Aplicaciones de refrigeración industrial con amoníaco y CO2

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Manual de aplicaciones
Aplicaciones de refrigeración
industrial con amoníaco y CO
2
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Manual de aplicaciones Aplicaciones de refrigeración industrial con amoníaco y CO
2
Prólogo Página
Prólogo ...........................................................................................................3
1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2. Controles del compresor ........................................................................................6
2.1 Control de la capacidad del compresor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2 Control de la temperatura de descarga con inyección de líquido...........................................10
2.3 Control de presión del cárter .............................................................................13
2.4 Control de la inversión del flujo...........................................................................14
2.5 Resumen ................................................................................................15
2.6 Documentos de referencia ...............................................................................16
3. Controles para condensadores..................................................................................17
3.1 Condensadores refrigerados por aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2 Condensadores evaporativos .............................................................................22
3.3 Condensadores refrigerados por agua.....................................................................25
3.4 Resumen ................................................................................................27
3.5 Documentos de referencia ...............................................................................27
4. Control del nivel del líquido ....................................................................................28
4.1 Sistema de control del nivel de líquido de alta presión (LLRS HP)...........................................28
4.2 Sistema de control del nivel de líquido de baja presión (LLRS LP)...........................................32
4.3 Resumen ................................................................................................36
4.4 Documentos de referencia ...............................................................................36
5. Controles de evaporadores .....................................................................................37
5.1 Control de expansión directa .............................................................................37
5.2 Control de circulación de líquido por bomba..............................................................42
5.3 Desescarche por gas caliente para enfriadores de aire DX..................................................45
5.4 Desescarche por gas caliente para enfriadores de aire con circulación de líquido bombeado................51
5.5 Conversión de multitemperatura .........................................................................54
5.6 Control de la temperatura del medio......................................................................55
5.7 Resumen ................................................................................................57
5.8 Documentos de referencia ...............................................................................58
6. Sistemas de aceite..............................................................................................59
6.1 Refrigeración de aceite...................................................................................59
6.2 Control de la presión diferencial de aceite.................................................................63
6.3 Sistema de recuperación de aceite........................................................................66
6.4 Resumen ................................................................................................68
6.5 Documentos de referencia ...............................................................................69
7. Sistemas de seguridad..........................................................................................70
7.1 Dispositivos de alivio de presión..........................................................................70
7.2 Dispositivos limitadores de presión y temperatura ........................................................74
7.3 Dispositivos de nivel de líquido...........................................................................75
7.4 Detectores de refrigerante................................................................................76
7.5 Resumen ................................................................................................78
7.6 Documentos de referencia ...............................................................................78
8. Controles de bombas de refrigerante ...........................................................................79
8.1 Protección de la bomba con control de presión diferencial ................................................79
8.2 Control de flujo con bypass de la bomba ..................................................................81
8.3 Control de presión de la bomba ..........................................................................82
8.4 Resumen ................................................................................................83
8.5 Documentos de referencia ...............................................................................83
9. Otras aplicaciones..............................................................................................84
9.1 Filtros secadores en sistemas fluorados ...................................................................84
9.2 Eliminación de agua en sistemas con amoníaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
9.3 Sistemas de purga de aire ................................................................................88
9.4 Sistema de recuperación de calor.........................................................................90
9.5 Documentos de referencia ...............................................................................92
10. Uso del CO en sistemas de refrigeración industrial.............................................................93
