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5/10/2018 tipos_desescarche_evaporadores - slidepdf.com

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1. TIPOS DE DESESCARCHE EN LOS EVAPORADORES

Los procedimientos de desescarche que estudiaremos son los mostrados en la tabla 1.

Tabla 1: Procedimientos de desescarche según el sistema de aplicación de calor.

No obstante, antes de comenzar a describir cada uno de estas formas de desescarche, vamos a describir más profundamente las etapas que debes de llevar a cabo en el procedimiento de desescarche.

Inicio de desescarche puede ser manual mediante un simple pulsador que al ser accionado inicia el ciclo dedesescarche o bien de forma automática utilizando un programador con reloj y/o calendario o utilizando unaparato electrónico programable.

Fin de desescarche se puede llevarse a cabo por tiempo o por temperatura.

• Fin por tiempo: Válido para cualquier método de arranque. Se aplica en servicios con desescarchenatural o en algunos casos por gas caliente. El desescarche se terminará cuando se alcance el tiempo

programado para tal fin, pero si antes de que ocurra esto ya no queda escarcha, no tiene sentidocontinuar aportando calor al evaporador

• Fin por temperatura: Es necesario situar en el evaporador un sensor de temperatura. El desescarche setermina si la temperatura en el interior del evaporador ha alcanzado un valor de, aproximadamente, 6

°C, momento el cual se supone que no queda escarcha. Esto permite:

- La parada individual para cada evaporador - Ajuste de tiempo de seguridad.

- Mensaje cuando agota el tiempo

Normalmente utilizado con desescarche eléctrico para ahorrar energía, y en otros tipos para cortar duración del desescarche.

Retardo de pre-desescarche Antes de iniciar el aporte de calor al evaporador para el desescarche se deberealizar un retardo que denominamos Tiempo de vaciado. Consiste en una pausa antes de comenzar elaporte de calor, para que el líquido que queda en el evaporador se evapore y no tenga que evaporarse con el

calor procedente de las resistencias de desescarche. Por otro lado, en el tipo de desescarche por gas caliente,éste retardo evita la mezcla de gas caliente con líquido muy frío, eliminando el colapso del vapor y las ondasde presión que se pueden producir. También evita el arrastre de líquido a gran velocidad por parte del vapor suprimiendo los golpes de ariete que pueden dañar la instalación.

Retardos post-desescarche Antes de comenzar la inyección de liquido al evaporador se deben retardar una

serie de acciones, estas son:



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PROCEDIMIENTO DE DESESCARCHE

1. Parar la inyección de líquido en el evaporador cerrando la válvula solenoide.2. Vaciar el evaporador: la máquina continúa funcionando aspirando refrigerante del evaporador hasta que

la presión disminuya tanto que el compresor se para por acción del sistema de seguridad (presostato de baja). Al detener la máquina por presión, ésta se parará cuando la cantidad de refrigerante que quede en

el evaporador sea muy pequeña. De esta forma el calor aportado se dedica prácticamente en su totalidada provocar el desescarche y no a calentar el refrigerante que podría quedar en el evaporador.3. Parar los ventiladores y compresor. Los ventiladores no deberían pararse en el caso de que el

desescarche se realice utilizando el aire de la propia cámara, para los demás tipos de desescarche se

deben detener para evitar que el aire caliente salga hacia la cámara.4. Aportar calor.5. Fin de desescarche: Se puede realizar una vez transcurrido un tiempo establecido o cuando se alcance

una determinada temperatura.6. Drenar el evaporador de líquido (tiempo de goteo): Es una pausa antes de comenzar la inyección, para

que el hielo fundido gotee a la bandeja y no salga proyectado hacia las palas del ventilador o producto, ni

se congele en la batería dificultando la transmisión de calor.7. Retraso inyección: Suele coincidir con el tiempo de goteo, y permite el escurrido del evaporador.

También se evapora el líquido que se haya podido acumular en el evaporador.

8. Retardar la puesta en marcha de los ventiladores: por temperatura o tiempo. Es el tiempo que se estáinyectando líquido en el evaporador con el ventilador parado. Finaliza transcurrido un tiempo o cuandoel evaporador se ha enfriado lo suficiente para que no se produzcan ondas de colapso térmico al chocar elaire caliente que sale del evaporador con la masa fría de la cámara.

9. Arrancar de nuevo el proceso de refrigeración (el compresor arrancará si la temperatura de la cámarano es la adecuada).

Fig. 1: Proceso de desescarche ideal.

• Tiempo de goteo Es una pausa antes de comenzar la inyección, para que el hielo fundido gotee a la bandeja y no salga proyectado hacia las palas del ventilador o producto, ni se congele en la batería

dificultando la transmisión de calor.

