Centrales frigoríficas: Selección de compresores
Continuamos con la temática sobre instalaciones frigoríficas centralizadas, que ya iniciamos con el artículo Centrales frigoríficas: Características y funcionamiento. Hoy vamos a comenzar con el diseño y configuración de una central frigorífica para dar servicio a las cámaras y vitrinas de un supermercado mayorista. Es necesario ajustar en todo momento la producción frigorífica de la central a la demanda de frío de los servicios, obteniendo así una instalación eficiente.
ÍNDICE
1. NECESIDADES DE REFRIGERACIÓN
En la Figura 1 se muestra un plano del supermercado que vamos a refrigerar. Podemos ver que tenemos dos cámaras frigoríficas, una para producto congelado y otra para refrigerado, así como varias islas y murales también de temperatura positiva y negativa. Se muestra la potencia frigorífica a suministrar a cada servicio, así como el salto térmico requerido para cada aplicación.
Figura 1. Plano del supermercado a refrigerar.
El listado de servicios y sus condicionantes de diseño son los siguientes:
SERVICIOS DE Tª NEGATIVA
SERVICIOS DE Tª POSITIVA
Fijándonos en las temperaturas de evaporación requeridas en los diferentes servicios, tendremos que trabajar con las más restrictivas, en este caso -31 ºC para los servicios negativos y -6 ºC para los servicios positivos. Para el caso de la cámara de refrigerados, cuya temperatura de evaporación recomendada es de -4 ºC (para mantener adecuada HR) instalaremos una válvula tipo KVP para elevar levemente la temperatura de evaporación respecto a la aspiración de la central frigorífica.
Debido a las pérdidas de presión en las líneas de aspiración, la temperatura de aspiración de los compresores será inferior a la de los evaporadores. Consideraremos una caída máxima de 2 K hasta la central frigorífica, aunque posteriormente mediante el diseño de tuberías intentaremos que sea lo menor posible (1 K es un valor muy bueno). Según esto, nuestra instalación será una central de doble aspiración con dos colectores, uno trabajando a – 33 ºC para los servicios de temperatura negativa, y otro trabajando a – 8 ºC para los servicios de temperatura positiva.
2. ESQUEMA DE LA CENTRAL FRIGORÍFICA
En la Figura 2 se puede ver el esquema frigorífico de la central de doble aspiración. Este es similar al analizado en el artículo anterior, aunque al disponer de dos colectores de aspiración a presiones diferentes, es necesario equilibrar la despresurización del acumulador de aceite mediante dos líneas independientes hacia cada colector.
Figura 2. Esquema frigorífico para central de doble aspiración.
3. SELECCIÓN DE LOS COMPRESORES
Para elegir los compresores de la central frigorífica tendremos que realizar una tabla de etapas de demanda frigorífica para cada colector de aspiración. Consiste en combinar la demanda de los diferentes servicios para crear todas las posibilidades de demanda en orden ascendente.
3.1. SERVICIOS DE TEMPERATURA NEGATIVA
Cuando hay varios servicios, puesto que no todos van a demandar frío de la central frigorífica al mismo tiempo, se pude aplicar un coeficiente de simultaneidad para seleccionar una potencia de compresión ligeramente inferior a la potencia máxima. Los coeficientes más habituales son los siguientes:
Aplicando los coeficientes de simultaneidad, las etapas de demanda quedarían de la siguiente forma:
El siguiente paso es elegir el número de compresores. Existen fabricantes como Bitzer que han desarrollado un sistema de parcialización de la potencia del compresor de manera continua, entre un 10 % y un 100 %, gracias a un sistema de solenoides (CRII) que ajustan la potencia efectiva de cada culata del compresor. Esto es una gran mejora, ya que la parcialización de los modelos de compresor antiguos se realizaba desactivando cada culata de manera completa; así pues un compresor de 2 culatas (4 cilindros), podía dividir su potencia al 50 %; y un compresor de 3 culatas podía parcializar al 66 % y al 33 %.