2
10.1 El CO como refrigerante.................................................................................94
2
10.2 El CO como refrigerante en sistemas industriales.........................................................95
2
10.3 Presión de diseño .......................................................................................97
10.4 Seguridad...............................................................................................99
10.5 Eficiencia...............................................................................................100
10.6 Aceite en los sistemas con CO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
2
10.7 Comparación de los requisitos de los componentes de los sistemas con CO, amoníaco y R-134a...........102
2
10.8 Agua en sistemas con CO ..............................................................................104
2
10.9 Eliminación de agua....................................................................................107
10.10 ¿Cómo se introduce el agua en un sistema de CO?.....................................................111
2
10.11 Aspectos diversos que deben tenerse en cuenta en los sistemas de refrigeración con CO ...............112
2
11. CO bombeado en sistemas de refrigeración industrial ........................................................115
2
12. Métodos de control para sistemas con CO ....................................................................125
2
13. Diseño de una instalación subcrítica con CO..................................................................126
2
13.1 Solución electrónica para el control del nivel de líquido..................................................126
13.2 Desescarche por gas caliente para enfriadores de aire con circulación de líquido bombeado..............127
13.2 Desescarche por gas caliente para enfriadores de aire con circulación de líquido bombeado..............128
14. Componentes Danfoss para CO subcrítico....................................................................129
2
15. Gama completa de productos de acero inoxidable ............................................................131
16. Apéndice ....................................................................................................133
16.1 Sistemas de refrigeración típicos........................................................................133
17. Controles ON/OFF y modulante ..............................................................................138
17.1 Control ON/OFF ........................................................................................139
17.2 Control modulante .....................................................................................140
Lista alfabética de documentos de referencia.....................................................................146
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Manual de aplicaciones Aplicaciones de refrigeración industrial con amoníaco y CO
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Prólogo Este manual de aplicaciones está diseñado para Para el diseño final de una instalación es
utilizarse a modo de documento de referencia. necesario usar otras herramientas, como los
La finalidad del presente manual es aportar catálogos y el software de cálculo del fabricante
respuestas a las diversas preguntas referentes al (por ejemplo, el catálogo de Danfoss Industrial
control de los sistemas de refrigeración industrial. Refrigeration y el software DIRcalc).
Al dar respuesta a estas preguntas se presentan
los principios de los diversos métodos de control, DIRcalc es el software de cálculo y selección
seguidos de ejemplos de control que incluyen de válvulas de Danfoss Industrial Refrigeration.
productos de Danfoss Industrial Refrigeration. DIRcalc puede obtenerse de forma completamente
Antes de elegir una determinada configuración, gratuita.
deben analizarse los aspectos relativos a la Contacte con su distribuidor local de Danfoss.
capacidad y las prestaciones y los parámetros
de funcionamiento de cada aplicación. No dude en ponerse en contacto con Danfoss si
No se muestran todas las válvulas; asimismo, los tiene cualquier pregunta sobre los métodos de
esquemas de las aplicaciones no deben utilizarse control, aplicaciones y controles descritos en este
con fines de construcción. manual de aplicaciones.
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1. Introducción Sistema de refrigeración con bomba de circulación
2
0
_
Compresor 15
DanfossTapp_0010-2012
Separador
de aceite
Enfriador
de aceite Condensador
Recipiente
Válvula de
expansión 1
Separador de
líquido
Bomba de
refrigerante
Evaporador
Vapor de refrigerante, HP Vapor de refrigerante, LP
Refrigerante líquido, HP Refrigerante líquido, LP
Mezcla de líquido/vapor de refrigerante Aceite
À Á
Control del compresor Control del aceite
¿Por qué? ¿Por qué?
– Primario: para controlar la presión de – Para mantener la temperatura y la presión del
aspiración. aceite en unos valores óptimos con el fin de
garantizar el funcionamiento fiable del compresor.
– Secundario: funcionamiento seguro del
compresor (arranque/parada, etc.).
¿Cómo?
¿Cómo? – Presión: mantenimiento y control del
diferencial de presión a través del compresor
– Control de la capacidad del compresor de
para la circulación de aceite y mantenimiento
acuerdo con la carga de refrigeración por
de la presión en el cárter (solo para compresores
medio de un bypass de gas caliente desde el
de pistón).
lado HP de vuelta al lado LP, un control por
etapas del compresor de tipo ON/OFF o el – Temperatura: bypass de parte del aceite con
control de la velocidad de giro del compresor. respecto al enfriador de aceite; control del flujo
de aire o agua de enfriamiento hacia el enfriador
– Instalación de una válvula de retención en la
de aceite.
línea de descarga con la finalidad de impedir
la inversión del flujo de refrigerante hacia el – Nivel: retorno del aceite en los sistemas con
compresor. amoníaco y los sistemas fluorados de baja
temperatura.
– M antenimiento de las presiones y temperaturas
en la entrada y salida del compresor dentro del
rango de funcionamiento.
4 DKRCI.PA.000.C6.05 / 520H1829 © Danfoss A/S (RC-MDP/MWA), 2014-10
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1. Introducción  Å
Control del condensador Control del sistema de evaporación
(continuación)
¿Por qué? ¿Por qué?

