La necesidad de proteger el medio ambiente hace evolucionar las instalaciones frigoríficas hacia el diseño de nuevos equipamientos:
- 1. Que contengan el mínimo de fluido necesario para obtener una potencia frigorífica, con el fin de limitar la producción de gases de efecto invernadero,
- 2. Que garanticen la ausencia de fugas,
- 3. Que consuman lo menos posible en energía,
- 4. Que utilicen una tecnología que se inscriba en el desarrollo sostenible.
Es el tener en cuenta estos objetivos lo que favorece la expansión de las instalaciones de enfriamiento indirecto.
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La instalación de enfriamiento indirecto se basa en la realización de una máquina de producción frigorífica simple y compacta, con poca carga en fluido refrigerante, destinada a enfriar un fluido auxiliar (llamado fluido portador de frío) que, puesto en circulación en un circuito hidráulico, alimenta en fluido frío los intercambiadores de los aparatos a enfriar.
Producción frigorífica
La producción frigorífica es pues centralizada y asegurada por un sistema enfriador de líquido. La tecnología utilizada varía según la potencia. Podemos encontrar circuitos frigoríficos con compresores de pistón, de tornillo, scroll, o centrífugos.
En los evaporadores, se usa el intercambiador multitubular o el intercambiador de placas que pueden ser alimentados bien en régimen inundado, bien en expansión seca.
Al nivel de la condensación, podemos encontrar el condensador de aire, el evaporativo o el condensador de agua asociado a una torre de enfriamiento o a un aerorefrigerante seco.
El fluido refrigerante suele ser un HFC (R404A, R 134a, R4 l OA), pero también el R 717.
La gama de enfriadores de líquido representada en la figura 6.84 utiliza muy poca carga de amoniaco: 13 kg de NHJ para 116 kW de potencia frigorífica, 20 kg de NHJ para 272 kW, etc.
La temperatura de evaporación es de -1 O oC a -15 oC en refrigeración y de -30 oC en congelación. En refrigeración, la temperatura inicial del refrigerante secundario es de -9 oC.
El fluido portador de frío
El circuito secundario está lleno de un fluido que pennanece líquido en las condiciones de funcionamiento y que, transportado por una bomba, circula hacia los intercambiadores asegurando el enfriamiento de las cámaras frías, armarios frigoríficos, etc.
Este fluido portador de frío, es elegido en función de sus cualidades de seguridad de uso y de respeto del medio ambiente.
También debe tener buenas cualidades termofisicas:
- Térmicas: fuerte calor específico y buen intercambio térmico, para tener el menor fluido posible en circulación.
- Químicas: neutro respecto a los componentes del circuito y estable en el tiempo.
- Fluídico: bajo volumen específico y baja viscosidad, para limitar el consumo de energía ligado a la circulación.
Entre los fluidos portadores (de frío o de calor), encontramos:
- El mono etileno glicol (MEG),
- El mono propínelo glicol (MPG),
- El álcali (solución amoniaco/agua), corrosivo y tóxico; es usado en el frío industrial con tuberías en acero inoxidable y manipulado por personas experimentadas,
- Los fluidos bifásicos: el dióxido de carbono (C02); mezcla de hielo y agua.
El circuito de distribución
Se diferencian dos tipos de circuito: el circuito de doble tubo o bitubo, y el circuito de tubo único o monotubo.
El circuito bitubo consiste en prolongar y hacer pasar dos tubos paralelos a proximidad de los intercambiadores, el tubo de ida cumple el papel de distribuidor y el tubo de retorno el de colector.
El circuito monotubo tiene un tubo que da una vuelta (bucle) pasando cerca de cada intercambiador; la alimentación y el retomo de cada intercambiador se lleva a cabo en el mismo tubo.
El circuito bitubo
Este circuito, muy conocido por los técnicos de la climatización, tiene dos bucles:
- Un bucle primario que alimenta el evaporador del enfriador de líquido a partir del colector de desacoplamiento (punto 2 de la figura 6.85)
- Un bucle secundario que sale del colector de desacoplamiento para alimentar al conjunto de los intercambiadores.
La image anterior muestra el principio de un circuito bitubo. Este circuito admite intercambiadores alimentados con caudal variable con una válvula de 3 vías (C), o intercambiadores ajustados para ''todo o nada" a partir de una electro-válvula (A y B).
Vemos 2 bombas por circuito (es lo mínimo): una en servicio y la otra en reserva para evitar la avería total del circuito.
El circuito primario es de caudal constante. Este caudal es adaptado en función de las exigencias del enfriador de líquido para obtener el mejor rendimiento posible.
