ES2344601T3 - Dispositivo mejorado de secado en frio. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para secado en frío, que comprende un intercambiador de calor (2) cuya parte primaria es el vaporizador (3) de un circuito de enfriamiento (4), el cual también comprende un compresor (6) impulsado por un motor (5), un condensador (7), un medio de expansión (8) entre la salida del condensador (7) y la entrada del vaporizador (3), un dispositivo de control (16) para controlar el motor antes mencionado (5) y dispositivos de medición acoplados a ellos, mientras que la parte secundaria del intercambiador de calor (2) es parte de una tubería (10) para el gas a secar, de modo que se coloca en esta tubería (10) un separador de líquido (12) a la salida de la parte secundaria del intercambiador de calor (2), caracterizado porque el dispositivo de medición mencionado está hecho, como mínimo, como dispositivos de medición (17) para la mínima temperatura del aire (MTA) o gas a secar, dispositivos de medición (18) para la temperatura ambiente (Tamb) y un medidor de flujo (19) en la tubería (10) para el gas a secar mencionada, y porque el dispositivo de control (16) mencionado se puede conmutar, como mínimo, entre dos modos de usuario, en particular, un primer modo de usuario en el cual el circuito de enfriamiento (4) se activa solamente cuando el flujo medido de gas a secar a través de la tubería (10) antes mencionada supera un valor preestablecido, y en el cual el circuito de enfriamiento (4) se apaga cada vez que la temperatura más baja del aire (MTA) disminuye hasta un valor mínimo preestablecido, y permanece apagado hasta que la temperatura más baja del aire (MTA) haya alcanzado un cierto valor tope (B), y un segundo modo de usuario en el cual, mediante control del circuito de enfriamiento (4), la temperatura más baja del aire medida (MTA) se mantiene dentro de un cierto rango, el cual es una función de la temperatura ambiente (Tamb).
Description
Dispositivo mejorado de secado en frío.
La presente invención se refiere a un
dispositivo mejorado para secado en frío.
En particular, la presente invención se refiere
a un dispositivo para secado en frío, compuesto por un
intercambiador de calor cuya parte primaria es el vaporizador de un
circuito de enfriamiento, el cual también comprende un compresor
impulsado por un motor, un condensador, un medio de expansión entre
la salida del condensador y la entrada del vaporizador, un
dispositivo de control para controlar el motor antes mencionado y
dispositivos de medición acoplados a ellos, mientras que la parte
secundaria del intercambiador de calor es parte de una tubería para
el gas a secar, por lo cual se coloca en esta tubería un separador
de líquido a la salida de la parte secundaria del intercambiador
de
calor.
calor.
El aire comprimido entregado, por ejemplo, por
un compresor, en la mayoría de los casos está saturado con vapor de
agua o tiene, en otras palabras, una humedad relativa del 100%. Esto
implica que, en caso de un descenso de temperatura por debajo del
llamado punto de rocío, habrá condensación. El agua condensada
aumenta la corrosión en las tuberías y herramientas, y los
artefactos se pueden desgastar prematuramente.
Esta es la razón por la cual se seca el aire
comprimido, lo cual se puede hacer con el dispositivo mencionado
para secado en frío. También se pueden secar otros gases con tal
dispositivo.
El secado en frío se basa en el principio de
que, al reducir la temperatura del aire o gas en el vaporizador, se
condensa la humedad en el aire o gas, tras lo cual el agua
condensada es separada en un separador de líquido, y tras lo cual
el aire o gas es calentado de nuevo, de modo que este aire o gas ya
no estará saturado.
Lo mismo se aplica a cualquier otro gas
diferente del aire y, de aquí en adelante, cada vez que hagamos
referencia a aire, lo mismo se aplica a cualquier otro gas diferente
del aire.
Se conoce un dispositivo para secado en frío, en
el cual los dispositivos de medición mencionados se conciben como
dispositivos de medición de la presión o la temperatura en el
vaporizador, de modo que se enciende o se apaga el circuito de
refrigeración sobre la base de los valores medidos provenientes de
dichos dispositivos de medición.
Si se detecta una descarga de aire comprimido,
el circuito de enfriamiento se enciende y, tan pronto como la
descarga de aire comprimido cesa, el circuito de enfriamiento se
detiene también.
Una desventaja de ese dispositivo conocido es
que el intercambiador de calor, después de haber apagado el
circuito de refrigeración, se calienta al no haber más
enfriamiento.
Cuando posteriormente se produce otra descarga
de aire comprimido mientras el intercambiador de calor se ha
calentado en el intervalo de tiempo, pueden ocurrir picos
instantáneos de temperatura y de punto de rocío, puesto que el aire
a secar en el intercambiador de calor no se ha enfriado lo
suficiente para que el agua en dicho gas a secar se condense a
máxima capacidad.
Se conoce también un dispositivo para secado en
frío, provisto de una masa térmica, por ejemplo, en la forma de una
mezcla de agua y propilenglicol, para enfriar el aire
comprimido.
Con estos dispositivos conocidos, el circuito de
refrigeración se usa solamente para enfriar la masa térmica
mencionada, de modo que el compresor en este circuito de
enfriamiento se puede apagar tan pronto como la masa térmica
alcanza una cierta temperatura, con el resultado de un ahorro de
energía.