– Para mantener la presión de condensación por – Primario: para mantener una temperatura
encima del valor mínimo aceptable, con el fin constante del medio.
de garantizar un flujo adecuado a través de los
– Secundario: para optimizar el funcionamiento
dispositivos de expansión.
de los evaporadores.

– Para asegurar la correcta distribución del
– E n sistemas de expansión directa: para garantizar
refrigerante en el sistema.
que el refrigerante líquido de los evaporadores
no entre en la línea de aspiración del compresor.
¿Cómo?

– Funcionamiento de tipo ON/OFF o control ¿Cómo?

de la velocidad de los ventiladores del
– Cambio del caudal de refrigerante que entra en
condensador, control del flujo de agua de
los evaporadores en función de la demanda.
refrigeración o inundación completa de los
condensadores con refrigerante líquido. – Desescarche de los evaporadores.
à Æ
Control del nivel de líquido Sistemas de seguridad
¿Por qué? ¿Por qué?

– Para conseguir un flujo correcto de refrigerante – Para evitar una presión excesiva en los
líquido desde el lado de alta presión hacia el lado recipientes.

de baja presión, de acuerdo con la demanda real.
– Para proteger el compresor de daños
– Para garantizar un funcionamiento seguro y producidos por golpes de ariete, sobrecargas,
fiable de los dispositivos de expansión. escasez de aceite, altas temperaturas, etc.

– Para proteger la bomba contra daños
¿Cómo?
producidos por cavitación.
– Control del grado de apertura del dispositivo
de expansión de acuerdo con el cambio del ¿Cómo?

nivel de líquido.
– Instalación de una válvula de seguridad en los
recipientes y en otros lugares necesarios.

– Desconexión del compresor y la bomba, si la
Ä presión de entrada/salida o el diferencial está
Control de la bomba de refrigerante
fuera del rango admisible.

¿Por qué? – Desconexión del sistema o de parte de este si

el nivel en el separador de líquido o el recipiente
– Para mantener en funcionamiento la bomba
supera el valor admisible.
sin problemas, con un flujo a través de ella que
esté dentro del rango de funcionamiento
admisible.

– Para mantener una presión diferencial constante
a través de la bomba en algunos sistemas.
¿Cómo?

– Diseño de un circuito de bypass, de forma que
el flujo pueda mantenerse por encima del valor
mínimo admisible.

– D esconexión de la bomba si no puede alcanzarse
el valor de presión diferencial necesario.