El recipiente o colector de desacoplamiento ( que también tiene una función de mezcla) separa los circuitos primarios y secundarios, lo que permite tener caudales diferentes en t cada bucle.
El fluido secundario que llega del circuito primario y del secundario se mezcla en el colector de desacoplamiento. La temperatura de salida del circuito secundario hacia los intercambiadores terminales está en función del caudal.
Cuando el caudal del secundario aumenta, la temperatura de salida aumenta, y viceversa. De forma general, la temperatura de salida del secundario se sitúa l oC por encima de lamtemperatura de salida del circuito primario.
El ajuste de la instalación debe hacerse para garantizar la temperatura de salida del circuito secundario, pues es la condición para alimentar correctamente los intercambiadores y mantener las condiciones de conservación (temperatura e higrometría) en las zonas refrigeradas.
El circuito secundario acepta un caudal variable. En este caso, el caudal es adaptado a las necesidades de los intercambiadores y puede ser regulado en función de la demanda de frio.
Ello significa que es posible actuar en la velocidad de rotación de la bomba para ajustar su caudal, lo que procura una disminución del consumo energético. Así, es innecesario mantener el caudal nominal si las electro-válvulas El y E2 están cerradas.
Las extremidades de estos tubos son empalmadas entre ellas gracias a una válvula de diferencial de presión, formando así un bucle ida/vuelta a partir de la fuente de frío.
El circuito bitubo debe estar perfectamente equilibrado para garantizar una cepartición correcta del fluido secundario en cada intercambiador. Esta condición implica la presencia de una válvula de equilibrado en cada derivación del circuito.
El equilibrado de los circuitos hidráulicos es una operación delicada que debe ser realizada por un técnico especializado.
Si añadimos un intercambiador en un circuito bitubo, el equilibrado debe volver a hacerse, a veces para toda la instalación.
El vaso de expansión permite limitar la presión en el circuito del refrigerante secundario absorbiendo el aumento de volumen que resulta de un aumento de temperatura.
En efecto, un aumento de la temperatura del fluido secundario conlleva su dilatación y, como el circuito está lleno, el aumento del volumen se traduce por un fuerte aumento de la presión que puede deteriorar el circuito. Si existe una válvula de seguridad en el circuito, se abrirá y descargará al exterior lo que sobra de fluido secundario; la instalación estará así protegida. Sin embargo, cuando el fluido secundario se enfríe, su volumen no será lo suficiente para llenar el circuito, lo que provocará una disfunción de circulación.
El vaso de expansión cerrado con membrana aporta la solución a este problema, ya que limita la presión sin crear fugas.
El grifo de purga permite eliminar el aire del circuito hidráulico en el momento del llenado pero también después de su puesta en servicio cuando el fluido secundario libera el aire disuelto. A continuación, la purga sólo será necesaria en caso de apertura del circuito.
A partir de un circuito bitubo, se pueden alimentar los intercambiadores en constante, en regulación "todo o nada" o en regulación modulante.
También es posible alimentar un bucle de Tickelman permitiendo empalmar varios intercambiadores
Circuito monotubo
Este diseño comporta un circuito primario que alimenta directamente en fluido secundario el conjunto de los intercambiadores de la instalación. Así, cada derivación es en realidad un circuito secundario autónomo (llamado circuito dinámico).
Este tipo de circuito funciona con caudal constante para facilitar la regulación del enfriador de líquido y, en ese caso, el colector de desacoplamiento es inútil. Con esta configuración, el fluido secundario entra en el evaporador del enfriador a la temperatura de retomo que es la más elevada del circuito. Por esto, la diferencia de temperatura con el refrigerante está al B máximo, lo que optimiza el intercambio térmico del evaporador.
máximo, lo que optimiza el intercambio térmico del evaporador. El enfriador de líquido es regulado a partir de la temperatura de retomo del circuito primario, la regulación de potencia del compresor debe permitir mantener, sensiblemente ::s constante, la temperatura de salida del fluido secundario.
Cada aparato de frío ( o cada conjunto) es alimentado por una bomba. La regulación de la bomba se hace a partir de la temperatura del aparato de frío.
Para evitar las circulaciones en parásito durante las paradas de la bomba, la toma a nivel del circuito primario se hace abajo del sentido de circulación, y el arroje más arriba, a través de una válvula de retención.
Calentamiento del bucle
La observación del circuito monotubo nos enseña que el segundo intercambiador a la salida del bucle (E2) es alimentado con una parte del refrigerante secundario utilizado por el primer intercambiador.
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