Una desventaja de ese dispositivo conocido es
que el circuito de refrigeración, a causa de la presencia de la
masa térmica antes mencionada, se debe hacer muy pesado y de tamaño
considerable.
Otra desventaja de dicho dispositivo conocido es
que, debido a las partes adicionales como, por ejemplo, un depósito
y/o un intercambiador de calor adicional, la construcción del
circuito de refrigeración es relativamente costosa y complicada, y
su montaje demanda mucho tiempo.
La presente invención procura remediar una o
varias de las desventajas mencionadas y otras.
Con esta finalidad, la invención se refiere a un
dispositivo para secado en frío del tipo mencionado, en el cual los
dispositivos de medición mencionados son hechos, como mínimo, como
medios para medir la mínima temperatura del aire o gas a secar,
medios para medir la temperatura ambiente y un medidor de flujo en
la tubería para el gas a secar mencionada, de modo que el
dispositivo de control mencionado se pueda conmutar, como mínimo,
entre dos modos de usuario, en particular, un primer modo de usuario
en el cual el circuito de enfriamiento se activa solamente cuando
el flujo medido de gas a secar a través de la tubería antes
mencionada supera un valor preestablecido, y en el cual el circuito
de enfriamiento se apaga cada vez que la temperatura más baja del
aire disminuye hasta un valor mínimo preestablecido, y permanece
apagado hasta que la temperatura más baja del aire haya alcanzado
un cierto valor tope, y un segundo modo de usuario en el cual,
mediante control del circuito de enfriamiento, la temperatura
medida más baja del aire se mantiene dentro de un cierto rango, el
cual es una función de la temperatura ambiente.
La mínima temperatura del aire o MTA significa
aquí la mínima temperatura del aire a secar, que se presenta
durante el secado en frío, y la cual, en principio, se alcanza en la
salida del gas a secar desde la parte secundaria del intercambiador
de calor. La MTA brinda siempre una buena indicación del punto de
rocío del aire, puesto que ambos están relacionados.
Una ventaja de dicho dispositivo es que la
temperatura del intercambiador de calor está siempre restringida,
puesto que el circuito de refrigeración arranca cada vez que la MTA
medida o el punto de rocío se vuelven demasiado altos y, de este
modo, se evitan los picos.
Puesto que el valor tope de la MTA mencionada en
el primer modo de usuario y el rango de MTA mencionado en el
segundo modo de usuario se pueden ajustar según deseo, se puede
garantizar un punto de rocío a cualquier temperatura ambiente, que
es suficientemente bajo como para prevenir corrosión o condensación
en la red de aire comprimido conectada al dispositivo de secado en
frío.
Otra ventaja de tal dispositivo, de acuerdo con
la invención, es que no se necesita una masa térmica adicional y
que puede ahorrarse energía de una manera muy simple, puesto que el
circuito de refrigeración se apaga en el momento debido, por
ejemplo, cuando no se necesita secar aire comprimido porque no hay
consumo de aire comprimi-
do.
do.
Otra ventaja es que, gracias a la presencia del
medidor de flujo mencionado, es posible apagar el circuito de
refrigeración, por ejemplo, en caso de carga cero, con el resultado
de un mayor ahorro de energía.
A efectos de explicar mejor las características
de la presente invención, se brinda como ejemplo solamente la
siguiente forma de realización preferida de un dispositivo mejorado
para secado en frío, de acuerdo con la invención, con referencia a
los dibujos adjuntos, en los cuales:
la figura 1 representa un dispositivo mejorado,
de acuerdo con la invención, para secado en frío;
la figura 2 representa, para el primer modo de
usuario de un dispositivo de acuerdo con la invención, un posible
trazado de los valores mínimos y tope de la MTA en función de la
temperatura ambiente;
la figura 3 representa un posible trazado de los
rangos de MTA en función de la temperatura ambiente para el segundo
modo de usuario, de acuerdo con la invención;
la figura 4 representa una variante de acuerdo
con la figura 1;
la figura 5 representa una variante de acuerdo
con la figura 3.
La figura 1 representa un dispositivo para
secado en frío, el mismo consta principalmente de un intercambiador
de calor 2, cuya parte primaria forma el vaporizador 3 de un
circuito de refrigeración 4 en el que se incorporan sucesivamente
un compresor 6, impulsado por un motor 5, un condensador 7 y un
medio de expansión 8.
El circuito refrigerante está lleno con un
fluido refrigerante, por ejemplo, Freón R410a, que fluye en la
dirección indicada por la flecha 9.
La parte secundaria del intercambiador de calor
2 forma parte de la tubería 10 para el aire húmedo a secar, cuya
dirección de flujo se representa con la flecha 11.
Después del intercambiador de calor 2, por
ejemplo, a su salida, se intercala en la tubería 10 un separador de
líquido 12.
Esta tubería 10, antes de llegar al
intercambiador de calor 2, se puede extender parcialmente a través
de un preenfriador o de un intercambiador de calor de recuperación
13 y, entonces, a continuación del separador de líquido 12, se
puede extender nuevamente a través del intercambiador de calor de
recuperación 13, en flujo paralelo o a contraflujo de la parte
mencionada.