También es posible regular la capacidad de cada compresor mediante un variador de velocidad, que es un sistema más caro pero permite un mayor ahorro energético. El sistema de regulación mediante solenoide simplemente puentea parcialmente la aspiración y la descarga del compresor, pero el motor sigue moviendo los pistones a la misma velocidad, aunque sea con menor carga. Sin embargo, mediante el variador de velocidad los pistones se mueven más despacio, con un ahorro significativo en la potencia absorbida. Es frecuente en las centrales frigoríficas emplear un compresor comodín con variador de velocidad para su trabajo continuo entre escalones de potencia, dejando el resto de compresores con regulación por solenoide, si fuera necesario, para cubrir algún escalón puntual de potencia.
En este caso podríamos instalar 1 compresor de 14 kW de potencia frigorífica con regulación por solenoide (o variador) para cubrir las 8 primeras etapas de demanda. Así podríamos regular desde 1,4 kW (10%) hasta 14 kW (100%) de manera lineal; y puesto que las etapas van de 2 a 14 kW, tendríamos cubierta la demanda de manera continua.
Para dar servicio a la cámara de congelados, añadiríamos un compresor de 30 kW, sin regulación de capacidad, ya que el resto de etapas estarían cubiertas por el otro compresor.
Podemos emplear el software de Bitzer y seleccionar los compresores para cada potencia requerida. Las condiciones de funcionamiento que tomaremos para la selección serán las siguientes:
– Tª evaporación: -33 ºC
– Tª condensación: 45 ºC
– Recalentamiento: 10 K (5 K útil)
– Subenfriamiento: 4 K
– Refrigerante: R-404A
- Compresor 1: Bitzer 4FE-28Y-40P (28 CV) / 15,3 kW
Al seleccionar el Compresor 2 para la cámara de congelados, vemos que el fabricante no dispone de ningún modelo de pistones que proporcione 30 kW de potencia frigorífica en las condiciones de diseño, por lo que seleccionaremos en su lugar dos compresores que nos den 15 kW cada uno. Puesto que el Compresor 1 nos proporciona 15,3 kW, podemos instalar dos más del mismo modelo, lo que ayuda en las operaciones de mantenimiento. Así pues, el grupo de compresores de temperatura negativa estará formado por 3 compresores Bitzer 4FE-28Y-40P (28 CV), con 15,3 kW/ud, y una potencia frigorífica total de 45,9 kW. De los 3 compresores, uno de ellos dispondrá del sistema de regulación CRII para cubrir los escalones de las primeras 8 etapas.
3.2. SERVICIOS DE TEMPERATURA POSITIVA
Podríamos instalar 1 compresor de 21 kW de potencia frigorífica con regulación por solenoide (o variador) para cubrir las 8 primeras etapas de demanda.
Para dar servicio a la cámara de refrigerados, añadiríamos un compresor de 40 kW, sin regulación de capacidad, ya que el resto de etapas estarían cubiertas por el otro compresor.
Las condiciones de funcionamiento que tomaremos para la selección serán las siguientes:
– Tª evaporación: -8 ºC
– Tª condensación: 45 ºC
– Recalentamiento: 10 K (5 K útil)
– Subenfriamiento: 4 K
– Refrigerante: R-404A
- Compresor 1: Bitzer 4TES-9Y-40P (9 CV) / 21,6 kW
- Compresor 2: Bitzer 4HE-18Y-40P (18 CV) / 39,7 kW
Así pues, el grupo de compresores de temperatura positiva estaría formado por:
- 1 compresor Bitzer 4TES-9Y-40P (9 CV) + regulación capacidad CRII ó variador
- 1 compresor Bitzer 4HE-18Y-40P (18 CV)
Y aquí termina este artículo donde queda configurada la central frigorífica. No vamos a entrar en la selección del condensador para la central, ya que simplemente se trata de elegirlo teniendo en cuenta la suma de la potencia de condensación de todos los compresores (Tª positiva y negativa). Si estáis interesados, podríamos entrar en la selección de válvulas y componentes de la central frigorífica, aunque existen varios fabricantes como Pecomark, que dispone de centrales totalmente equipadas.
Fuente: CoolProyect
