Sistemas de Desescarche
Seguramente habrás observado cómo el compartimento de congelados de los frigorÃficos se cubre de escarcha y es necesario eliminarla cada cierto tiempo. Para ello se desconecta el frigorÃfico y se espera a que la escarcha se funda. ¿De dónde procede la escarcha? ¿Qué procedimientos se utilizan para el desescarchado en las instalaciones comerciales?
El aire que respiramos contiene vapor de agua. Para cuantificar este contenido se recurre al concepto de “humedad relativa”, que expresa —en tanto por ciento— el vapor de agua que contiene el aire respecto al total que puede contener. AsÃ, por ejemplo, una humedad relativa del 30% corresponde a un aire más bien seco, mientras que un aire con una humedad relativa del 90% es un aire muy cargado de humedad. Cuando el aire ya no puede contener más vapor de agua, se dice que está saturado, y su humedad relativa es del 100%.
La cantidad de vapor de agua que puede contener el aire disminuye con su temperatura: un aire frÃo puede contener menos humedad que un aire caliente. Por esa razón, si se enfrÃa lo suficiente una aire húmedo puede llegar a saturarse y soltar parte del agua que contiene. Puede observarse este fenómeno en los vidrios de las ventanas durante el invierno: el aire caliente del interior de la habitación se pone en contacto con la superficie frÃa del vidrio y se desprende de parte del vapor de agua, el cual se condensa en forma de finas gotas que empañan el vidrio.
Lo mismo sucede cuando el aire de la cámara frigorÃfica se pone en contacto con la superficie frÃa del evaporador. Si además la temperatura del evaporador es inferior a 0º C, la humedad se condensará en forma de escarcha, impidiendo una correcta transmisión de calor entre el aire y el fluido refrigerante. Se hace necesario, entonces, eliminar esta escarcha cada cierto tiempo, con el fin de evitar los inconvenientes que produce.
La frecuencia de los desescarches de los evaporadores dependerá de la velocidad con la que se acumule la escarcha en las aletas del evaporador, la cual depende de varios factores, como el tipo de género almacenado, temperatura de evaporación, etc.
Los desescarches pueden llevarse a cabo por varios procedimientos: el desescarche por parada, el desescarche por resistencias eléctricas, el desescarche por gas caliente y el desescarche por inversión de ciclo.
Las distintas secuencias que podemos encontrarnos en un desescarche ideal y en una instalación comercial-industrial son:
INICIO. Cerramos la electroválvula de lÃquido refrigerante para impedir la inyección de lÃquido refrigerante al evaporador, en caso de que exista, o paramos el compresor.
VACIADO. El compresor a su parada por baja presión aspira el refrigerante frio del evaporador y lo acumula en el depósito de lÃquido. Esta secuencia ahorra tiempo en el proceso de desescarche y por tanto energÃa y dinero.
APORTE DE CALOR. Durante esta secuencia se aporta el calor necesario para fundir el hielo del evaporador. Según el tipo de servicio los ventiladores del evaporador podrán estar en marcha o permanecer en paro.
DRENAJE DEL EVAPORADOR. Se elimina el lÃquido caliente acumulado durante el periodo anterior. En este periodo las presiones del evaporador y de la lÃnea de aspiración se igualan.
TIEMPO DE GOTEO. Este periodo se utiliza para que el agua gotee. Se produce además un enfriamiento del evaporador y se reduce el choque térmico
RETARDO DE LOS VENTILADORES. Se abre la electroválvula y se permite la entrada de lÃquido refrigerante en el evaporador. El periodo de tiempo que permanecen los ventiladores en paro, posibilita que se adhieran las gotas a la baterÃa y evita que estas se proyecten sobre el espacio refrigerado, de lo contrarÃo aumentarÃamos la higrometrÃa de la cámara.
El número de secuencias puede variar en función de la tipologÃa del desescarche.
Veamos ahora, con detalle, cada uno de los desescarches más utilizados en las instalaciones frigorÃficas y las particularidades de los mismos.
DESESCARCHE POR PARADA (circulación natural de aire)
El desescarche por libre circulación del aire dentro del espacio refrigerado solamente se recomienda en aquellos equipos en los cuales la temperatura ambiente en el interior de la cámara supera los 4ºC.
Este tipo de desescarche no consume energÃa durante el proceso, pero es ineficaz cuando las temperaturas ambiente interiores son inferiores a los 4ºC.
