Una caja abierta y cerrada: reconfiguración del sistema de refrigeración

Si se realiza correctamente, las modificaciones de cajas abiertas con puertas de vidrio conducirán a reducciones considerables en las cargas de infiltración, lo que reducirá las cargas de calor de la caja en un 50-80 por ciento en comparación con el rendimiento de la caja abierta original, según estudios de laboratorio y expertos entrevistados durante el desarrollo de esta guía. Las mejoras adicionales del sistema realizadas al mismo tiempo, como la actualización de los motores de los ventiladores, la instalación de iluminación de mayor eficiencia y el aumento de las temperaturas del evaporador saturado de la carcasa, pueden reducir aún más la carga de calor de la vitrina refrigerada.

A la luz de estas reducciones sustanciales en la carga de refrigeración , es imperativo que se reevalúe la configuración del sistema de refrigeración para adaptar el funcionamiento del sistema al perfil de carga. Según los expertos entrevistados, la reconfiguración inadecuada de los sistemas de refrigeración es la causa predominante de que los proyectos de modernización de casos no arrojen los resultados esperados. Las siguientes secciones describen una guía para reconfigurar adecuadamente los sistemas de refrigeración después de adaptar las cajas abiertas con puertas.

Evaluación del perfil de carga

El primer paso para reconfigurar correctamente el sistema de refrigeración debe consistir en un análisis exhaustivo del perfil de carga para los casos de actualización. Idealmente, dicho análisis del sistema se habría realizado como parte de la evaluación de ingeniería inicial en la fase de planificación previa de la modernización.

Realice un análisis detallado que tenga en cuenta los períodos de tráfico máximo de clientes y las condiciones ambientales adversas. Se necesitarán estimaciones de la carga térmica máxima para garantizar que el sistema de refrigeración reconfigurado aún sea capaz de entregar la capacidad de enfriamiento necesaria en las condiciones más extremas que encontrará para garantizar la frescura del producto y la seguridad alimentaria.

Recuperación de refrigerante

Cuando se trabaja con el sistema de refrigeración sellado, es imperativo que se eviten las fugas de refrigerante. Antes de realizar cualquier trabajo que requiera la apertura del sistema sellado o que pueda resultar en una perforación accidental del sistema, se debe evacuar el refrigerante de las partes afectadas del sistema o sistemas según las regulaciones federales, estatales y de otro tipo aplicables. El refrigerante evacuado del sistema debe retenerse o reciclarse según las pautas correspondientes.

Configuración de control y rack del compresor

Modificación adecuada de < span=""> rack de compresores y el ajuste de los controles del sistema de refrigeración constituye uno de los aspectos más significativos e importantes del proceso de modernización. La instalación de puertas en gabinetes abiertos, que tradicionalmente son los que más contribuyen a la carga de calor del sistema de refrigeración, dará como resultado condiciones de funcionamiento marcadamente diferentes para el bastidor del compresor que sirve a esos gabinetes. Si no configura correctamente los racks para que coincida mejor con el perfil de carga de la caja, se producirá una discrepancia entre la carga pasos del bastidor y las cargas reales de las cajas, lo que provoca un ciclo excesivo del compresor. Este modo de operación es mucho menos eficiente que la operación de ciclo de trabajo más alto que normalmente se observa cuando el sistema de refrigeración se adapta bien a la carga. Además, el estrés adicional de arrancar y detener los componentes en movimiento a través de muchos ciclos adicionales puede conducir a un desgaste excesivo del bastidor del compresor, lo que resulta en una vida operativa más corta y costos de reparación adicionales.

Además de realizar las modificaciones necesarias al bastidor del compresor y los controles para adaptarse a la nueva carga de refrigeración, el contratista de refrigeración debe aprovechar esta oportunidad para inspeccionar minuciosamente el bastidor y el equipo relacionado en busca de daños o desgaste existentes y realizar el mantenimiento o las reparaciones necesarias para garantizar máximo rendimiento. Deben realizarse controles de mantenimiento estándar de los compresores, de acuerdo con las recomendaciones del fabricante del compresor.