La salida de la tubería 10 mencionada puede
conectarse, por ejemplo, a una red de aire comprimido que no se
representa en las figuras, a la cual están conectados los
consumidores de aire comprimido, por ejemplo, herramientas
impulsadas por aire comprimido.
El intercambiador de calor 2 es un
intercambiador de calor líquido/aire y se puede diseñar para formar
un todo con el posible intercambiador de calor de recuperación 13,
que es un intercambiador de calor aire/aire.
El medio de expansión 8 se hace en este caso en
la forma de una válvula termostática incorporada entre la salida
del condensador 7 y la entrada del vaporizador 3 y cuyo elemento
termostático está acoplado del modo conocido por medio de una
tubería 14 a un bulbo 15 incorporado en la salida del vaporizador 3,
en otras palabras, entre el vaporizador 3 y el compresor 6 en el
circuito de refrigeración 4.
Está claro que el medio de expansión 8
mencionado se puede resolver de muchas maneras diferentes, como,
por ejemplo, en la forma de una válvula electrónica acoplada a un
sensor de temperatura incorporado en el extremo lejano del
vaporizador 3 o a continuación de él.
En algunos secadores en frío pequeños 1, el
medio de expansión 8 se puede reemplazar por un tubo capilar.
El compresor 6 es, por ejemplo, un compresor
volumétrico que, a una misma velocidad de rotación, entrega
prácticamente el mismo caudal volumétrico, por ejemplo, un compresor
en espiral, mientras que el motor 5 es, en este caso, un motor
eléctrico acoplado a un dispositivo de control 16.
El dispositivo de control 16 mencionado que, de
acuerdo con la invención, puede conmutarse entre por lo menos dos
modos de usuario que se discuten en detalle a continuación, puede
hacerse, por ejemplo, en la forma de un PLC, y está conectado
también, de acuerdo con la invención, a dispositivos de medición
que, de acuerdo con la invención, están hechos por lo menos en la
forma de dispositivos de medición 17 para la mínima temperatura del
aire (MTA) del gas a secar, dispositivos de medición 18 para la
temperatura ambiente Tamb y un medidor de flujo 19.
Los mencionados dispositivos de medición 17 para
la MTA se incorporan preferentemente en el punto donde se puede
esperar en la práctica la menor temperatura del aire a secar, que en
este caso es inmediatamente después de la parte secundaria del
intercambiador de calor 2 y preferiblemente antes del separador de
líquido 12.
De acuerdo con la invención, no se excluye que
los dispositivos de medición 17 para medir la MTA sean reemplazados
por dispositivos de medición para medir el punto de rocío, los
cuales se incorporan preferentemente cerca de la salida de la parte
secundaria del intercambiador de calor 2 mencionado. En
consecuencia, cada vez que se mencionen dispositivos de medición 17
para medir la MTA de aquí en adelante, se aplica también, de
acuerdo con la invención, a dispositivos de medición para medir el
punto de rocío.
Los mencionados dispositivos de medición 18 de
la temperatura ambiente (Tamb) se colocan preferentemente en la red
de aire comprimido que usa el aire secado por el dispositivo 1, en
particular, cerca de los consumidores finales de este aire
comprimido, por ejemplo, cerca de las herramientas impulsadas por
este aire comprimido seco.
Como alternativa, los dispositivos de medición
18 para la temperatura ambiente también se pueden incorporar en
otros lugares. En el caso de que el aire comprimido a secar
provenga, por ejemplo, de un compresor, resulta que una buena
ubicación para los mencionados dispositivos de medición para
temperatura ambiente 18 es a la entrada de dicho compresor.
De acuerdo con la invención, los dispositivos de
medición 18 también se pueden incorporar en el dispositivo 1 para
secado en frío, pero se deben ubicar siempre de modo que se haga
posible la medición de la temperatura ambiente promedio.
El medidor de flujo 19 mencionado se incorpora
en la mencionada tubería 10 para el gas a secar, en este caso,
después del intercambiador de calor de recuperación 13. Está claro
que el medidor de flujo 19 se puede incorporar en cualquier punto
de la tubería 10.
En este caso, el medidor de flujo 19 se hace en
la forma de un sensor que emite una señal tan pronto como fluye un
caudal predeterminado de gas a través de la tubería 10, pero que no
determina de ninguna manera la magnitud de dicho flujo de gas a
través de la tubería 10.
En otra forma de realización del dispositivo 1,
de acuerdo con la invención, no se excluye, desde luego, hacer uso
de un medidor de flujo 19 que sí mida la magnitud del flujo de gas a
través de la tubería 10, de modo que esto se pueda tener en cuenta
al controlar el circuito de refrigeración 4.
El funcionamiento del dispositivo mejorado 1
para secado en frío, de acuerdo con la invención, es muy simple y
es como sigue.
El aire a secar se alimenta a través de la
tubería 10 y, por lo tanto, a través del intercambiador de calor 2,
por ejemplo, a contraflujo del fluido refrigerante en el vaporizador
3 del circuito de refrigeración 4.
En este intercambiador de calor 2 el aire húmedo
se enfría y, como resultado, se forma condensación, la cual se
separa en el separador de líquido 12.