El proceso es como sigue:
Cerramos la electroválvula de lÃquido EV para asà interrumpir la inyección de lÃquido refrigerante al evaporador o, en instalaciones pequeñas con capilar, paramos el compresor.
Durante el proceso de desescarche los ventiladores permanecerán en funcionamiento salvo que el producto no esté embalado, ya que en este caso las gotas de agua proyectadas podrÃan dañar el producto.
Bien por tiempo o bien mediante una sonda situada en la baterÃa del evaporador, controlamos la finalización del desescarche. En ese mismo instante se alimenta eléctricamente la EV de lÃquido para permitir de nuevo la entrada de lÃquido refrigerante al evaporador o se pone en marcha la unidad motocondensadora.
DESESCARCHE POR RESISTENCIAS ELÉCTRICAS
En este caso, el desescarche se lleva a cabo por medio de unas resistencias eléctricas (17) que se encuentran insertadas en el evaporador. El inicio del desescarche se establece también en este caso por medio de un reloj (19) que marca el inicio y el final del mismo.
Los componentes que usualmente conforman este sistema de desescarche son los siguientes:
Resistencias eléctricas (17): Generalmente son barras metálicas cilÃndricas que se encuentran insertadas en el evaporador y proporcionan el calor necesario para el desescarche.
Reloj de desescarche (18): Este reloj tiene las mismas caracterÃsticas que el utilizado en el desescarche por gas caliente. Si el evaporador tiene ventiladores, éstos deben estar detenidos durante el desescarche; en ese caso se utilizan relojes con dos interruptores, siendo el segundo interruptor el que gobierna la parada y el arranque de los ventiladores del evaporador.
Contactor (19): Debido a la elevada intensidad que circula por las resistencias, éstas no deben ser activadas directamente por el reloj de desescarche, ya que se producirÃa un rápido deterioro de sus contactos; para evitarlo se activan mediante un contactor.
Disyuntor (20): Se utiliza para la protección de las resistencias contra sobrecargas y cortocircuitos.
En el siguiente esquema, podemos observar los circuitos eléctricos de la instalación. Los componentes mantienen la misma numeración que en la figura.
Primeramente cerraremos los contactos de los elementos de protección (15, 16 y 20) actuando sobre sus mandos manuales. La corriente circulará por el circuito de mando, alimentando al pequeño motor del reloj de desescarche (18), a la válvula de solenoide del evaporador (8) —que se abrirá permitiendo el paso de refrigerante hacia el.
Al alcanzarse la temperatura deseada en la cámara, el termostato (12) abrirá sus contactos y cerrará la válvula de solenoide, produciéndose el vaciado del evaporador y posteriormente la parada del compresor por baja presión (13).
El desescarche se iniciará a la hora prefijada en el reloj (18), el cual cambiará la posición de sus contactos dejando sin alimentación a la válvula de solenoide (8); la parada del compresor se producirá instantes después, una vez vaciado el evaporador, debido a la apertura del presostato de baja presión. Al mismo tiempo que el reloj desactiva la solenoide, activa al contactor de las resistencias de desescarche, las cuales comenzarán a producir calor en el interior del evaporador. Transcurrido el tiempo previsto para el desescarche, los contactos del reloj volverán a su posición inicial y el ciclo normal de refrigeración comenzará de nuevo.
En el caso de que el evaporador estuviera dotado de ventiladores, es necesario prever un tiempo de retardo en la puesta en marcha de los mismos, ya que, de hacerlo nada más finalizar el desescarche, soplarÃan aire caliente, poniendo en peligro la conservación del género almacenado en la cámara. Como ya hemos dicho, en estos casos el reloj de desescarche debe estar provisto de dos interruptores, uno de los cuales se reserva para la parada y puesta en marcha de los ventiladores del evaporador.
DESESCARCHE POR GAS CALIENTE
Este sistema de desescarche consiste en hacer circular por el interior del evaporador el gas caliente procedente del compresor. Para ello, se comunican ambos componentes mediante una tuberÃa, en la que se intercala una válvula de solenoide (9) que permite o impide el paso del vapor caliente. Esta válvula está comandada por un reloj (10) que marca el inicio y el fin del desescarche según el tiempo regulado en el mismo. También se puede sustituir este reloj por un programador electrónico como veremos más abajo, en esta misma entrada.