El contratista que coordina la operación de modernización debe examinar las siguientes áreas relacionadas con el bastidor del compresor y los controles del sistema de refrigeración.

Configuración del rack del compresor

En muchos casos, la disminución de la carga en el bastidor del compresor debido a la adición de puertas de exhibición para abrir los gabinetes requerirá cambios físicos en el bastidor para adaptarse al rendimiento y las características del refrigerante modificado. Los resultados de los cálculos de la carga térmica de la caja en varios conjuntos de condiciones de funcionamiento, realizados antes de las operaciones de actualización de la caja, deben ser el factor clave para los cambios en la configuración del bastidor.

En muchos casos, la reducción de la carga de calor máxima observada por el bastidor será lo suficientemente significativa como para justificar la desactivación de uno o más compresores en el bastidor. En este caso, se debe tener cuidado para garantizar que el bastidor permanezca configurado de manera que proporcione una modulación de capacidad adecuada para mitigar los ciclos excesivos del compresor y las fluctuaciones de temperatura del producto. Por ejemplo, en un bastidor con compresores paralelos de diferentes tamaños, puede ser deseable desactivar primero los compresores más grandes, dejando los más pequeños en su lugar para permitir más granularidades en el control de carga. Los pasos de carga deben compararse con los incrementos de carga de calor previstos, y es posible que se requieran más cambios en el compresor si la disparidad es significativa.

Además de la posible reconfiguración de los propios compresores, es posible que sea necesario realizar modificaciones adicionales en los siguientes componentes del bastidor para garantizar un rendimiento óptimo:

• Retorno de aceite: se debe prestar atención a los elevadores de succión para garantizar un retorno de aceite adecuado. Si los elevadores no tienen el tamaño adecuado, la velocidad de retorno del lubricante puede ser insuficiente y se pueden producir daños en los compresores. En muchos casos, las bandas existentes serán suficientes. Sin embargo, el ingeniero que supervisa el proyecto debe verificar que este sea el caso para mantener un rendimiento adecuado. Si se justifica, los cambios en los elevadores se deben realizar según el tipo de sistema, dependiendo de si es un diseño de tubo dividido, tiene un sifón en el elevador o utiliza un sistema de separación de aceite. Después de la actualización, el operador o contratista debe observar los niveles de aceite en el separador, depósito y / o cárter para asegurarse de que se está produciendo un retorno de aceite adecuado.

• Carga de refrigerante: cargo debe comprobarse el nivel en el receptor y ajustarse para garantizar la concordancia entre el nivel de carga y las necesidades del sistema después de la actualización.

• Receptores: deben realizarse comprobaciones de mantenimiento estándar.

Controles y Calibración

Una vez realizadas las modificaciones físicas necesarias al bastidor del compresor, los sistemas de control existentes deben recalibrarse para garantizar un rendimiento adecuado. Además, los propietarios de edificios podrían utilizar el proyecto de modernización como una oportunidad para actualizar los controles existentes con sistemas más avanzados. Los controles que deben ser examinados por el ingeniero de refrigeración o la empresa responsable de la modificación incluyen:

• Sistemas de variador de frecuencia (VFD);

• Descarga de cilindros;

• Sistemas de gestión energética de edificios (EMS);

• Sistemas de control de descongelación; y

• Otros sistemas y esquemas de control.

Descongelación por gas caliente

Si el bastidor está equipado con la capacidad de admitir la descongelación de bobinas por gas caliente, la válvula solenoide en la línea principal de líquido o las válvulas diferenciales de descarga deben evaluarse para verificar su compatibilidad con los nuevos parámetros operativos del sistema y reemplazarse si es necesario.

Recuperación de calor

Si el bastidor tiene la capacidad para realizar recuperación de calor, se deben realizar cálculos para evaluar la nueva salida de calor del bastidor cuando se opera junto con las cajas recién adaptadas. Con una producción de calor reducida, el serpentín de recuperación de calor existente podría resultar sobredimensionado. Si se han realizado cambios en los compresores, es probable.