El aire frío, que contiene menos humedad en
términos absolutos después de dicho separador de líquido 12, pero
aun tiene una humedad relativa del 100%, se calienta en el
intercambiador de calor de recuperación 13, como resultado de lo
cual la humedad relativa desciende preferentemente a menos del 50%,
mientras el aire fresco a secar se enfría parcialmente en el
intercambiador de calor de recuperación 13 antes de ser alimentado
al intercambiador de calor 2.
Por lo tanto, el aire a la salida del
intercambiador de calor de recuperación 13 está más seco que a la
entrada del intercambiador de calor 2.
El funcionamiento del circuito de refrigeración
4 es ya conocido como tal, y es como sigue.
En el condensador 7, el fluido refrigerante
gaseoso que se calienta por la compresión en el compresor 6, se
enfría hasta licuarse. Para disipar el calor al ambiente se puede
usar, por ejemplo, un medio de refrigeración como, por ejemplo,
agua o aire.
Gracias al medio de expansión 8, el fluido
refrigerante líquido se expande hasta una presión constante de
evaporación, lo que implica, desde luego, una caída de
temperatura.
Mediante la aplicación de una válvula de
expansión termostática 8 y un bulbo 15 de la manera conocida, habrá
usualmente un sobrecalentamiento después del vaporizador 3, de modo
que no hay peligro de que el fluido refrigerante ingrese al
compresor 6 y, en consecuencia, usualmente no hay necesidad de un
separador de líquido en el circuito de refrigeración 4.
De acuerdo con la invención, la MTA del gas a
secar se mantiene preferentemente dentro de ciertos límites, como
para evitar la congelación del vaporizador 3 debido a una MTA
demasiado baja por un lado, y para asegurar que el aire esté
suficientemente frío como para permitir la condensación por el
otro.
Cuando se selecciona el primer modo de usuario
del dispositivo de control 16, el circuito de refrigeración se
apaga cada vez que la MTA del gas a secar desciende hasta un valor
mínimo predeterminado A, representado en la figura 2, y que es
constante en este caso y preferible pero no necesariamente igual a
1ºC.
El mencionado valor mínimo predeterminado A para
la MTA también puede seguir otro trazado, de acuerdo con la
invención, pero debe ser suficientemente alto para cada valor de
temperatura ambiente, como para evitar la congelación del medio
refrigerante en el circuito refrigerante 4.
Cuando la MTA alcanza entonces cierto valor tope
B, el circuito de refrigeración 4 arranca nuevamente por acción del
dispositivo de control 16 mencionado, puesto que el motor 5
mencionado es activado nuevamente.
En este caso, el dispositivo de control 16
incorpora un algoritmo como función de la temperatura ambiente Tamb
y que se usa para calcular dicho valor tope B de la MTA.
En el ejemplo de la figura 2, la curva B tiene
un comportamiento constante por debajo de un valor inicial Ta de la
temperatura ambiente, mientras que sigue un comportamiento lineal
ascendente por encima de dicho valor inicial Ta.
Está claro que el valor tope B mencionado puede
seguir muchos otros cursos como, por ejemplo, en la forma de una
función escalera o un valor constante. Por lo tanto, no se requiere,
de acuerdo con la invención, que este valor tope B sea calculado en
función de la temperatura ambiente medida Tamb.
De acuerdo con la invención, el dispositivo de
control 16 también toma en cuenta las medidas del mencionado
medidor de flujo 19 en dicho primer modo de usuario, de modo que el
circuito de enfriamiento 4 solo se activa cuando el flujo medido de
gas a secar a través de la tubería 10 mencionada excede un valor
determinado.
De este modo se evita que el circuito de
refrigeración 4 permanezca en funcionamiento cuando el dispositivo
1 para secado en frío no está sometido a carga, o apenas cargado, lo
cual ayuda a economizar energía.
Preferible pero no necesariamente, el mencionado
dispositivo de control 16 se conecta a medios de señalización, no
representados en las figuras, los cuales indican cuándo la MTA
medida cae por debajo de un cierto valor de señal C, y el cual
puede hacerse en la forma de un LED, una luz intermitente, un
altavoz o cualquier otro medio de señalización, o una combinación
de estos medios.
En este caso, el dispositivo de control 16
preferiblemente está también dotado de un algoritmo que es función
de la temperatura ambiente Tamb para calcular el valor de señal C
mencionado.
La figura 2 representa un posible comportamiento
del valor de señal C mencionado, el cual en este caso es constante
hasta un cierto segundo valor Tb de la temperatura ambiente Tamb, y
el cual tiene un comportamiento ascendente casi lineal por encima
de dicho valor Tb, el que está situado siempre a un valor constante
por debajo de la temperatura ambiente Tamb. Está claro que la curva
C, de acuerdo con la invención, puede tener también otro
trazado.
En el segundo modo de usuario del dispositivo de
control 16, el circuito de refrigeración 4 se controla encendiendo
y apagando el mencionado motor impulsor 5 del compresor 6, a fin de
mantener la MTA del gas a secar dentro de un cierto rango y, en
este caso, como se representa en la figura 3, entre un mínimo
preestablecido y un máximo valor de umbral D, E respectivamente,
los cuales se calculan mediante los algoritmos que son una función
de la temperatura ambiente medida Tamb.
