ES2306746T3 - Metodo para limitar la presion de condensacion en una maquina frigorifica. - Google Patents
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Abstract
Un método para limitar la presión de condensación de una máquina frigorífica que comprende un compresor, un condensador, una válvula de expansión y un evaporador, que se compone de los pasos de: - medir la temperatura de saturación en la evaporación; - medir la temperatura del vapor sobrecalentado; - calcular la diferencia entre la temperatura de saturación y la temperatura del vapor sobrecalentado, obteniendo el valor de sobrecalentamiento; - medir la temperatura de saturación o presión en la condensación; - definir un valor umbral para la temperatura de saturación en la condensación; - comparar la temperatura de saturación medida en la condensación con el valor umbral; - si la temperatura de saturación en la condensación supera el valor umbral, subalimentar el evaporador (10) cerrando parcialmente la válvula de estrangulamiento (13), reduciendo de ese modo la potencia térmica que afecta al condensador (12) y consecuentemente la temperatura de saturación en la condensación, siendo aumentado el valor de sobrecalentamiento y reducida la capacidad refrigerante si la temperatura de saturación en la condensación sobrepasa el umbral, y caracterizado porque además comprende el paso de bloquear el funcionamiento normal de la máquina frigorífica deteniendo el compresor si, a pesar de la acción de regulación del sobrecalentamiento o como consecuencia de ésta, se sobrepasa un umbral máximo de seguridad de la temperatura de saturación en la condensación o un umbral mínimo de seguridad de la temperatura de saturación en la evaporación durante un tiempo mínimo significativo, y porque si la temperatura de saturación en la condensación no supera el valor umbral, el método comprende los pasos de devolver el sobrecalentamiento a valores inferiores abriendo la válvula de estrangulamiento (13) de modo controlado y regular el sobrecalentamiento en la evaporación hasta el valor mínimo que sea compatible con la estabilidad de funcionamiento y la seguridad.
Description
Método para limitar la presión de condensación
en una máquina frigorífica.
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La presente invención se refiere a un método
para limitar la presión de condensación de una máquina frigorífica
según el preámbulo de la reivindicación 1. Dicho método es conocido
a partir del documento EP-A-1 050
727.
Como es sabido, la capacidad refrigerante de una
máquina frigorífica aumenta con la temperatura de saturación en la
evaporación, la cual a su vez se encuentra vinculada a la
temperatura del fluido refrigerante.
El aumento de la capacidad refrigerante además
conlleva automáticamente un aumento de la potencia térmica que la
máquina frigorífica debe disipar en el condensador.
Cuando la potencia térmica que deber ser
disipada aumenta, asimismo aumenta necesariamente la diferencia en
la temperatura primaria en el condensador (diferencia entre la
temperatura de condensación y la temperatura del fluido
refrigerante).
De ese modo, en una máquina frigorífica, con una
misma temperatura del líquido refrigerante en el condensador, un
aumento en la temperatura de la saturación en la evaporación (la
cual depende generalmente de un aumento de la temperatura del
fluido refrigerado) conduce a un aumento en la temperatura de
saturación en la condensación.
Por el contrario, un descenso en la capacidad
refrigerante conduce automáticamente a un descenso en la potencia
térmica a ser disipada en el condensador y, por lo tanto, a un
descenso en la temperatura saturada en la condensación con la misma
temperatura de la fuente de calor.
Así pues, si la temperatura de condensación
tiende a aproximarse al valor de seguridad que requeriría el apagado
de la máquina, es posible limitar dicho aumento mediante la
reducción de la capacidad refrigerante absorbida por el evaporador,
ya que éste es equivalente a una reducción de la potencia térmica
que afecta al condensador.
Entre los diferentes métodos para obtener esto,
los más conocidos son los siguientes:
- a.
- la regulación de la velocidad del compresor de refrigeración;
- b.
- la obturación mediante los apropiados elementos reguladores del conducto de entrada del compresor a fin de limitar el caudal de fluido refrigerante;
- c.
- la reducción mecánica de la capacidad del compresor;
- d.
- la regulación de la temperatura y/o el caudal del líquido refrigerado,
- e.
- la recirculación, en el evaporador, de parte de los gases calientes bombeados por el compresor (conocido como derivación de gases calientes).