• Retraso inyección Suele coincidir con el tiempo de goteo, y permite el escurrido del evaporador.

También se evapora el líquido que se haya podido acumular en el evaporador.



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• Retraso ventilador Es el tiempo que se está inyectando líquido en el evaporador con el ventilador

parado. Finaliza transcurrido un tiempo o cuando el evaporador se ha enfriado lo suficiente para que nose produzcan ondas de colapso térmico al chocar el aire caliente que sale del evaporador con la masafría de la cámara.

• Tiempo de drenaje En el desescarche por gas caliente evita la inyección de líquido antes de haberseevaporado el líquido condensado en el evaporador. Cuando se utiliza junto con la apertura de la válvulade aspiración en dos tiempos (bien con una solenoide de dos tiempos o bien con dos solenoides con

aperturas defasadas) facilita la igualación de presión entre la aspiración y el evaporador y evita elarrastre de líquido a gran velocidad causado por la gran diferencia de presión, suprimiendo los golpes de

ariete que pueden dañar la instalación.

• Retardo hielo cortinas de aire Para canalizar el aire frío en muchos servicios se utilizan cortinas. Para

evacuar el agua condensada o hielo fundido, se recoge en bandejas. Estos elementos pueden necesitar aportes de calor especial para su correcto funcionamiento, lo cual se realiza por medio detemporizaciones especiales.

Mensajes post-desescarche. Cuando se produce un mal ajuste en los tiempos de algún dispositivo queinterviene en el desescarche y estamos utilizando un dispositivo electrónico para controlar todo elfuncionamiento, éste nos puede proporcionar información sobre la anomalía que se está produciendo.

Veamos algunas:

• Tiempo de desescarche corto: Cuando un desescarche agota el tiempo ajustado y todavía no ha

alcanzado la temperatura de fin de desescarche deseada, significa que puede haber hielo en elevaporador. Las causas pueden ser:

- Sonda de fin de desescarche mal colocada- Tiempo de desescarche ajustado corto- Resistencias de desescarche insuficientes (rotas)- Cambio puntual en condiciones ambientales

Si el mensaje se repite con frecuencia, indica que temporalmente hay que hacer algún desescarche extray/o limpiar el evaporador de hielo.

• Retardo de ventiladores corto: Este mensaje se produce cuando un ventilador arranca según el tiempoajustado y el evaporador todavía no se ha enfriado a la temperatura que evita las ondas de colapsotérmico (ver retraso ventiladores). Las causas pueden ser:

- Sonda de fin de desescarche mal colocada- Retardo de ventilador ajustado corto- Inyección de líquido deficiente

CUESTION 3: Si al observar un evaporador compruebas que la distribución de escarcha noes homogénea y que en los tramos finales de la tubería no aparece escarcha, ¿a qué puede ser debido?

SOLUCCION:

Cuando en un evaporador la distribución de escarcha no es homogénea y en los tramos finales de tubería no aparece escarcha, puededeberse a que existe un recalentamiento excesivo.

Si la temperatura de evaporación fuese, por ejemplo, -5 °C, y el recalentamiento dentro del evaporador alcanzase un valor de 10 K, la

temperatura en los tramos finales del evaporador sería de -5 + 10 = 5 °C, con lo que no existiría escarcha en esos tramos.



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1.1 Desescarche por agua

Este método consiste en pulverizar agua sobre el evaporador. Para ello se dispone de un tubo perforado encima

del evaporador donde el agua pulverizada cae sobre el hielo, provocando la fusión. El líquido generado se recogesobre la bandeja de goteo.

En cámaras que trabajan a temperaturas muy bajas se recomienda utilizar una agua glicolada para evitar que pueda congelarse. Una vez finalizado el desescarche, la máquina no puede volver a ponerse en marcha hasta queno haya terminado de gotear el agua procedente del desescarche.

1.2 Desescarche por aire

Otra forma de aplicación de calor para eliminar la escarcha del evaporador es mediante aire, cuya procedencia

puede ser:

Aire de la propia cámara. Se utiliza en cámaras con temperatura positiva (superior de 3 a 5 °C). En estecaso, puede acelerarse el desescarche si durante las paradas se ponen en marcha los ventiladores delevaporador.

Aire que circula en circuito cerrado. La circulación de este aire se realiza durante el desescarche y secalienta mediante una batería de resistencias. Este procedimiento se aplica en máquinas de temperaturanegativa. Para ello el evaporador debe disponer de una trampilla que se cerrará durante los periodos dedesescarche para evitar la salida del aire caliente hacia la cámara.