En el ejemplo dado, el valor de umbral mínimo D
en este caso progresa de acuerdo con una función escalera, la cual,
cuando la temperatura ambiente Tamb está situada por debajo de un
valor inicial establecido Tc, es casi constante, y en este caso
equivale a aproximadamente 3ºC, a fin de impedir la congelación del
vaporizador 3.
Cuando la temperatura ambiente Tamb se eleva por
encima de un segundo valor establecido Td, el cual es mayor que el
valor inicial Tc mencionado, la función escalera del valor de umbral
mínimo D mencionado será también una constante en este caso.
Entre los valores establecidos Tc y Td
mencionados, la función escalera mencionada del algoritmo del valor
de umbral mínimo D tiene un comportamiento ascendente que en este
caso es lineal, aunque no necesariamente, y el cual también
preferiblemente es tal que la diferencia entre la temperatura
ambiente Tamb y este valor de umbral mínimo calculado D sea
constante.
En este caso, el algoritmo del valor de umbral
máximo E también está formado por una función escalera que, para
cada valor de temperatura ambiente Tamb, tiene un valor mayor que la
función escalera del valor de umbral mínimo D y que, cuando la
temperatura ambiente Tamb es menor que el valor inicial Te, es
constante.
Por encima del valor inicial Te y hasta un
segundo valor establecido Tf, la curva del valor de umbral máximo E
tiene en este caso un comportamiento ascendente lineal.
A partir de este segundo valor establecido Tf,
la función escalera mencionada del algoritmo del valor de umbral
máximo E tiene un trazado constante hasta alcanzar un tercer valor
establecido Tg, por encima del cual el valor de umbral máximo E
sigue nuevamente un trazado lineal ascendente.
En este caso, el tercer valor establecido Tg
mencionado para el valor de umbral máximo E es igual al valor
inicial establecido Tc para el valor de umbral mínimo D. Está claro,
sin embargo, que esto no es estrictamente necesario, de acuerdo con
la invención.
El propósito del valor de umbral máximo E
mencionado es evitar que la MTA se vuelva demasiado alta, lo que
resultaría en un enfriamiento insuficiente del aire, con la
consecuencia de que no se condensaría suficiente humedad como para
secar el aire.
De acuerdo con la invención, de manera
preferente, mientras el dispositivo 1 para secado en frío está en
funcionamiento, el valor de la MTA medido por los dispositivos de
medición 17 se compara continuamente en el mencionado dispositivo
de control 16 o se compara a ciertos intervalos, regulares o no, por
ejemplo, con una cierta frecuencia, con el valor de umbral mínimo D
y el valor de umbral máximo E mencionados.
Cuando la MTA del gas a secar cae temporalmente
por debajo del valor de umbral mínimo D, el mencionado dispositivo
de control 16 desconectará el circuito de refrigeración 4, apagando
el motor 5 que impulsa el compresor 6 del circuito de refrigeración
4, de modo que la temperatura en el vaporizador 3 mencionado se
eleva y esto aumentará la MTA otra vez.
Cuando la MTA medida se eleva por encima del
valor de umbral máximo E, el circuito de enfriamiento 4 se conecta
otra vez, en la medida que el motor 5 que impulsa el compresor 6 de
este circuito de refrigeración 4 se enciende nuevamente, con el
resultado de que la temperatura en el vaporizador 3 disminuye y
también la MTA caen nuevamente.
En la medida en que el circuito de refrigeración
4 se enciende solamente cuando se necesita, un método de secado en
frío, de acuerdo con la invención, ayudará a economizar energía.
Conectando nuevamente el circuito de
refrigeración 4 en el momento apropiado, uno también se asegura de
que el intercambiador de calor 2 no se sobrecaliente, de modo que
cuando el suministro de aire comprimido enfrenta una carga
nuevamente, por ejemplo, después de una detención completa, no
pueden haber picos de temperatura y punto de rocío en el aire
comprimido que se extraiga.
Si se desea, pero no necesariamente, el circuito
de refrigeración 4 se puede apagar en este segundo modo de usuario
cuando el flujo de gas a secar observado por el medidor de flujo 19
a través de la tubería 10 mencionada es menor que un valor
predeterminado, pero, de acuerdo con la invención, también es
posible mantener el circuito de refrigeración 4 en funcionamiento
en caso de carga cero y/o carga parcial.
La figura 4 representa otra forma de realización
de un dispositivo 1, de acuerdo con la invención, en el que se
incorpora una tubería de by-pass 20 en el circuito
de refrigeración 4 sobre el compresor de refrigeración 6
mencionado, en el que se provee una válvula de derivación
(by-pass) convencional 21 con un cuerpo de válvula
impulsado por resorte a la posición abierta tan pronto como la
presión en la tubería de by-pass 20 cae por debajo
de determinado valor. La contrapresión con que el resorte empuja
dicho cuerpo de válvula a la posición abierta y, por lo tanto, la
presión mencionada, es ajustable.
\newpage
En serie con dicha válvula de derivación
(by-pass) 21, en particular, entre esta última y la
salida del compresor de refrigeración 6, se coloca otra válvula de
apertura/cierre 22, la cual consiste, por ejemplo, en una válvula
electromagnética.
Esta válvula de apertura/cierre 22 está
conectada al dispositivo de control 16 mediante un conductor
eléctrico 23 y está controlada por dicho dispositivo de control.