En los siguientes documentos de la técnica
anterior se aportan ejemplos de dispositivos y métodos
conocidos.
El documento
US-A-4 523 435 divulga un sistema de
refrigeración en el que el caudal de refrigerante desde el
condensador de refrigerante al evaporador de refrigerante está
controlado por una válvula de expansión regulable que es sensible
al supercalor del refrigerante que debe ser comprimido. La
regulación del caudal de refrigerante en respuesta tanto a la
intensidad del supercalor como a la velocidad a la que cambia,
permite estabilizar el sistema en relación a las sobrecorrecciones
y subcorrecciones del caudal de refrigerante que afectan este
sistema conocido. Por lo tanto, el sistema del documento
US-A-4 523 435 es adecuado para
prevenir variaciones excesivas de las condiciones operativas. Este
resultado se obtiene mediante una rápida regulación de la válvula
de expansión.
El documento
EP-A-1 050 727 divulga un sistema
adecuado para alcanzar automáticamente un valor mínimo de la
temperatura de condensación de acuerdo con los parámetros
funcionales de la máquina frigorífica. Con este método, si la
abertura de la válvula supera un valor preestablecido, la presión de
condensación es aumentada a fin de obtener los valores de presión
correctos en la entrada y en la salida de la válvula.
El documento
JP-A-03164658 y el
DE-A-43 03 533 se refieren a
sistemas de control adecuados para evitar la temperatura excesiva
en la salida (el extremo de la alta presión) del compresor mediante
el aumento de la abertura de la válvula de expansión electrónica,
lo cual conduce a una sobrealimentación del evaporador. Los
sistemas de control están basados en la medida del extremo de alta
presión (extremo de salida). En dichos sistemas, la válvula de
expansión es abierta únicamente si la temperatura de salida supera
un valor preestablecido.
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El documento
EP-A-1 134 518 divulga un método
para controlar la válvula de expansión electrónica de una máquina
frigorífica, incluyendo dicho método las fases de monitorización de
un cambio de temperatura entre el fluido en un enfriador
inundado y una temperatura de succión saturada del sistema,
la monitorización del supercalor de descarga del sistema, y la
corrección de la abertura de la válvula de expansión cuando el
supercalor de descarga es inferior a un valor preestablecido.
Sin embargo, dichos métodos conocidos están
afectados por altos gastos de fabricación (por ejemplo a. y b.),
reglamentaciones discontinuas (por ejemplo c.), en ocasiones
interferencias funcionales inaceptables con el proceso de
enfriamiento (por ejemplo d.), o ineficacias energéticas
inaceptables.
El objeto de la presente invención es
proporcionar un método capaz de modular la capacidad refrigerante
absorbida por el evaporador de acuerdo con las necesidades del
momento, de modo que se adapte en cada ocasión a:
- - -
- la entrega de la máxima capacidad refrigerante compatible con las condiciones funcionales de la máquina;
- - -
- la reducción de la capacidad refrigerante únicamente cuando sea necesario y en la medida requerida con objeto de limitar la temperatura de saturación en la condensación cuando sucedan fenómenos que puedan causar su excesivo aumento.
Dicho objetivo se consigue mediante un método de
limitación de la presión de condensación de una máquina frigorífica,
según la reivindicación 1.
Se ilustra una realización práctica de la
invención en los dibujos que se acompañan, en los que:
La Figura 1 es un diagrama de sistema de una
máquina frigorífica conocida;
La Figura 2 es un diagrama de operaciones del
proceso de regulación.
Con relación a las figuras, una máquina
frigorífica comprende un evaporador 10, un compresor 11, un
condensador 12 y una válvula de estrangulación 13, que están
conectados entre sí en series y en sucesión.
El dispositivo para limitar la presión de
condensación de la máquina frigorífica comprende medios para la
regulación continua y controlada del sobrecalentamiento en el
evaporador, constituidos por un sensor 14 para detectar la presión
de evaporación (o temperatura de saturación en la evaporación), un
sensor 15 para detectar la temperatura del vapor sobrecalentado en
la salida desde el evaporador, un sensor 16 para detectar la presión
de condensación (o la temperatura de saturación en la
condensación), y un controlador 17 basado en un microprocesador.