Fig. 2: Desescarche por calentamiento del aire

1.3 Desescarche por resistencias eléctricas

El desescarche mediante resistencias eléctricas es probablemente el más utilizado en la actualidad por su

simplicidad y eficacia, sobre todo en sistemas pequeños de refrigeración (muebles expositores, equiposfrigoríficos de tiendas, restaurantes, etc.). Consiste en colocar varios conductores, que se comportan comoresistencias eléctricas, sobre los tubos, pasando entre las aletas del evaporador.



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Las resistencias eléctricas suelen ser de aceroinoxidable y van blindadas. Al conectarlas a la red, laenergía eléctrica se transforma en calor y es el

causante de que el hielo se funde, depositándose ellíquido resultante sobre la bandeja de drenaje que, enocasiones, también va calefactada eléctricamente.

El método seguido es cómodo, sencillo y muy rápido,en diez minutos puede llevarse a cabo la operación.

Se le achacan algunos inconvenientes: aportación decarga térmica a la cámara, efecto desecante yconsumo de energía eléctrica.

Fig. 3: Evaporador con desescarche

por resistencia eléctrica

CUESTION 4: Los datos adjuntos en la tabla siguiente corresponden al desescarche por resistencia eléctrica para evaporadores FRIMETAL. Explícalos.

SOLUCCION:

Los datos mostrados en el enunciado, correspondientes al catálogo de FRIMETAL, indican que el evaporador lleva resistencia de

desescarche en la bandeja de desagüe y sobre la batería (tubos y aletas). La bandeja de desagüe debe incorporar resistencia dedesescarche, ya que de lo contrario se formaría escarcha sobre ella si la temperatura es lo suficientemente baja, e impediría, si no se

elimina la escarcha, que el agua procedente del desescarche del evaporador circulase hacia el conducto de desagüe.

1.4 Desescarche por inversión del ciclo

Este método, respecto al método por resistencia eléctrica, tiene laventaja del ahorro energético, ya que aprovecha el calor quedesprende el condensador.

El procedimiento consiste en invertir el ciclo durante el desescarche,

es decir, el evaporador pasaría a actuar como condensador y elrefrigerante cede el calor a la escarcha depositada sobre él produciendo el desescarche.

Para realizar esta función se utiliza una válvula de cuatro vías comola indicada en la figura 4.

Como puedes ver en la figura 5, el circuito se complica ligeramente,

ya que se necesitan dos válvulas de expansión y otras dos válvulasantirretorno (sólo dejan pasar el refrigerante en un sentido) colocadasen paralelo con las mencionadas válvulas de expansión.

Fig. 4: Válvula de cuatro vías parainversión del ciclo



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El procedimiento de desescarche por inversión del ciclo tiene la ventaja de que la eliminación del hielo se produce de manera muy rápida. En cambio, presenta el inconveniente de aumentar el coste de la instalación altener que modificarla como se muestra en la figura 5. Aún así, es el método más aconsejable para su adopcióncuando estamos frente a un solo circuito y necesitamos disponer de un procedimiento eficiente.

Fig. 5: Circuitos para refrigeración y desescarche por inversión de ciclo (Danfoss).

1.5 Desescarche por gas caliente

Los sistemas de desescarche por gas caliente han alcanzado un gran nivel de participación en las instalaciones derefrigeración como consecuencia del ahorro energético, y deben ser conocidas por todos los técnicos de

refrigeración para un correcto diseño y utilización de las mismas.



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El principio básico del funcionamiento de estos sistemas es la desviación de parte del refrigerante a altatemperatura del gas de descarga, del gas caliente del recipiente o del líquido del recipiente, a los evaporadores enlos cuales se quiere realizar el desescarche. El gas o líquido entran en el evaporador, se enfrían, condensan y/osub-enfrían, y a través de una válvula de retención, salen de nuevo a la línea de líquido, al recipiente, o a la

entrada del condensador.

Vamos a estudiar uno de los sistemas de gas caliente sencillo utilizado en los evaporadores de expansión directay que consiste en desviar el refrigerante que sale del compresor en forma de gas a alta presión y temperatura, e

inyectarlo al evaporador. Con esto conseguimos que los gases calientes en el interior del evaporador, cedan calor produciendo la fusión de la escarcha que envuelve las aletas y tubería.

El inconveniente es que el gas caliente en el evaporador al enfriarse puede llegar a condensarse y pasar a la formalíquida. Por lo tanto, existe el peligro de que el refrigerante líquido pueda retornar al compresor a través de latubería de aspiración y dañarlo.