Los componentes que intervienen en este tipo de desescarche son los siguientes:
Válvula de solenoide (9): Puede ser de las mismas caracterÃsticas que las ya estudiadas, aunque se comercializan válvulas especialmente concebidas para este fin.
Reloj de desescarche (10): Tiene un pequeño motor eléctrico que acciona su mecanismo y que debe estar permanentemente conectado a la red; téngase en cuenta que estos relojes deben señalar en cada momento la hora actual. Por medio de algún mecanismo, se regula en ellos la hora a la que debe empezar el desescarche y también la hora a la que debe terminar; a la hora deseada, el reloj cambiará sus contactos, que volverán a la posición inicial una vez transcurrido el tiempo deseado.
Relé (11): Se trata de un conjunto de interruptores accionados electromagnéticamente por medio de una bobina. En nuestro caso, el relé tiene dos interruptores; uno de ellos actúa sobre la válvula de solenoide, y el otro establece un puente al termostato; este puente es necesario para que se pueda realizar el desescarche independientemente de la posición en la que se encuentre el interruptor del termostato.
Veamos el esquema eléctrico de control de este tipo de desescarche.
Al conectar la máquina a la red, se pondrá en marcha el motor (8). Durante el ciclo normal de refrigeración, el refrigerante realizará el recorrido ya conocido: compresor (1), condensador (2), sistema de expansión (4) y evaporador (5). Cuando se alcance la temperatura deseada en la cámara, el termostato (7) abrirá sus contactos dejando sin alimentación al compresor, que se detendrá. Tras cierto tiempo de parada del compresor la temperatura en la cámara subirá, provocando el cierre de sus contactos que permitirán el arranque del compresor.
A la hora programada para el inicio del desescarche, el reloj cambiará sus contactos, activándose la bobina del rele (11), que cambiará sus contactos provocando la apertura de la válvula de solenoide (9). A partir de ese momento el gas caliente que sale del compresor irá preferentemente hacia el evaporador a través de la tuberÃa de gas caliente, produciendo una rápida fusión de la escarcha, que deberá ser evacuada por medio de una tuberÃa de desagüe.
Transcurrido el tiempo de desescarche, el contacto del reloj volverá a la posición inicial, desactivándo el relé y, en consecuencia, la válvula de solenoide.
DESESCARCHE POR INVERSIÓN DE CICLO
El circuito frigorÃfico, como se puede ver, se asemeja a una bomba de calor.
En el régimen de refrigeración:
El evaporador y el condensador se comportarán como tales.
La electroválvula EV estará abierta , siempre que la cámara esté bajo demanda de temperatura y esta controlada a través de la sonda S1
La válvula de 4 vÃas estará en reposo.
Durante el régimen de refrigeración el equipo se comporta de la siguiente manera.
INICIO. Cerramos la electroválvula de lÃquido EV para impedir la inyección de lÃquido refrigerante al evaporador.
VACIADO. El compresor a su parada por baja presión vacÃa de lÃquido refrigerante del evaporador y lo acumula en el depósito de lÃquido. Esta secuencia permitirá ahorra mucha energÃa durante el aporte de calor, se
APORTE DE CALOR. Se paran los ventiladores del evaporador y se alimenta eléctricamente la válvula de 4 vÃas. El gas caliente procedente de la descarga se dirige al evaporador. Se invierte el ciclo refrigerante. Conviene además anular los sistemas de regulación de la presión de condensación, de lo contrario los ventiladores del condensador podrÃan pararse.
TIEMPO DE GOTEO. Durante este periodo se interrumpe el funcionamiento de la unidad condensadora, los ventiladores del evaporador a la vez que la EV y la V4V.
RETARDO DE LOS VENTILADORES. Se abre la electroválvula y se permite la entrada de lÃquido refrigerante en el evaporador. El periodo de tiempo que permanecen los ventiladores en paro, posibilita que se adhieran las gotas a la baterÃa y evita que estas se proyecten sobre el espacio refrigerado, de lo contrarÃo aumentarÃamos la higrometrÃa de la cámara.
Durante el aporte de calor el equipo de refrigeración se comporta de la siguiente manera.
AUTOMATIZACIÓN DE LOS DESESCARCHES CON CCONTROLADORES ELECTRÓNICOS (AKO 14XXX, OSAKA F300, etc.)
