.
Refiriéndonos a la fig. 1, una unidad 10 incluye
un condensador 20 conectado de forma fluida a un evaporador 30 a
través de una válvula EXV de expansión electrónica. El evaporador
30 está conectado de forma fluida al condensador 20 a través de un
compresor 40. Aunque sólo se muestra un compresor, se conoce en la
técnica la conexión de más de un compresor en paralelo en el mismo
circuito. El suministro de aire (o agua) entra al evaporador 30
donde se transfiere el calor a un refrigerante. Aunque sólo se
muestra un circuito refrigerante, es conocido en la técnica el uso
de dos circuitos refrigerantes independientes. El aire (o agua) de
retorno refrigerante se circula según sea necesario para la
refrigeración. Un transductor 50 de presión lee la presión de
condensación saturada del refrigerante y convierte la lectura a la
temperatura (SCT) de condensación saturada. Un transductor 60 de
presión lee la presión de succión saturada del refrigerante y
convierte la lectura a la temperatura (SST) de succión saturada.
Los transductores de presión se usan debido a que son más exactos
que los medios conocidos para medir directamente la temperatura. La
temperatura (OAT) del aire de entrada o temperatura del aire
ambiente en la vecindad, se lee directamente, típicamente por un
termistor.
La eliminación del calor total en un condensador
enfriado por aire puede ser calculado aproximadamente por la
siguiente ecuación:
(1)THR=HTI^{*}(SCT -
OAT)
en la que THR es la eliminación del
calor total en el condensador en kW, SCT es la temperatura de
condensación saturada en ºC, OAT es la temperatura del aire que
entra para el serpentín condensador en ºC, y HTI es el coeficiente
de transferencia de calor total en kW/ºC. En un refrigerante
enfriado por aire, el valor HTI permanece constante (dentro de +/-
3%) para todas las condiciones operativas, es decir, carga total o
carga parcial, si el flujo de aire es relativamente constante, lo
cual es el caso si todos los ventiladores operan en el circuito. El
valor HTI cambia significativamente si un serpentín está sucio, si
cae el flujo de aire o si hay sustancias no condensables en un
circuito.
El monitor controla la unidad en tiempo real de
modo que tales valores como SCT, SST (temperatura de succión
saturada), y SH (recalentamiento de succión, es decir, la
diferencia entre la temperatura real del refrigerante y la
temperatura de succión saturada), entre otros. La THR del circuito
(un calor total rechazado) se puede calcular si se conoce un modelo
matemático del funcionamiento del compresor. Se puede probar que si
el compresor opera en una condición estable, si un recalentamiento
es siempre constante, y el sistema de subenfriamiento no cambia
demasiado para un modelo de compresor determinado, entonces THR
está en función del SCT y SST, esto es, THR = f(SCT, SST). Si
el modelo THR se codifica en los controles de la unidad, los
controles pueden calcular en tiempo real la THR basado en variables
medidas del sistema.
Conociendo THR, SCT, y OAT es fácil calcular en
tiempo real el valor de HTI (Eq 1). El valor para HTI varía con el
tiempo según el condensador se ensucia. Los controles comparan este
valor con rl valor de un condensador limpio e indican la
degradación de los rendimientos del condensador a la visualización
de control.
Refiriéndonos a la fig. 2, se muestra un método
para determinar la degradación de HTI. Los siguientes símbolos se
usan en el diagrama de flujo.
HTIg = HTI de máquina limpia (es decir,
"buena")
HTI' = HTI previamente calculado
HTI = cálculo de HTI presente
SCT = temperatura de condensación saturada
presente (medida en 50)
SST = temperatura de succión saturada presente
(medida en 60)
OAT = temperatura de aire ambiente presente
(medida en 70)
HTIg se preestablece en la lógica, con un valor
basado en la simulación y pruebas de laboratorio. Entonces, en la
etapa 112, HTI' se coloca en HTIg para el primer funcionamiento del
programa. Si la unidad está en una condición estable y todos los
ventiladores están en marcha (etapa 113), los valores para SCT,
SST, y OAT se leen en el programa en la etapa 114. Un valor para THR
se calcula para cada compresor en la etapa 115 basado en el modelo
matemático del compresor, después de lo cual se calcula un valor
para THR para el circuito completo en la tapa 116. Se calcula
entonces el HTI en la etapa 117 que usa la Ecuación (1).
La relación de HTI' a HTI se verifica en la etapa
118 para observar si está en el intervalo entre 0,95 a 1,0. Esta
etapa se verifica para observar si las lecturas están dentro de los
valores esperados. Por ejemplo, una tormenta de lluvia repentina
podría afectar la lectura para OAT en una forma no relacionada al
funcionamiento del condensador. Una diferencia significativa en HTI
de un ciclo al próximo es más probable debido al rendimiento del
condensador porque la degradación ocurre relativamente lenta. Por
lo tanto, en la etapa 118, el valor de HTI se compara con el valor
de HTI pasados 5 minutos, HTI', para observar si la relación
permanece dentro de los límites lógicos. Si no fuera así, los
cálculos del ciclo comienzan de nuevo. Si lo fuera, HTI' se coloca
en HTI en la etapa 119 para usar en el próximo ciclo de
cálculo.