En este caso, el dispositivo de control 16 está
conectado mediante un conductor 24 al dispositivo de medición 25
para medir la temperatura del vaporizador, por ejemplo, un termopar
en el circuito de refrigeración 4, a la entrada del vaporizador 3
y, por lo tanto, entre este vaporizador 3 y el medio de expansión 8.
Se entiende aquí que la temperatura del vaporizador es la
temperatura del fluido refrigerante en el circuito de refrigeración
4 inmediatamente antes o después del vaporizador 3.
El dispositivo que se representa en la figura 4
incorpora también medios 26 para ajustar la velocidad de rotación
del motor 5, los cuales están conectados al mencionado dispositivo
de control 16 y que, en este caso, están hechos en la forma de un
transformador de frecuencia.
Enfrente del condensador 7 mencionado, en este
caso se incorpora un ventilador 27 para enfriar este último, el
cual está también conectado al dispositivo de control 16
mencionado.
El funcionamiento de dicha variante de un
dispositivo 1, de acuerdo con la invención, es muy simple y es como
sigue.
El funcionamiento de esta forma de realización
del dispositivo 1 en el primer modo de usuario es prácticamente
idéntico a la forma de realización precedente, puesto que también en
este caso, la MTA del gas a secar se mantiene siempre por encima
del valor mínimo A de la figura 2 apagando el circuito de
refrigeración 4 en los momentos apropiados.
El motor impulsor 5 del compresor de
refrigeración 6 también se enciende nuevamente tan pronto como la
MTA medida por los dispositivos de medición 17 alcanza un valor de
umbral tope B, el cual se puede calcular en el dispositivo de
control 16, por ejemplo, por medio de un algoritmo que es función de
la temperatura ambiente.
El medidor de flujo 19 también asegura en este
caso que se apague el circuito de refrigeración 4 en caso de carga
cero o carga parcial restringida, con el fin de economizar
energía.
Gracias a la presencia del mencionado
by-pass 20 sobre el compresor 6, es posible un
control adicional.
La temperatura del vaporizador, medida por los
dispositivos de medición 25, tiene en este caso un valor de
referencia, por ejemplo, un valor establecido hacia el que el
dispositivo de control 16 trata de dirigir la temperatura del
vaporizador efectivamente medida, con dicho valor de referencia
situado unos pocos grados por debajo de la MTA necesaria.
La apertura o no del by-pass 20
está determinada inicialmente por la válvula de apertura/cierre 22,
la cual está controlada por el dispositivo de control 16.
Cuando la temperatura del vaporizador es
considerablemente más baja que el valor de referencia mencionado,
por ejemplo, si se desvía más de 1,5ºC de esta última, la válvula de
apertura/cierre 22 se abre por acción del dispositivo de control
16.
Una vez que la válvula de apertura/cierre 22 ha
abierto el by-pass, la válvula de derivación
(by-pass) 21 es la que determina cuándo el
by-pass 20 estará efectivamente abierto.
La válvula de derivación
(by-pass) 21 ya no cerrará el
by-pass 20 tan pronto como la temperatura del
vaporizador a su salida, por ejemplo, dentro del
by-pass 20 en el lado de entrada del compresor 6,
caiga por debajo de cierto valor, como resultado de esto, los gases
calientes del compresor 6 podrán fluir a través del
by-pass 20 y la presión en el vaporizador no seguirá
cayendo.
La válvula de derivación
(by-pass) 21 y la presión establecida a la que el
resorte ya no mantendrá cerrada esta última, se seleccionan de modo
que la válvula de derivación (by-pass) 21 esté
cerrada en condiciones nominales de funcionamiento del circuito de
refrigeración 4, pero dicha válvula de derivación
(by-pass) 21 se abre en caso de carga parcial o
carga cero, de modo que la presión del vaporizador se mantiene en un
mínimo, y de modo que la temperatura del vaporizador que está
relacionada con la presión del fluido refrigerante en el
vaporizador, después del vaporizador 3, sea por lo menos 0ºC, a fin
de prevenir la formación de hielo en el vaporizador 3.
La apertura de la válvula de derivación
(by-pass) puede causar una nueva elevación de la
MTA.
Cuando la temperatura del vaporizador medida por
los dispositivos de medición 25 se ha acercado lo suficiente al
valor de referencia mencionado, por ejemplo, a menos de 0,5ºC, la
válvula de apertura/cierre 22 se cierra nuevamente.
En el segundo modo de usuario de esta forma de
realización del dispositivo 1, de acuerdo con la invención, para
secado en frío, como se representa en la figura 5, la mínima
temperatura del aire MTA se mantiene dentro de un cierto rango y se
ajusta a un valor de MTA deseado, el que se representa en la curva F
y que puede calcularse, por ejemplo, sobre la base de un algoritmo
que es función de la temperatura ambiente.
En este caso, la curva mencionada tiene un valor
constante hasta un primer valor establecido Th de temperatura
ambiente Tamb, y se elevará linealmente a mayores temperaturas
ambiente, pero ni es necesario decir que puede tener cualquier otro
curso que sea necesario para prevenir la congelación del vaporizador
3 y también permitir la formación y separación de la
condensación.