Las instalaciones anteriores disponen de condensador y evaporador con ventilación forzada, asà como un sistema de desescarche por resistencias eléctricas, por gas caliente, etc. Para el control de su funcionamiento se ha instalado un programador electrónico que combina las funciones de termostato y reloj de desescarche. Existen en el mercado sistemas desde una sonda y un relé hasta 5 sondas y 2, 3 relés, relés auxiliares, etc.
Con el avance de la tecnologÃa electrónica, se ha impuesto el uso de este tipo de automatización frente a los relojes mecánicos de desescarche y los termostatos electromecánicos.
Veamos el ejemplo de instalación y funcionamiento en un desescarche por resistencia eléctrica. Tanto el programador como el resto de componentes eléctricos se han instalado en el interior de un armario eléctrico (14), al que se conectan todos los aparatos exteriores al mismo. Asimismo, en la puerta del armario se han ubicado pilotos de señalización que muestran la fase de funcionamiento de la instalación en cada momento.
Aparte de los componentes ya estudiados, se incorporan a esta instalación los siguientes:
Condensador de ventilación forzada (3): Generalmente, los condensadores incorporan algún sistema de ventilación que fuerce al aire a pasar a través de ellos. En algunos casos de compresores abiertos, este ventilador gira solidario con el eje del motor, pero en el caso que nos ocupa el ventilador posee motor eléctrico independiente. Cuando el ventilador tiene un tamaño importante trabaja con un motor trifásico; asà lo hemos supuesto en el caso que nos ocupa.
Evaporador de ventilación forzada (10): También muchos evaporadores incorporan ventiladores que fuerzan la circulación de aire a su través. Estos evaporadores están concebidos como una caja cerrada en la que sólo se permite la circulación del aire a través de los huecos dejados para el ventilador; con ello se consiguen dos efectos: por un lado se obliga al aire a circular por el interior del evaporador evitando su dispersión; por otro lado, durante los desescarches, el aire caliente queda almacenado en su interior, evitando su difusión a la cámara.
En las figuras siguientes se muestran los circuitos de potencia y de mando de la instalación. Hemos utilizado aquà la nomenclatura que se usa habitualmente para identificar los aparatos en esquemas eléctricos, la cual consta de una letra que designa el tipo de aparato, seguida de una cifra que permite distinguir cada aparato cuando hay varios del mismo tipo.
La designación de los aparatos que componen los circuitos de potencia y mando de la instalación que nos ocupa es la siguiente:
Una vez identificados los componentes, analizaremos aquéllos que no han sido estudiados en capÃtulos anteriores:
Seccionador (Q1): Este dispositivo abre o cierra el paso de corriente al armario eléctrico y, por consiguiente, a los circuitos de potencia y de mando. Se acciona manualmente mediante una maneta accesible desde el exterior, siendo obligado que estén sus contactos abiertos para poder abrir la puerta del armario.
Programador: Este componente puede realizar varias funciones simultáneamente. Destacaremos de entre todas ellas las siguientes:
Actúa como termómetro, pues una de sus sondas mide constantemente la temperatura en el interior de la cámara y la muestra en pantalla.
Actúa como termostato al controlar la temperatura de desconexión de la solenoide y del ventilador del evaporador.
Ejerce como reloj de desescarche, tanto en el sistema de gas caliente como en el de resistencias eléctricas; para ello el programador incluye ambas opciones, debiendo seleccionarse la que corresponda. También debe programarse la hora de inicio del desescarche; su final puede ser programado de dos formas:
Por tiempo: el programador finaliza el desescarche una vez transcurrido el tiempo que se haya programado en el mismo.
Por temperatura: el programador finaliza el desescarche cuando la temperatura en el interior del evaporador alcance el valor deseado; esta temperatura es captada por la segunda sonda del programador.
Se puede programar un tiempo de goteo que permita la evacuación del agua formada durante el desescarche, evitando que ésta se congele en el evaporador y el tubo de desagüe al enfriarse de nuevo el evaporador.
También puede programarse un tiempo de retardo en la puesta en marcha de los ventiladores tras haber arrancado el compresor, evitando asà que éstos soplen el aire caliente hacia el interior de la cámara.
Transformador: Debido a que el programador trabaja con una tensión de 12 voltios y la red suministra 220 voltios, es necesario incorporar un pequeño transformador para su conexión.