– Instalación de una válvula de regulación de
presión.
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2. Controles del El compresor es el “corazón” del sistema de compresor es mayor que la demanda, la presión
compresor refrigeración. Tiene dos funciones básicas: y la temperatura de evaporación serán más bajas
1. M antener la presión en el evaporador, de que las requeridas y viceversa.
modo que el refrigerante líquido pueda
evaporarse a la temperatura requerida. Además, no debe permitirse que el compresor
2. C omprimir el refrigerante para poder trabaje fuera del rango admisible de temperatura
condensarlo a una temperatura normal. y presión, con el fin de optimizar sus condiciones
de funcionamiento.
Por lo tanto, la función básica del control del
compresor es ajustar la capacidad de este a la
demanda real del sistema de refrigeración, de
forma que pueda mantenerse la temperatura
de evaporación requerida. Si la capacidad del
2.1 En los sistemas de refrigeración, el compresor 3. Control de velocidad variable.
Control de la capacidad del normalmente se selecciona de forma que pueda El control de velocidad variable es una solución
compresor satisfacer la carga de enfriamiento más alta eficiente que puede aplicarse a todo tipo de
posible. Sin embargo, la carga de enfriamiento compresores. Puede utilizarse un motor eléctrico
durante el funcionamiento normal es generalmente de dos velocidades o un convertidor de frecuencia
más baja que la carga de diseño. Esto significa para variar la velocidad del compresor. El motor
que siempre debe controlarse la capacidad del eléctrico de dos velocidades controla la capacidad
compresor, de manera que coincida con la carga del compresor, funcionando a alta velocidad
térmica real. Existen varias maneras comunes de cuando la carga térmica es alta (por ejemplo, en
controlar la capacidad del compresor: un período de enfriamiento) y a baja velocidad
cuando la carga térmica es baja (por ejemplo,
1. Control por etapas. durante un período de almacenamiento). El
Esto conlleva la descarga de los cilindros de un convertidor de frecuencia puede variar la
compresor de varios cilindros, la apertura y el velocidad de giro continuamente para satisfacer
cierre de las conexiones de aspiración de un la demanda real. El convertidor de frecuencia
compresor de tornillo o el arranque o la parada observa límites de velocidad máxima y mínima,
de algunos compresores en un sistema de varios control de presión y temperatura y protección
compresores. Este sistema es simple y cómodo. del motor del compresor, además de límites de
Además, la eficiencia disminuye muy poco en corriente y par. Los convertidores de frecuencia
condiciones de carga parcial. Es especialmente aseguran una corriente de arranque baja.
recomendable para sistemas con varios
compresores alternativos de varios cilindros. 4. Bypass de gas caliente.
Esta solución se aplica a compresores con
2. Control mediante válvula corrediza. capacidades fijas y es más típica en la refrigeración
El dispositivo más usado para controlar la capacidad comercial. Para controlar la capacidad de
de un compresor de tornillo es la válvula corrediza. refrigeración, parte del flujo de gas caliente de
La válvula corrediza accionada por aceite permite la línea de descarga se deriva hacia el circuito de
separar parte del gas de aspiración para evitar su baja presión. Esto ayuda a reducir la capacidad de
compresión. Esta válvula permite una modulación refrigeración de dos maneras: disminuyendo el
uniforme y continua de la capacidad desde el 100 suministro de refrigerante líquido y liberando
hasta el 10 %, aunque la eficiencia disminuye en una cierta cantidad de calor en el circuito de
condiciones de carga parcial. baja presión.
6 DKRCI.PA.000.C6.05 / 520H1829 © Danfoss A/S (RC-MDP/MWA), 2014-10
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Ejemplo de aplicación 2.1.1:
Control por etapas de la
capacidad del compresor
Desde el
Al
separador
condensador
de líquido/
evaporador
Separador de
aceite
Vapor de refrigerante, HP
Vapor de refrigerante, LP
Aceite
Danfoss
À Tapp_0016
Controlador de etapas 10-2012 Compresor de pistón
Á
Transmisor de presión
La solución de control por etapas de la capacidad Fuera de la zona neutra (en las áreas sombreadas
del compresor puede conseguirse usando un “zona +” y “zona -”), se producirá carga/descarga