Tuberías de refrigerante y válvulas de expansión

La disminución significativa en la carga de refrigeración debido a la adición de puertas en las cajas tiene el potencial de afectar muchos componentes del sistema de refrigeración, incluidos los recorridos de la línea de refrigerante y las válvulas de expansión de la caja. En general, los expertos que proporcionaron información para esta guía afirmaron que las líneas de líquido y de succión seguirán siendo de tamaño apropiado para servir los casos modernizados. Sin embargo, algunas fuentes afirmaron que se debe prestar atención al tubo ascendente de succión (la línea que va desde la salida del serpentín del evaporador hasta la línea de succión compartida en la parte superior de la línea) para garantizar una velocidad adecuada del refrigerante y, por lo tanto, un retorno de aceite adecuado. El ingeniero que coordina el reacondicionamiento de la caja debe realizar un modelado del sistema y cálculos de flujo suficientemente detallados para garantizar que los tamaños de línea utilizados sean capaces de devolver adecuadamente una capacidad suficiente de refrigerante y lubricante manteniendo las propiedades deseadas. Deben seguirse las consideraciones mínimas de diseño de ASHRAE, incluida una velocidad mínima de la línea de succión de 500 pies por minuto y una velocidad mínima del elevador de succión de 1,000 pies por minuto.

Las válvulas de expansión conectadas a cada serpentín individual en las vitrinas cumplen la función crítica de controlar el sobrecalentamiento del serpentín y requerirán cambios para adaptarse a las marcadamente diferentes propiedades de flujo de refrigerante precipitadas por el cambio en la configuración de la carcasa durante la actualización. Para válvulas de expansión con cartuchos internos extraíbles, puede estar disponible un cartucho compatible con el tamaño adecuado para el nuevo nivel de flujo de refrigerante. En otros casos, las válvulas de expansión deberán reemplazarse por completo. Durante el análisis y el modelado del sistema, el ingeniero que supervisa la modernización debe analizar las cargas de calor anticipadas y las condiciones de flujo de refrigerante, y elegir válvulas del tamaño adecuado para cada vitrina en consecuencia. Los expertos de la industria afirmaron que es probable que las válvulas de expansión deban reducirse uno o dos tamaños para proporcionar un control de recalentamiento adecuado a velocidades de flujo de refrigerante reducidas y temperaturas de evaporador aumentadas. El recalentamiento sugerido recomendado para DOE fue de 4-7 °; sin embargo, se debe consultar la literatura del fabricante del equipo de caja para verificar.

Si hay válvulas de expansión electrónicas en su lugar, generalmente no será necesario modificar las válvulas. Sin embargo, se debe revisar la literatura del fabricante de la válvula para asegurar la compatibilidad de las válvulas con la nueva configuración del sistema.

Además, cada línea de caja contiene una válvula solenoide o un regulador de presión electrónico (EPR) que se utiliza para controlar la temperatura de la caja. Las válvulas solenoides utilizadas en las líneas de líquido o de succión generalmente se pueden retener, siempre que el tamaño de las líneas se evalúe como se describe anteriormente para garantizar una presión de funcionamiento adecuada a través de la válvula. Sin embargo, debido al hecho de que la reducción de carga creada por la modernización permite temperaturas de succión de caja más altas, se prefiere un EPR para un rendimiento óptimo. Se debe verificar que los EPR existentes funcionen correctamente en las cargas de cajas nuevas. Si es posible, la temperatura de succión común aguas abajo del EPR debe elevarse para reducir aún más el requisito de entrada de energía en el bastidor del compresor.

Condensadores

Los sistemas de refrigeración de los supermercados generalmente usan condensadores enfriados por aire separados, generalmente ubicados en la azotea del edificio, para rechazar el calor al ambiente. En muchos casos, el exceso de capacidad del condensador ya se contabilizará en los esquemas de control y operación existentes. Sin embargo, en algunos casos, se puede justificar la eliminación del exceso de capacidad del condensador. Además, los operadores en climas que experimentan frío extremo en invierno o altas temperaturas en verano deben considerar los factores climáticos al realizar modificaciones en sus condensadores.