Además, la válvula de estrangulación per
se conocida es del tipo de las accionadas por servomecanismo,
por ejemplo, mediante un motor 13a.
La válvula de estrangulación 13 está escogida de
entre las que han sido recientemente introducidas comercialmente y
son servoaccionadas automáticamente, habitualmente pero no de modo
exclusivo mediante un servomotor eléctrico, y son controladas a
través de dispositivos eléctricos que permiten regular el
sobrecalentamiento de acuerdo con las necesidades de ese momento o
por razones de comodidad (las válvulas mecánicas autoactivadas
conocidas, por el contrario, no permiten la variación automática
del valor de sobrecalentamiento dependiendo de las condiciones de
funcionamiento porque la regulación se realiza a través de un
tornillo accionado manualmente).
El controlador 17 basado en un microprocesador
está conectado a dichos sensores 14, 15 y 16 y a la servoacción de
la válvula de estrangulación 13.
El método según la invención aprovecha el hecho
de que la capacidad de una máquina frigorífica es, a modo de
primera aproximación, proporcional al caudal del fluido refrigerante
evaporado, y por lo tanto, si dicho caudal desciende, la capacidad
refrigerante total también desciende.
Así pues, si el método actúa de modo que
desciende de manera controlada el caudal del líquido refrigerante
introducido en el evaporador mediante la estrangulación gradual de
la válvula de estrangulación, el evaporador es subalimentado y como
resultado de ello la capacidad refrigerante de la máquina queda
reducida.
En el funcionamiento normal de los evaporadores
de expansión seca conocidos, el fluido refrigerante en primer lugar
cambia de estado y a continuación es sobrecalentado: esto es, para
asegurar la ausencia completa de una fase líquida (la cual es
potencialmente perjudicial para el compresor) en la salida, la
temperatura del vapor producido por la completa evaporación del
fluido es elevada en una medida controlada con relación a la
temperatura de saturación en la evaporación.
Una reducción del caudal másico de fluido
suministrado al evaporador conduce a una evaporación más rápida,
esto es, a una reducción de la parte de superficie usada para
cambiar el estado del fluido refrigerante y al consiguiente aumento
de la parte donde el fluido es sobrecalentado.
El método según la invención provoca un aumento
en el sobrecalentamiento del vapor que deja el evaporador y obtiene
en cascada:
- a.
- un aumento de la parte de superficie destinada a ser sobrecalentada;
- b.
- un descenso de la parte de superficie dedicada a la evaporación;
- c.
- un descenso del caudal de refrigerante obturado por la válvula;
- d.
- un descenso de la capacidad refrigerante asociada con un descenso en la temperatura de saturación en la evaporación;
- e.
- un descenso de la potencia térmica en el condensador;
- f.
- un descenso de la temperatura de saturación en la condensación para la misma temperatura del fluido refrigerante.
Mediante la limitación indirecta de la
temperatura de saturación en la condensación, se está condicionado
por la temperatura de evaporación mínima que puede ser tolerada
antes de que tengan lugar efectos no deseados o efectos que
perjudiquen el proceso (por ejemplo, en un refrigerador de agua la
temperatura de evaporación no debería nunca de ser inferior a 0ºC
debido al riesgo de congelación).
A través de la disminución del
sobrecalentamiento, que, no obstante, ha de recibir un valor que sea
lo suficientemente alto como para permitir un proceso de regulación
estable y seguro, se puede obtener un aumento en el caudal de
fluido refrigerante y, por lo tanto, en la capacidad de
refrigeración.
El diagrama de operaciones del proceso de
regulación está resumido en la Figura 2.
El controlador 17 basado en un microprocesador,
además de las funciones normales de control de la máquina, mide la
temperatura de saturación en la evaporación (habitualmente a través
de la medida de la presión correspondiente) y la temperatura del
vapor sobrecalentado mediante los sensores 14 y 15 instalados cerca
del evaporador 10 o dentro de éste, y calcula su diferencia,
obteniendo así el valor del sobrecalentamiento; a continuación
aplica una acción reguladora sobre el servomotor 13a de la válvula
de estrangulación 13 a fin de mantener el sobrecalentamiento en el
valor óptimo (en condiciones normales, el valor más bajo que sea
compatible con la estabilidad de la regulación, con objeto de
asegurar la máxima capacidad refrigerante).