controlador de etapas EKC 331 À. El EKC 331 es cuando la presión medida se desvíe fuera de los
un controlador de cuatro etapas con hasta cuatro ajustes de dicha zona.
relés de salida. Controla la carga/descarga de los
compresores/pistones o el motor eléctrico del Si el control se produce fuera del área sombreada
compresor en función de la señal de presión de (“zona ++” y “zona --”), los cambios de la capacidad
aspiración del transmisor de presión AKS 33 Á o de conexión ocurrirán de forma más rápida que
AKS 32R. El EKC 331, basado en un control de zona en el área sombreada.
neutra, puede controlar un sistema con hasta cuatro
etapas de compresores de iguales características Para obtener más información, consulte el
o, alternativamente, dos compresores de capacidad manual del controlador EKC 331(T) de Danfoss.
controlada (cada uno con su válvula de descarga).
La versión EKC 331T puede aceptar la señal de Zona
un sensor de temperatura PT 1000, que puede Zona
resultar necesario para sistemas secundarios.
REF
Control de zona neutra Zona
La zona neutra se fija alrededor del valor de Zona
referencia, de tal forma que en ella no se produce
carga/descarga. Cap.
Datos técnicos
Transmisor de presión AKS 33 Transmisor de presión AKS 32R
Refrigerantes Todos los refrigerantes, incluido el R-717 Todos los refrigerantes, incluido el R-717
Rango de funcionamiento [bar] De -1 a 34 De -1 a 34
Presión de trabajo máx., PB [bar] 55 (según el rango de funcionamiento) 60 (según el rango de funcionamiento)
Rango de temp. de funcionamiento [°C] De -40 a 85
Rango de temp. compensada [°C] LP: de -30 a +40/HP: de 0 a +80
Señal de salida nominal De 4 a 20 mA Del 10 al 90 % del suministro de tensión
Transmisor de presión AKS 3000 Transmisor de presión AKS 32
Refrigerantes Todos los refrigerantes, incluido el R-717 Todos los refrigerantes, incluido el R-717
Rango de funcionamiento [bar] De 0 a 60 (según el rango) De -1 a 39 (según el rango)
Presión de trabajo máx., PB [bar] 100 (según el rango de funcionamiento) 60 (según el rango de funcionamiento)
Rango de temp. de funcionamiento [°C] De -40 a 80 De -40 a 85
No se muestran todas las válvulas. Rango de temp. compensada [°C] LP: de -30 a +40/HP: de 0 a +80 LP: de -30 a +40/HP: de 0 a +80
La información no debe utilizarse con
Señal de salida nominal De 4 a 20 mA De 1 a 5 V o de 0 a 10 V
fines de construcción.
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Ejemplo de aplicación 2.1.2:
Control de capacidad del
cdoem gapsr ecsaolire mnteediante bypass DanfossTapp_001710-2012 Compresor Al
Separador condensador
de aceite
Vapor de refrigerante, HP
Refrigerante líquido, HP
Vapor de refrigerante, LP
Refrigerante líquido, LP
Aceite
À
Válvula de cierre
Á Desde el recipiente
Regulador de capacidad
Evaporador
Â
Válvula de cierre
El bypass de gas caliente puede utilizarse para controlada por la presión de salida, abre la válvula
controlar la capacidad de refrigeración de ICS e incrementa el flujo de gas caliente cuando
compresores con capacidades fijas. La válvula la presión de aspiración es inferior al valor de
servoaccionada pilotada ICS Á con una válvula ajuste seleccionado. De esta manera, la presión
piloto CVC se usa para controlar el flujo del de aspiración antes del compresor se mantiene
bypass de gas caliente en función de la presión constante y la capacidad de refrigeración satisface
en la línea de aspiración. La válvula piloto CVC, las necesidades reales de carga de enfriamiento.
Datos técnicos Válvula servoaccionada pilotada ICS
Material Cuerpo: acero para bajas temperaturas
Refrigerantes Todos los refrigerantes comunes, incluidos el R-717 y el R-744
Rango de temp. del medio [°C] De -60 a +120
Presión de trabajo máx. [bar] 52
DN [mm] De 20 a 150
Válvula piloto CVC, LP
Refrigerantes Todos los refrigerantes comunes
Rango de temp. del medio [°C] De -50 a 120
Presión de trabajo máx. [bar] Lado de alta presión: 28
Lado de baja presión: 17
Rango de presión [bar] De -0,45 a 7
Valor K [m3/h] 0,2
v
Válvula piloto CVC (XP)
Refrigerantes Todos los refrigerantes comunes
Rango de temp. del medio [°C] De -50 a 120
Presión de trabajo máx. [bar] Lado de alta presión: 52
Lado de baja presión: 28
No se muestran todas las válvulas.
Rango de presión [bar] De 4 a 28
La información no debe utilizarse con
fines de construcción. Valor Kv [m3/h] 0,2
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