Elevadores de descarga

El tubo ascendente de descarga (la tubería desde la salida del bastidor del compresor al condensador) debe evaluarse para determinar el tamaño adecuado en función de los nuevos parámetros de funcionamiento del sistema. En muchos casos, el tamaño existente será adecuado. Sin embargo, si las modificaciones fueron lo suficientemente importantes como para crear un impacto suficiente en el sistema dado, es posible que sea necesario cambiar el tamaño de la línea para garantizar un retorno de lubricante suficiente al bastidor del compresor.

Control de invierno

Algunos condensadores pueden estar equipados con un dispositivo, conocido como control de invierno, que regula la presión de cabeza para evitar que caiga por debajo de la presión de condensación óptima durante condiciones de baja temperatura ambiente. Si el condensador tiene la capacidad de control de invierno y hay una reducción suficientemente significativa de la carga de calor de la carcasa (se sugirió una cifra del 35-40 por ciento como guía), la válvula de control de invierno debe revisarse y cambiarse de tamaño si es necesario.

Subenfriamiento

Si el condensador presenta subenfriamiento y la caída en caso de que la carga de calor sea suficiente (se sugirió una cifra del 35 al 40 por ciento como guía), es posible que sea necesario cambiar el tamaño del subenfriador y las válvulas de expansión asociadas.

Unidades de condensación unitarias

En los sistemas que cuentan con unidades de condensación unitarias, con una sola vitrina servida por un condensador remoto dedicado, es probable que el problema de la reducción de carga tenga un impacto más pronunciado que en los sistemas de racks múltiples. Esto se debe al hecho de que la unidad de condensación única opera bajo demanda basada únicamente en las condiciones en el caso servido, y originalmente está dimensionada para la carga anticipada del caso. Si bien un sistema de bastidor a menudo se puede modificar de una manera bastante sencilla para adaptarse a cargas de caja inferior (como desconectando un compresor o ajustando los controles existentes), esto puede no ser posible usando el equipo existente en una unidad de condensación remota dedicada. Si se deja que la unidad funcione como está con una carga de caja que es 50 por ciento o más por debajo de la que fue diseñada originalmente, la unidad de condensación tendrá un tamaño excesivamente grande y el resultado será un ciclo frecuente del compresor. Esto resultará en una operación altamente ineficiente debido al gran número de arranques y paradas del ventilador del condensador y del compresor, así como también un posible acortamiento de la vida útil del producto refrigerado debido a los ciclos rápidos de calentamiento y enfriamiento.

A la luz del resultado discrepancia entre la carga de calor de la carcasa y la capacidad de la unidad de condensación después de una modificación, se podría emplear una de dos medidas para acercar los dos valores. El primero de ellos sería el empleo de un regulador de succión electrónico o un dispositivo de control similar para mantener el flujo de refrigerante de modo que la unidad de condensación experimente un impacto reducido debido a la disminución de la carga. Sin embargo, dado que este paso permite que la unidad de condensación funcione de manera similar a como lo hizo con una carcasa abierta, esto significa que no se logrará el ahorro total de energía. Otra medida, si es factible en función del tamaño físico y la ubicación de las cajas, es la consolidación de múltiples cajas en unidades de condensación únicas. En este caso, una unidad de condensación unitaria que originalmente servía para una sola vitrina podría reconfigurarse para servir a dos cajas a través de la redirección de la tubería de refrigerante y otros ajustes. Se deben realizar cálculos adecuados para garantizar que la unidad de condensación existente sea capaz de acomodar las cargas máximas de múltiples casos.

