Refrigeración activa y pasiva

Hydren Refrigeración industrial, industrial refrigeration, chiller, intercambiador de calor, heat exchangerEn todo sistema industrial podríamos encontrar dos maneras de enfriar los
fRefrigeración industrial, industrial refrigeration, chiller, intercambiador de calor, heat exchangerluidos: por refrigeración activa y pasiva.

La refrigeración pasiva comprende aquellos sistemas de enfriamiento que no incorporan ningún elemento activo en la refrigeración y a los cuales podríamos definir como “unidades de intercambio de calor”. Esta solución se puede proponer si el usuario dispone de un suministro propio de agua.

Tal es el caso de torres de refrigeración o depósitos de gran volumen que permiten una disipación pasiva (espontánea) del calor por las paredes del mismo. En este caso solo se instala un intercambiador de calor que podría ser tubular o de placas. Se dice que es pasivo porque la disipación de calor, tanto en el intercambiador como en el depósito, ocurre sin efectuar ningún trabajo.

La refrigeración activa requiere efectuar un trabajo para extraer la energía en forma de calor del sistema y por ello es necesaria la instalación de refrigeradores o Chillers.

Todo sistema de refrigeración activa consiste en un circuito cerrado de gas refrigerante (normalmente R407c o R134a) con los siguientes componentes indispensables:Hydren Refrigeración industrial, industrial refrigeration, chiller, intercambiador de calor, heat exchanger(1) Compresor:  Permite elevar la presión del refrigerante hasta alcanzar una presión sobre los 12 Bar y una temperatura sobre 70ºC.

(2) Condensador: Encargado de disminuir la temperatura del gas a alta presión y enfriarlo mediante aire o agua hasta licuarlo parcialmente a presión constante.

(3) Dispositivo de expansión: Podría ser un tubo capilar o una válvula de expansión: el líquido a mediana temperatura se expande drásticamente bajando su presión y por lo tanto su temperatura. A su vez inyecta el gas licuado y enfriado hacia el evaporador.

(4) Evaporador: Donde se produce el intercambio térmico entre el fluido caliente (medio) que se quiere refrigerar y el gas licuado y frio a baja temperatura que circula por su interior.

Una vez que el fluido a refrigerar ha cedido sus calorías al evaporador, es impulsado por el circuito hidráulico del chiller, que normalmente comprende un depósito (7) y una bomba de impulsión (5) para finalmente refrigerar la máquina del cliente, al que normalmente se le denomina  “consumidor“ (6)

Refrigeración activa y pasiva en la práctica:

El siguiente diagrama muestra un sistema de refrigeración activa y pasiva en una misma aplicación de agua para un centro de mecanizado de una máquina herramienta.

En este caso la bomba dHydren Refrigeración industrial, industrial refrigeration, chiller, intercambiador de calor, heat exchangerel chiller envía una parte del agua refrigerada desde su depósito hacia el cabezal de la máquina herramienta para evitar su recalentamiento, y la otra parte del agua circula por un intercambiador de calor para refrigerar de forma pasiva el depósito del aceite de corte.

El fluido de corte debe mantener una temperatura controlada en su ida hacia el lugar del mecanizado para que el trabajo se realice sin variaciones fuertes de temperatura, minimizando de esta manera las tolerancias de especificación de las piezas que mecaniza.

Normalmente se utiliza taladrina o aceites específicos de corte. Su función, aparte de refrigerar, es la de remover de forma constante la escoria producto del mecanizado. El fluido caliente es filtrado y dirigido de vuelta al depósito por gravedad.

Existen muchos otros recursos para hacer que las variaciones de temperatura se minimicen y se traduzcan un mayor control del proceso, como la válvula by-pass de gas caliente (descrito en otro artículo de este blog), instalar una termo válvula reguladora de caudal, o refrigerar con un set-point dinámico o en función de la temperatura ambiente (ambiente tracking)

Hydren le ofrece el cálculo, soporte y suministro de chillers industriales, intercambiadores de calor y válvulas. Contáctenos para más información.

Bypass de gas caliente (HGBP) en circuitos de refrigeración

Bypass de gas caliente (HGBP)-refrigeración industrialLa HGBP o bypass de gas caliente es una válvula autorregulable que se instala entre la línea de descarga del compresor (gas caliente a alta presión) y la línea de baja presión.

La regulación y el control de la refrigeración en los procesos industriales no siempre es estándar, ya que con frecuencia cada aplicación demanda comportamientos del sistema más singulares y adaptados a cada caso.

Cuando estas fluctuaciones de demanda son frecuentes, los ciclos del compresor se incrementan y se hace inestable todo el proceso.

Un circuito de refrigeración básico en un refrigerador de fluidos, funcionará siempre bajo la demanda del sistema al cual refrigera (normalmente llamado consumidor). Cuando la carga térmica disminuye (el consumidor no demanda la carga térmica de diseño) la temperatura de evaporación se reduce y el compresor se detiene, hasta que la temperatura del fluido sobrepasa la temperatura de servicio, y entonces arrancará de nuevo.

¿Qué hacer si necesitamos mantener todo el fluido a una temperatura lo más exacta posible?