El dispositivo de control 16 comparará
continuamente la mínima temperatura del aire medida MTA del gas a
secar, o a intervalos regulares o no, con el valor necesario de MTA,
y posteriormente ajustará la velocidad de rotación del mencionado
motor 5 mediante el transformador de frecuencia mencionado, a fin de
ajustar la MTA efectiva a la MTA calculada.
Para elevar la mínima temperatura del aire, la
velocidad de rotación del motor 5 se debe reducir mediante el
transformador de frecuencia, mientras que una disminución en la
mínima temperatura del aire se puede obtener aumentando la
velocidad de rotación del motor 5 y, por lo tanto, del compresor
6.
Gracias a la presencia del
by-pass 20, equipado con la válvula de derivación
(by-pass) 21 y la válvula de apertura/cierre 22 por
un lado, y al compresor 6 con velocidad de rotación ajustable por
otro, no solo se reduce fuertemente la cantidad de veces que el
motor 5 se detiene y arranca, sino que se obtiene un comportamiento
dinámico altamente mejorado.
En esta forma de realización del dispositivo 1,
el dispositivo de control 16 puede controlar también el mencionado
ventilador 27 para el enfriamiento del condensador 7, por ejemplo,
sobre la base de mediciones de la temperatura del condensador, con
el resultado de que esta temperatura se pueda mantener tan baja y
tan constante como sea posible.
Naturalmente, el ventilador mencionado se puede
encender o apagar en base a otros criterios como, por ejemplo, en
función del caudal de gas a secar que fluye a través de la parte
secundaria del intercambiador de calor 2.
En cada una de las mencionadas formas de
realización de un dispositivo 1, de acuerdo con la invención, el
dispositivo de control 16 se hace preferiblemente de modo que, cada
vez que el compresor 6 se enciende en el primer o segundo modo de
usuario, se debe mantener en funcionamiento durante un cierto
intervalo de tiempo, en tanto este intervalo de tiempo depende de
las características del motor 5 y del compresor de refrigeración 6.
Se limita preferentemente la cantidad de veces por hora que se
enciende el motor 5, a fin de evitar sobrecargar el motor 5.
En una forma de realización preferida del
dispositivo 1, de acuerdo con la invención, cada vez que se
enciende el motor 5, se mantiene constante la frecuencia durante un
cierto intervalo de tiempo, por ejemplo, de 30 segundos,
preferentemente a unos 50 Hz.
Está claro que un dispositivo, de acuerdo con la
invención, no está restringido a una forma de realización en la que
se combine un ajuste de la velocidad de rotación del motor 5 con un
by-pass 20 y un ventilador controlado 27, sino que
un dispositivo 1, de acuerdo con la invención, puede tener solo una
o más de estas características.
En lugar de aire húmedo, se pueden secar otros
gases distintos del aire que contengan vapor de agua, de la misma
forma y con el mismo dispositivo. La MTA es entonces la mínima
temperatura del gas.
Claims (24)
1. Dispositivo para secado en frío, que
comprende un intercambiador de calor (2) cuya parte primaria es el
vaporizador (3) de un circuito de enfriamiento (4), el cual también
comprende un compresor (6) impulsado por un motor (5), un
condensador (7), un medio de expansión (8) entre la salida del
condensador (7) y la entrada del vaporizador (3), un dispositivo de
control (16) para controlar el motor antes mencionado (5) y
dispositivos de medición acoplados a ellos, mientras que la parte
secundaria del intercambiador de calor (2) es parte de una tubería
(10) para el gas a secar, de modo que se coloca en esta tubería (10)
un separador de líquido (12) a la salida de la parte secundaria del
intercambiador de calor (2), caracterizado porque el
dispositivo de medición mencionado está hecho, como mínimo, como
dispositivos de medición (17) para la mínima temperatura del aire
(MTA) o gas a secar, dispositivos de medición (18) para la
temperatura ambiente (Tamb) y un medidor de flujo (19) en la
tubería (10) para el gas a secar mencionada, y porque el dispositivo
de control (16) mencionado se puede conmutar, como mínimo, entre
dos modos de usuario, en particular, un primer modo de usuario en el
cual el circuito de enfriamiento (4) se activa solamente cuando el
flujo medido de gas a secar a través de la tubería (10) antes
mencionada supera un valor preestablecido, y en el cual el circuito
de enfriamiento (4) se apaga cada vez que la temperatura más baja
del aire (MTA) disminuye hasta un valor mínimo preestablecido, y
permanece apagado hasta que la temperatura más baja del aire (MTA)
haya alcanzado un cierto valor tope (B), y un segundo modo de
usuario en el cual, mediante control del circuito de enfriamiento
(4), la temperatura más baja del aire medida (MTA) se mantiene
dentro de un cierto rango, el cual es una función de la temperatura
ambiente (Tamb).
2. Dispositivo, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el mencionado dispositivo de control
(16) se hace de modo que, en el primer modo de usuario, el
mencionado valor mínimo predeterminado (A) es una constante.
3. Dispositivo, según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el mencionado dispositivo de control
(16) se hace de modo que, en el primer modo de usuario, el
mencionado valor mínimo predeterminado (A) es prácticamente igual a
1º Celsius.
4. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
mencionado dispositivo de control (16) está provisto de un
algoritmo como una función de la temperatura ambiente (Tamb), y en
base a la cual se calcula el mencionado valor tope (B) de la
temperatura más baja del aire (LAT) en el primer modo de
usuario.
5. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
mencionado dispositivo de control (16) se conecta a los medios de
señalización que indican cuándo la mínima temperatura del aire
(MTA) medida cae por debajo de un cierto valor de señal (C).
6. Dispositivo, según la reivindicación 5,
caracterizado porque los mencionados medios de señalización
se hacen en la forma de un LED, una luz intermitente, un parlante o
cualquier otro medio de señalización, o una combinación de
estos.
7. Dispositivo, según la reivindicación 5 ó 6,
caracterizado porque el mencionado dispositivo de control
(16) está provisto de un algoritmo como función de la temperatura
ambiente (Tamb) medida para calcular el mencionado valor de señal
(C).
8. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque el mencionado
algoritmo para calcular el mencionado valor de señal (C) se forma
con una función que es constante hasta un cierto valor
preestablecido (Tb) de la temperatura ambiente (Tamb) y que tiene un
comportamiento ascendente casi lineal a temperaturas ambiente más
altas (Tamb).
9. Dispositivo, según la reivindicación 8,
caracterizado porque el curso de la función lineal ascendente
del mencionado valor de señal (C) se sitúa a un valor constante por
debajo de la temperatura ambiente (Tamb).
10. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
mencionado dispositivo de control (16) está hecho de modo que, en
el segundo modo de usuario, el circuito de refrigeración (4) se
controla encendiendo y apagando el mencionado motor (5), a fin de
mantener la mínima temperatura del aire (LAT) del gas a secar entre
un valor máximo y un mínimo preestablecidos (D, E respectivamente),
y de modo que el dispositivo de control (16) está provisto de
algoritmos como una función de la temperatura ambiente medida
(Tamb) para calcular estos valores de umbral (D y E).
11. Dispositivo, según la reivindicación 10,
caracterizado porque el dispositivo de control (16) está
hecho de modo que, en el segundo modo de usuario, el circuito de
refrigeración (4) sólo es activado cuando un cierto flujo mínimo
preestablecido de gas a secar fluye a través de la parte secundaria
del intercambiador de calor (2).
12. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque está provisto de
medios (26) para ajustar la temperatura de rotación del motor (5),
que se conectan con el mencionado dispositivo de control (16).
13. Dispositivo, según la reivindicación 12,
caracterizado porque los mencionados medios (26) para ajustar
la velocidad de rotación del motor (5) consisten en un
transformador de frecuencia.
14. Dispositivo, según la reivindicación 12 ó
13, caracterizado porque el mencionado dispositivo de control
(16) está provisto de un algoritmo como una función de la
temperatura ambiente (Tamb) para calcular la mínima temperatura del
aire requerida, y porque el dispositivo de control (16) está hecho
de modo que, en el segundo modo de usuario, el circuito de
refrigeración (4) es controlado midiendo la MTA y comparando este
valor medido de MTA con el valor de MTA requerido, y ajustando
posteriormente la velocidad de rotación del mencionado motor (5), a
fin de ajustar la MTA real a la MTA calculada.
15. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está
provisto de un ventilador (27) para enfriar el mencionado
condensador (7) y porque este ventilador (27) está conectado al
mencionado dispositivo de control (16).
16. Dispositivo, según la reivindicación 15,
caracterizado porque el dispositivo de control mencionado,
adicionalmente consiste en dispositivos de medición para la
temperatura del condensador.
17. Dispositivo, según la reivindicación 15 ó
16, caracterizado porque el mencionado dispositivo de control
(16) está hecho de modo que controla el mencionado ventilador (27)
como una función del flujo de gas a secar que fluye a través de la
parte secundaria del intercambiador de calor (2) y/o como una
función de la temperatura del condensador.
18. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
mencionado compresor (6) es puenteado mediante un
by-pass (20) que comprende una válvula de derivación
(by-pass) (21) y una válvula de apertura/cierre
(22).
19. Dispositivo, según la reivindicación 18,
caracterizado porque la mencionada válvula de apertura/cierre
(22) se conecta con el mencionado dispositivo de control (16).
20. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
mencionado dispositivo de control (16) está hecho de modo que la
mencionada válvula de apertura/cierre (22) se abre cuando la
temperatura del vaporizador es considerablemente más baja que un
valor de referencia y se vuelve a cerrar cuando se vuelve a
aproximar a este punto determinado.
21. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
mencionados dispositivos de medición (17) para la mínima
temperatura del aire (MTA) están dispuestos en la mencionada tubería
(10) para el gas a secar, después de la parte secundaria del
intercambiador de calor (2).
22. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
dispositivo de control (16) está hecho de modo que, cada vez que se
arranca el motor (5), se mantendrá en funcionamiento durante un
cierto intervalo de tiempo.
23. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
dispositivo de control (16) está hecho de modo que el número de
veces por hora que se arranca el motor (5) esté restringido.
24. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
mencionado dispositivo de control (16) está hecho de modo que, cada
vez que se arranca el motor (5), la frecuencia durante cierto
intervalo de tiempo se mantiene constante, de manera preferente a
aproximadamente 50 Hz.
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