El controlador 17 basado en un microprocesador
además mide la temperatura de saturación en la condensación
(normalmente a través de la medida de la presión correspondiente)
mediante el sensor 16 instalado cerca del condensador 12 o en su
interior.
Si la temperatura de saturación en la
condensación excede el umbral permitido para lo que se define como
funcionamiento normal, el microprocesador 17 incrementa
adecuadamente el valor del sobrecalentamiento cerrando parcialmente
la válvula de estrangulación 13, con el resultado de la
subalimentación del evaporador 10 y del descenso de la capacidad
refrigerante, con lo que consecuentemente también se reduce la
potencia térmica que afecta al condensador 12 y en última instancia
la temperatura de saturación en la condensación.
Como consecuencia de la subalimentación del
evaporador 10, la temperatura de saturación en la evaporación
también tiende a descender con respecto al valor inicial, hasta el
punto de que puede descender por debajo del umbral preestablecido
tras un marcado aumento del sobrecalentamiento.
El controlador 17 basado en un microprocesador
está diseñado para comprobar que el umbral máximo de la temperatura
de saturación en la condensación y el umbral mínimo de la
temperatura de saturación de la evaporación no son traspasados,
dando no obstante prioridad al último y, de ese modo, previniendo
una excesiva obturación de la válvula de estrangulación 13.
Sin embargo, si el umbral de seguridad de
cualquiera de las dos temperaturas fuera superado, el controlador
17 basado en un microprocesador detendría el compresor 11 a fin de
evitar condiciones de funcionamiento inaceptables.
Obviamente, en el momento en que la temperatura
de saturación cae por debajo del umbral, el controlador 17 basado
en un microprocesador devuelve el sobrecalentamiento a valores más
bajos abriendo la válvula de estrangulamiento 13 de modo
controlado.
El método según la presente invención es de
hecho capaz de modular de modo simple, barato y funcional, mediante
el control del sobrecalentamiento, la capacidad refrigerante
absorbida por el evaporador según las necesidades del momento, de
modo que se adapte en cada ocasión a:
- - -
- la entrega automática de la máxima capacidad refrigerante compatible con las condiciones funcionales de la máquina;
- - -
- la reducción de la capacidad refrigerante únicamente cuando sea necesario y en la medida requerida con objeto de limitar la temperatura de saturación en la condensación cuando sucedan fenómenos que puedan causar su excesivo aumento.
Claims (1)
1. Un método para limitar la presión de
condensación de una máquina frigorífica que comprende un compresor,
un condensador, una válvula de expansión y un evaporador, que se
compone de los pasos de:
- -
- medir la temperatura de saturación en la evaporación;
- -
- medir la temperatura del vapor sobrecalentado;
- -
- calcular la diferencia entre la temperatura de saturación y la temperatura del vapor sobrecalentado, obteniendo el valor de sobrecalentamiento;
- -
- medir la temperatura de saturación o presión en la condensación;
- -
- definir un valor umbral para la temperatura de saturación en la condensación;
- -
- comparar la temperatura de saturación medida en la condensación con el valor umbral;
- -
- si la temperatura de saturación en la condensación supera el valor umbral, subalimentar el evaporador (10) cerrando parcialmente la válvula de estrangulamiento (13), reduciendo de ese modo la potencia térmica que afecta al condensador (12) y consecuentemente la temperatura de saturación en la condensación, siendo aumentado el valor de sobrecalentamiento y reducida la capacidad refrigerante si la temperatura de saturación en la condensación sobrepasa el umbral, y caracterizado porque además comprende el paso de bloquear el funcionamiento normal de la máquina frigorífica deteniendo el compresor si, a pesar de la acción de regulación del sobrecalentamiento o como consecuencia de ésta, se sobrepasa un umbral máximo de seguridad de la temperatura de saturación en la condensación o un umbral mínimo de seguridad de la temperatura de saturación en la evaporación durante un tiempo mínimo significativo, y porque si la temperatura de saturación en la condensación no supera el valor umbral, el método comprende los pasos de devolver el sobrecalentamiento a valores inferiores abriendo la válvula de estrangulamiento (13) de modo controlado y regular el sobrecalentamiento en la evaporación hasta el valor mínimo que sea compatible con la estabilidad de funcionamiento y la seguridad.
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