Fig. 6: Circuito para desescarche por gas caliente (Danfoss).

Así pues, la mezcla líquido-vapor a la salida del evaporador, para que pueda ser nuevamente aspirada por el

compresor, debe reevaporarse. En la figura 6 tenemos un ejemplo sencillo, donde puedes observar que se utilizauna tubería o línea de desescarche, que parte de la salida del compresor y llega hasta la entrada del evaporador después de la válvula de expansión. En el caso de que el evaporador lleve distribuidor de líquido, éste debeincorporar una toma para la conexión correspondiente al desescarche por gas caliente.

La operación se regula mediante un controlador electrónico que gobierna el estado de las dos válvulas solenoide,

una detiene la entrada de líquido a la válvula de expansión y la otra controla la entrada de gas caliente alevaporador.

Este circuito presenta como dispositivo para impedir que el líquido condensado sea absorbido por el compresor,una botella de aspiración (ver figura 6) colocada entre el evaporador y el compresor. Se trata simplemente de unrecipiente que se mantiene a una temperatura tal que el líquido se reevapora.



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CUESTION 4: Describe paso a paso las acciones que debe realizar por el controlador

electrónico para llevar a cabo el desescarche por gas caliente.

SOLUCION:

A la hora de realizar un desescarche por gas caliente, a diferencia de los desescarches eléctricos o por aire oagua, se debe tener en cuenta:

Que las mezclas de vapores y líquidos calientes y fríos pueden generar colapsos de vapor que generanondas de choque, por lo que se intentara que estas situaciones no generen problemas.

Al mismo tiempo, la apertura de tuberías con mezclas de líquido y vapor sometidas a una grandiferencia de presión pueden generar golpes de líquido y de presión capaces de dañar a las mismas

válvulas o a las tuberías de la instalación.

El aparato electrónico encargado de realizar el desescarche debe dar la orden de cortar la producción de fríoen el evaporador. Para ello cierra la válvula interrumpiendo el suministro de líquido al evaporador. Se

mantiene un tiempo así con los ventiladores en marcha para evaporar el líquido contenido en el evaporador y para evitar la mezcla de líquido frío con vapor caliente.

A continuación pasado un tiempo (dependerá del tamaño del evaporador) el controlador electrónico detienelos ventiladores del evaporador y da tensión para que la válvula abra y deje pasar el gas caliente alevaporador (aporte de calor). El hielo se calienta y se funde mientras el gas caliente se enfría y se condensa.

En el evaporador se acumula líquido aumentando la presión y la temperatura en su interior. Cuando la

temperatura alcanza el valor de unos 4 a 6 ºC se considera que todo el hielo ha desaparecido. En estemomento debe cortarse el suministro de calor, cerrando la válvula solenoide encargada de esto.

Antes de proceder a la introducción de líquido al evaporador, debemos de esperar un tiempo para vaciar elcontenido en el evaporador y evitar la mezcla de líquido+vapor caliente con el refrigerante frío que provenga de la válvula de expansión.

Una vez transcurrido dicho tiempo, se vuelve a abrir la válvula solenoide para dar paso de entrada dellíquido frío al evaporador.

En general para que el desescarche por gas caliente se realice correctamente y de esta forma se consigandesescarches cortos, eficaces y seguros, es importante tomar ciertas precauciones como son:

Evitar los retornos de líquido al compresor

Evitar mezclas de gases o líquidos caliente con líquido frío reduciendo los fenómenos de implosión y

colapso de vapor

En las líneas de vapor abrir las válvulas de solenoide grandes en dos tiempos cuando están sometidas a una

gran diferencia de presión.

Evitar los colapsos de aire en cámaras de congelados y túneles de congelación, retardando los ventiladoreshasta que el evaporador este lo suficientemente frío

El sistema de desescarche por gas caliente es más eficaz cuando tenemos instalaciones centralizadas, como semuestra en la figura donde representamos una parte de una instalación centralizada con varios evaporadores.



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Fig. 7: Desescarche por gas caliente en sistemas centralizados

El funcionamiento de este sistema de desescarche es el siguiente: Se Interrumpe el paso de refrigerante liquido alevaporador con el cierre de EVR1, se espera un tiempo para vaciar el evaporador. Luego inyectamos gas calienteal evaporador a través de EVR2 que se abre y se cierra PML1. Pero surge un problema, para que el fluido puedacircular por el evaporador y volver a la línea de líquido es necesario crear una diferencia de presión durante el

desescarche en la línea principal (vapor). Esta diferencia de presión ∆P se sitúa entre 1 y 2 bar, y es creada por laválvula PM3, siendo uno de los puntos más críticos en el desescarche por gas caliente.