Un operario estaría tentado a reducir la histéresis, por ejemplo a +/-o.5K o +/-o.2K, pero esto implica que el compresor haga ciclos más cortos y podría recalentarse, parando la máquina. La otra opción sería instalar una válvula bypass de gas caliente, abreviada por sus siglas en inglés HGBP.

La HGBP es una válvula autorregulable que se instala entre la línea de descarga del compresor (gas caliente a alta presión) y la línea de baja presión. De esta forma mantiene el compresor ejecutando un trabajo de compresión más estable, mientras el evaporador satisface al consumidor con una potencia variable, pero ajustada a la demanda real en todo momento. Este gas caliente inyectado previene también la formación de hielo en el evaporador.

Hot-gas bypass HGBP

 

La ejecución del bypass de gas caliente cobra sentido cuando la carga térmica disminuye. No obstante, la conveniencia de su instalación debe ser cuidadosamente estudiada:

Ventajas:

  • Puede estabilizar una temperatura de servicio de agua, aceite o emulsión hasta una histéresis de +/-o.2K haciendo el proceso industrial más exacto, minimizando las variaciones e incrementado la fiabilidad del proceso industrial.
  • Aunque el compresor trabaje más horas, los ciclos serán más largos y continuos, con menos ciclos, incrementando la vida útil del compresor.

Desventajas:

  • Reduce la eficiencia global del circuito ya que se ‘bypasea’ un porcentaje del trabajo realizado, es decir, no se utiliza cierto porcentaje vapor en el proceso de refrigeración.
  • Se incrementa el costo de operación, se consume más energía porque es forzado a trabajar más de lo necesario.
  • Se complica un poco más el circuito al instalar una línea adicional susceptible a fugas y se agrega un elemento al sistema que debe ser calibrado, ajustado y mantenido periódicamente.

Es cierto que instalar una HGBP reduciría la eficiencia energética, pero no es menos cierto que incrementaría la fiabilidad del proceso productivo real. Quedaría en manos de la ingeniería industrial la decisión, tomando en cuenta el impacto al medio ambiente y al presupuesto de producción.

¿Ha requerido en su proceso industrial de la instalación de soluciones específicas de refrigeración? En HYDREN podemos asesorarle sobre la conveniencia de incluir una HGBP en un equipo de refrigeración. No dude en consultarnos y con gusto le atenderemos.

Trabajo, Calor y Refrigeración Industrial

Hydren Refrigeración Industrial

Para nadie es un secreto que al efectuar cualquier trabajo siempre se genera calor, ya que una parte de la energía que se utiliza para efectuar dicho trabajo siempre se disipa térmicamente hacia el exterior, en mayor o menor medida, dependiendo de la eficiencia del sistema.

Un ejemplo de esto, podría ser el recalentamiento de un motor eléctrico o de un fluido hidráulico circulando por tuberías, entrando y saliendo de válvulas de control y calentándose por fricción.

Lo que no todo el mundo conoce, es que esta energía en forma calor debe ser controlada a través de sistemas de enfriamiento o refrigeración. De no hacerlo, los componentes involucrados se degradan, funden o pierden eficiencia, al punto de que el sistema al cual pertenecen podría colapsar, con cuantiosas pérdidas económicas.

En el ámbito de la ingeniería industrial se suele medir la calidad de un proceso en función de la variabilidad del mismo. Por eso mantener una temperatura estable en un proceso industrial, independientemente de la demanda de trabajo, se hace cada vez más necesario.

Para lograr un control eficiente de la temperatura en los circuitos oleohidráulicos, se debe tomar en cuenta dos aspectos:

Conocer los límites de funcionamiento del sistema:

En un circuito oleohidráulico el aceite debe mantener en un rango de temperatura óptima para asegurar un perfecto funcionamiento de los elementos que en él se encuentran y así maximizar su vida útil.

Por una parte, el exceso de temperatura degradaría o cambiaría  las  características físicas del aceite mineral o sintético (como su densidad) haciendo que el poder lubrificante disminuya, con devastadoras consecuencias para bombas, cojinetes, cilindros o cualquier otro elemento del sistema. Igualmente, el calor dañaría las juntas, produciendo fugas.

Por el contrario, un descenso excesivo de la temperatura también podría hacer que el aceite utilizado aumente su densidad, incrementando el consumo eléctrico de las motobombas y las pérdidas de carga.

Asegurar la estabilidad en la temperatura:

Si el proceso involucra el mecanizado de piezas, en el cual se refrigera con fluidos de aceites de corte o emulsiones, el control de la temperatura es esencial, ya que la exactitud en la producción de las piezas dependerá de qué tan estable se mantenga el fluido de refrigeración.

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Conocer y maximizar un proceso en términos de producción y de calidad es labor de la ingeniería industrial. Un experto en sistemas de refrigeración industrial conoce bien los límites de funcionamiento de los componentes de un proceso,  y le recomendará el cálculo y la utilización de sistemas de refrigeración de la más alta calidad, adecuados para cada caso en particular.

Los sistemas de refrigeración industrial estándar por lo general  son autorregulables, sin embargo existen otros que cuentan con modificaciones especiales para garantizar una exactitud en la estabilidad de la temperatura, de los cuales hablaremos más adelante.

 Hydren calcula y suministra intecambiadores de calor de placas y tubulares, así como refrigeradores de agua, aceite y emulsiones, con bombas y evaporadores sumergidos.

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