Sistema eléctrico

Las operaciones de reacondicionamiento, por diseño, tienen el resultado previsto de cambiar significativamente los perfiles de demanda eléctrica de las vitrinas y los sistemas de refrigeración. El consumo eléctrico de la carcasa puede reducirse debido a los cambios en la iluminación y la potencia del ventilador, mientras que un bastidor de compresores reconfigurado para las carcasas modernizadas puede usar, incluso en el funcionamiento pico, mucha menos electricidad de la que necesitaba anteriormente. Si bien esto es deseable desde el punto de vista de la eficiencia energética y la reducción de costos, se debe tener cuidado para garantizar que el sistema eléctrico del edificio todavía tenga el tamaño correcto para el equipo de refrigeración según los códigos de construcción y seguridad pertinentes. Por ejemplo, los disyuntores existentes pueden estar muy sobredimensionados y es posible que no se disparen incluso en el caso de una situación de sobrecarga, lo que podría representar un grave peligro para la seguridad. Se debe consultar a una empresa o un ingeniero calificado para asegurarse de que se cumplan todos los códigos de construcción y los requisitos de seguridad eléctrica, y que el suministro de electricidad y las conexiones del edificio tengan el tamaño adecuado para el nuevo perfil operativo del sistema. Las vitrinas y los sistemas de refrigeración generalmente están etiquetados de manera que reflejen la certificación necesaria del equipo, generalmente UL y NSF para el primero y UL para el segundo. Los cambios en la composición física de las cajas por medio de cambios y adiciones de componentes, así como los cambios en el sistema eléctrico de las cajas, probablemente requerirían una recertificación con estos organismos. Del mismo modo, cualquier cambio en los componentes del bastidor puede requerir una recertificación.

Recarga del sistema

Cualquier trabajo en la parte sellada del sistema de refrigeración habrá requerido la evacuación del refrigerante en el sistema antes de realizar las modificaciones. Antes de reiniciar el sistema, el contratista de refrigeración debe asegurarse de que las porciones que han sido evacuadas se recarguen adecuadamente a los niveles necesarios utilizando el refrigerante apropiado. Se debe prestar especial atención a cualquier modificación del sistema que pueda resultar en un cambio en la carga de refrigerante necesaria. Por ejemplo, debido a las reducciones de carga en el sistema, el serpentín del evaporador de cada caja puede requerir una carga mayor, lo que resulta en la necesidad de agregar más refrigerante a la totalidad del sistema antes de que vuelva a funcionar.

NOTA DEL EDITOR: Este trabajo se logró con la orientación de Brian Holuj, Jason Koman y Kristen Taddonio del DOE, y a través de las contribuciones de muchos miembros y representantes de la industria de Better Building Alliance (BBA). El DOE desea reconocer particularmente los esfuerzos de las siguientes partes: DC Engineering, Hillphoenix, Hussmann Corp., REMIS America LLC y REMIS GmbH, y Zero Zone Inc.

Este informe debe verse como una guía general de las mejores prácticas y factores que deben considerar los usuarios finales que están planificando o evaluando una operación de modernización, en lugar de un conjunto completo y exhaustivo de pasos específicos a realizar al modernizar las vitrinas. Siempre se debe contratar a un ingeniero o empresa de refrigeración calificado para que supervise cualquier proyecto de modernización. Este informe fue elaborado como un relato del trabajo patrocinado por una agencia del gobierno de los Estados Unidos. Ni el gobierno de los Estados Unidos, ni ninguna agencia del mismo, ni ninguno de sus empleados, ni ninguno de sus contratistas, subcontratistas o sus empleados, otorga ninguna garantía, expresa o implícita, ni asume ninguna responsabilidad legal o responsabilidad por la exactitud, integridad, o la utilidad de cualquier información, aparato, producto o proceso divulgado, o que represente que su uso no infringiría derechos de propiedad privada. La referencia en este documento a cualquier producto, proceso o servicio comercial específico por nombre comercial, marca comercial, fabricante o de otro modo, no constituye necesariamente ni implica su respaldo, recomendación o favoritismo por parte del gobierno de los Estados Unidos o cualquier agencia, contratista o subcontratista del mismo. .

Fecha de publicación: 15/7/2013

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