Fig. 8: La PM3 crea ∆P para forzar al gas caliente a circular por el evaporador



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Conviene recordar que la válvula generadora de ladiferencia de presión (PM3), esta en la línea devapor por la cual pasa fluido, durante elfuncionamiento normal y durante el desescarche.

Esto nos indica que la válvula en el proceso normalgenerará una perdida de presión superior a 0,2 bar,y durante el desescarche una perdida de presiónentorno a 1,5 bar.

Por otro lado, vemos que el gas caliente entra por

la salida del evaporador y al condensarse sedeposita en la línea de líquido. No obstante,también existe la posibilidad de devolver elrefrigerante una vez haya salido del evaporador ala entrada del condensador o directamente alrecipiente de líquido (ver figura 9).

En otras instalaciones vemos que el gas caliente seinyecta por la entrada del evaporador. En este casolos condensados se pueden enviar:

Fig. 9: El condensado del evaporador puede ir a la

entrada del condensador o al recipiente de líquido.

A la línea de aspiración (será necesario una botella de aspiración), tEnviar a la entrada del condensador Enviar al recipiente de líquido

Fig. 10: Desescarche por gas caliente en sistemas centralizados con inyección de gas caliente por entrada del

evaporador y salida de condensados hacia condensador o recipiente

Además, en este tipo de sistemas centralizados el número de evaporadores en proceso de desescarche no debe

superar nunca el 20 o 30 % como máximo de evaporadores de la instalación.

Otro tipo de instalación para realizar el desescarche por gas caliente es el mostrado en la figura 11. En ese caso podemos el gas caliente lo enviamos a la entrada de un evaporador y a su salida el liquido + vapor lo enviamosdirectamente al otro evaporador y de esta forma se evapora todo el refrigerante y se asegura que no llegue liquidoal compresor.



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Fig. 11: Desescarche por gas caliente en una instalación centralizada

Así es, en el circuito mostrado en la figura 11, cuando estamos desescarchando el evaporador 1, el refrigerantesale del compresor y pasa por la válvula solenoide 8 (la 5 y 9 están cerradas), luego entra al evaporador y sale através de la válvula antiretorno y la solenoide 6 (la solenoide 1 está cerrada). Luego se encuentra cerrada lasolenoide 7 y el antiretorno colocado a la salida del recipiente de liquido que le obliga a entra al evaporador 2mediante la solenoide 2 y sale y llega a la aspiración a través de la solenoide 4 (la 3 esta cerrada).

Un perfeccionamiento moderno incorporado al desescarche por gas caliente es la utilización de "gas frío" (figura

12). En esta técnica el gas se extrae de la parte superior del depósito de líquido, en lugar de tomarlo en la tuberíade descarga del compresor.

Fig. 12: Desescarche por gas caliente del depósito de líquido



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Para evitar el flash-gas, es decir, la aparición de vapor en la línea de líquido debido a la caída de presión en laválvula colocada a la salida del recipiente de líquido, se conecta a la salida de dicha válvula un recipiente queactúa de subenfriador de líquido.

En grandes plantas industriales de refrigeración, además de las instalaciones de expansión seca, existen lossistemas inundados, en los cuales son muy habituales los separadores de líquido en las zonas de baja presión,siendo estos grandes recipientes donde se separa el líquido+vapor procedente de la expansión y el vapor producido en los evaporadores.

Aunque existen muchos tipos de diseños en la figura se muestra una instalación básica, donde dicho separador

siempre estará a una presión inferior a la de descarga de alguno de los compresores de la planta. Esta condición permitirá tomar gas caliente a alta presión, para después pasar por los evaporadores con hielo, y una vez el vapor esté condensado total o parcialmente, retornar al separador de líquido.

Dado que en estos casos existe la posibilidad de drenar los condensados al separador de líquido, la válvulageneradora de diferencia de presión no es necesaria. Sin embargo dado que la diferencia de presión entre la línea

de gas caliente y el separador de líquido suele ser muy alta, para evitar grandes flujos de vapor que podríanconvertirse en un bypass directo con los correspondientes problemas de condensación y pérdida de eficienciaenergética, se necesita colocar a la salida del evaporador un restrictor de presión que absorba dicha diferencia de presión y sólo permita la salida de líquido condensado. Estos restrictotes pueden ser fijos, reguladores de presióno controles de nivel.

En este punto, las posibilidades de realizar distintos montajes se multiplican, y de hecho, en estos sistemas se

puede incluso hablar de diseño de sistemas de gas caliente.

Fig. 13: Sistema de refrigeración inundado con línea de desescarche por gas caliente

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