Se hace una serie de verificaciones a
continuación usando la relación de HTI a HTIg. En la etapa 120, si
la relación HTI/HTIg es menor que 0,7, es decir, menor que 70% de
lo que debería ser, el serpentín condensador está muy sucio y se
visualiza preferiblemente un mensaje con ese fin. Además, o en lugar
de mensajes, se usan opcionalmente timbres de alarma. Si la
relación HTI/HTIg es mayor que 0,7, la relación se verifica para
observar si es menor que 0,8. Si lo fuera, el serpentín condensador
está sucio y se visualiza preferiblemente un mensaje con ese fin.
Si no fuera así, la relación se verifica para observar si es menor
que 0,9. Si lo fuera, el serpentín condensador está ligeramente
sucio y se visualiza preferiblemente un mensaje con ese fin. Si no
fuera así, el serpentín condensador está limpio y se visualiza
preferiblemente un mensaje con ese fin. El ciclo lógico se repite
propiamente sobre una base regular que es preferiblemente de cinco
minutos, aunque está opcionalmente preestablecida por el
usuario.
Con referencia a la fig. 3, se muestra un método
el cual proporciona al usuario la opción de aceptar la cifra HTIg
del fabricante (indicada como HTIgfc) o que determina un valor de
línea base para HTIg calculado durante un procedimiento de puesta
en marcha, es decir, cuando un técnico del servicio pone en marcha
la unidad durante el primer momento cuando el serpentín condensador
está todavía limpio. El valor para HTIg se designa por sus
iniciales como HTIgfc ("buena configuración de fábrica") en la
etapa 130. Se le pregunta al usuario en la etapa 132 si acepta la
configuración de fábrica o si comienza la configuración de campo.
La configuración de campo comienza en la etapa 134 cuando HTI' se
denomina como HTIg. Si la unidad está en una condición estable y
todos los ventiladores están en marcha (etapa 136), los valores
para SCT, SST, y OAT se leen en el programa en la etapa 138. Un
valor para THR se calcula para cada compresor en la etapa 140
basado en el modelo matemático del compresor, después de lo cual se
calcula un valor para THR para el circuito completo en la etapa
142. Entonces se calcula HTI en la etapa 144 que usa Ecuación (1).
La relación HTI' a HTI se verifica en la etapa 146 para observar si
está en el intervalo entre 0,97 a 1,0. Si no fuera así, HTI' se
coloca en HTI en la etapa 148 para el uso en el ciclo de cálculo de
la configuración de campo. Si lo fuera, HTIg se coloca en HTI en la
etapa 150 y se visualiza preferiblemente un mensaje que HTIg está
configurado. Este valor configurado de campo de HTIg se usa entonces
en la lógica de programa mostrado en la fig. 2.
Claims (6)
1. Un método para determinar una condición
operativa de un serpentín condensador de un sistema de
refrigeración, caracterizado por las etapas de:
a) verificar para ver si dicho sistema está en
una condición operativa estable;
b) determinar una temperatura de condensación
saturada de dicho sistema;
c) determinar una temperatura de succión saturada
de dicho sistema;
d) determinar una temperatura de aire ambiente de
dicho sistema;
e) calcular un calor total rechazado en un
condensador de dicho sistema a partir de valores obtenidos en las
etapas (b), (c) y (d);
f) calcular un coeficiente de transferencia de
calor a partir de valores obtenidos en las etapas (b),(d), y
(e);
g) comparar dicho coeficiente de transferencia de
calor calculado con un coeficiente de transferencia de calor ideal
para obtener un valor que represente dicha condición operativa de
dicho serpentín condensador; y
h) enviar un mensaje a un usuario de dicho
sistema basado en dicho valor obtenido en la etapa (g).
2. Un método según la reivindicación 1, en el
que:
dicha etapa de comparación incluye calcular una
relación de dicho coeficiente de transferencia de calor calculado
con dicho coeficiente de transferencia de calor ideal; y
dicho mensaje se determina comparando dicha
relación con al menos un valor predeterminado.
3. Un método según la reivindicación 1 ó 2, que
comprende además determinar dicho coeficiente de transferencia de
calor ideal a partir de las etapas (a), (b), (c), (d), (e) y
(f).
4. Un aparato para determinar una condición
operativa de un serpentín condensador (20) de un sistema de
refrigeración, caracterizado por:
medios de verificación para ver si dicho sistema
está en una condición operativa estable;
medios para determinar una temperatura (50) de
condensación saturada, una temperatura (60) de succión saturada y
una temperatura (90) de aire ambiente de dicho sistema;
medios para calcular un calor total rechazado en
un condensador de dicho sistema a partir de dicha temperatura de
condensación saturada, dicha temperatura de succión saturada y
dicha temperatura de aire ambiente;
medios para calcular un coeficiente de
transferencia de calor a partir de dicha temperatura de
condensación saturada, dicha temperatura de aire ambiente y dicho
calor total rechazado;
medios para comparar dicho coeficiente de
transferencia de calor calculado con un coeficiente de
transferencia de calor ideal para obtener un valor que represente
dicha condición operativa de dicho serpentín condensador; y
medios para enviar un mensaje a un usuario de
dicho sistema basado en dicho valor.
5. Un aparato según la reivindicación 4, en el
que:
dichos medios de comparación incluyen calcular
una relación de dicho coeficiente de transferencia de calor
calculado con dicho coeficiente de transferencia de calor ideal;
y
dicho mensaje se determina comparando dicha
relación con al menos un valor predeterminado.
6. Un aparato según la reivindicación 4 ó 5,
caracterizado además por medios para determinar dicho
coeficiente de transferencia de calor ideal.
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