Pilotos de señalización (H): Para conocer en todo momento la fase de funcionamiento en la que se encuentra la instalación, se incorporan al circuito de mando pilotos de señalización, los cuales pueden ser ubicados en la puerta del armario eléctrico.
Armario eléctrico (14): El armario eléctrico aloja en su interior a todos los aparatos eléctricos, excepto aquellos que imprescindiblemente deban estar en el exterior del mismo. AsÃ, los contactores, disyuntores, pilotos, etc. se instalan en el interior del armario, mientras que el motor del compresor, resistencias eléctricas, válvula de solenoide, etc., se encuentran en el exterior.
Todos los componentes de los circuitos de mando y potencia se cablean en el interior del armario, a excepción de los componentes externos, que se conectan a los bornes correspondientes; estos bornes se encuentran agrupados en fila en la parte inferior del armario.
En el interior del armario los cables van alojados en canaletas de tapa extraÃble. El sÃmbolo “Ø” que aparece en los esquemas eléctricos representa los bornes de conexión del armario eléctrico. Como puede observarse, los aparatos externos al armario se encuentran situados entre dos o más bornes consecutivos, y el cable se dibuja a trazos.
Los bornes tienen dos puntos de conexión, uno superior y otro inferior; los elementos del interior del armario se conectan al punto de conexión superior, reservando el inferior para los componentes externos.
Puesta en marcha de la instalación
Para poner en marcha la instalación cerraremos primeramente los contactos del seccionador Q1. A continuación cerraremos los contactos de Q2 (también cambiará la posición de su contacto auxiliar en el circuito de mando) y de Q4. Finalmente actuaremos sobre el interruptor automático Q3 que da paso de corriente al circuito de mando.
Al llegar tensión al circuito de mando, quedará alimentada la caja de sondas térmicas, por lo que sus contactos cambiarán de posición de 11-12 a 11-14, lo que permitirá que arranquen el compresor y el ventilador del condensador. También quedará alimentado el programador, con lo que se cerrarán sus contactos 1-2 y 2-3, permitiendo que se active la solenoide y el ventilador del evaporador.
Ciclo de enfriamiento
A partir de la situación descrita en el apartado anterior, el refrigerante describirá el ciclo ya estudiado en capÃtulos anteriores, produciendo el enfriamiento del aire de la cámara frigorÃfica. Al alcanzarse la temperatura programada, el programador abrirá sus contactos 1-2 y 2-3, cerrándose la válvula de solenoide y parando los ventiladores del evaporador; poco más tarde se producirá la parada del compresor por baja presión. Al subir la temperatura en la cámara, el programador cerrará de nuevo sus contactos y la instalación volverá a funcionar de la forma descrita anteriormente.
Ciclo de desescarche
El desescarche se iniciará a la hora programada. El programador abrirá sus contactos 1-2 y 2-3, produciéndose la parada de los ventiladores del evaporador y el cierre de la solenoide, con la posterior parada del compresor por baja presión. Al mismo tiempo se cerrarán los contactos 13-14 del programador, activándose las resistencias eléctricas.
Si se opta por finalizar el desescarche por tiempo, transcurrido éste se abrirá el contacto 13-14 del programador para desactivar las resistencias. Durante el tiempo programado como “tiempo de goteo”, el programador tendrá todos sus contactos abiertos. Transcurrido el “tiempo de goteo” se cerrará el contacto 1-2 que activa a la solenoide; poco después arrancará el compresor y comenzará el enfriamiento del evaporador debido al restablecimiento de la circulación del refrigerante. Transcurrido el tiempo programado como “retardo de ventiladores”, éstos se pondrán en marcha, reanudando la instalación su ciclo normal de enfriamiento.
Si se opta por finalizar el desescarche por temperatura, será la segunda sonda del programador la que detecte que en el interior del evaporador se ha alcanzado la temperatura prevista, comenzando asà el “tiempo de goteo” y posterior “retardo de ventiladores”, para finalmente retornar al ciclo de enfriamiento, de forma análoga a la descrita en el párrafo anterior.
Como hemos dicho, el programador puede efectuar también el control del desescarche en instalaciones con sistema por gas caliente. En ese caso, el programador realiza la secuencia de operaciones de forma muy similar a la descrita arriba, con la única diferencia de que sus contactos 1-2 permanecen cerrados durante el desescarche, permitiendo el funcionamiento del compresor para que pueda impulsar el gas caliente.
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