Evaporador de placas en sistemas de refrigeración

Preparado por el Sr. Sergio Cerda, Ingeniero en Climatización, Alfa laval Chile SACI. Dentro de los 4 dispositivos del circuito básico de un sistema de refrigeración: Compresor, Condensador, Válvula de expansión y Evaporadores nos concentraremos en este último. Tenemos diferentes tipos de evaporadores que actuan en los sistemas:

1. Evaporador de Expansión Directa

La mezcla bifásica a la salida de la válvula de expansión, entra directamente en el evaporador. Allí se evaporará completamente y el vapor sale ligeramente recalentado. Dicho recalentamiento se utiliza como sistema de control de la válvula de expansión, Figura 2A.

A la finalización de la evaporación, cuando el contenido de vapor se aproxima al 100%, el modo de transferencia de calor es por convección de la fase gaseosa, y por lo tanto bajo. La superficie de intercambio es por lo tanto mayor que en el caso de un evaporador con recirculación, pero no se requiere un separador especial.

2. Evaporador por termosifón

El líquido refrigerante se vaporiza en la válvula de expansión, antes de entrar en el separador de líquido-vapor. La parte líquida de refrigerante procedente de dicho separador fluye hacia el evaporador, donde se vaporiza parcialmente. Esta mezcla bifásica, se separa de nuevo en el separador mientras que el vapor se dirige hacia el compresor, la parte de líquido restante fluye de nuevo hacia el evaporador. Este sistema es válido tanto para freones como para amoniáco, sólo varía el sistema de recuperación de aceite (no indicado aquí).

2. a Evaporador con bomba de recirculación

Este es el mismo diseño que un evaporador por termosifón a diferencia que aquí la recirculación está forzada por una bomba. Con esta configuración, se obtiene un mayor grado de libertad para la localización del separador. La distancia vertical se puede incrementar y se pueden añadir válvulas y codos. También es adecuado si repentinamente se espera una subida en capacidad así como retro-flujo es imposible.

2. b Evaporador con recirculación en el evaporado r por inyección

Esta configuración se encuentra a medio camino entre un termosifón y un evaporador por expansión directa. La expansión del refrigerante actúa como un eyector que facilita la recirculación en el evaporador. Es complicado que este sistema opere correctamente. El eyector tiene que estar diseñado cuidadosamente y operar de forma continua, sino hay peligro de retorno de flujo. Es tambien necesario con un distribuidor vapor –líquido en la entrada.

Debería ser utilizado únicamente con aceite soluble. El aceite insoluble atomiza en el eyector y una parte entra en los canales sin tiempo para depositarse en los mismos. En los canales, éste contamina la superficie de transferencia de intercambio y entonces disminuye la transferencia de calor.

3. Intercambiadores Soldado y Semisoldados

La elección de qué tipo de Intercambiador usaremos como evaporador la debemos definir por el tipo de sistema y rango de capacidades que estamos cubriendo. Es decir, evaporador por expansión directa, bombeado o termosifón y si los rangos de capacidad se encuentran dentro de lo que recomienda el fabricante.

Para todas estas opciones de evaporadores en refrigeración podemos ocupar intercambiadores de calor soldado (Figura 3A) sin juntas ni bastidores o semisoldado con Juntas bastidor y placas semisoldadas (Figura 3B).

Las capacidades que cubren los intercambiadores de calor soldado termofusionados es dentro de 1 – 500KW donde podemos evaporar freones para un chiller que está refrigerando agua, glicol u otra salmuera.

Con respecto a los Intercambiadores de calor semisoldados, los rangos de trabajo pueden ir desde 15KW hasta más de 3000KW para evaporar freones y enfriar agua o glicoles.

Uso del frío en la industria de la uva Preparado por el Sr. Tomás Cané, Ing. Industrial PU C.

La industria de la uva ya sea para producción de vino o de mesa enfrenta serios desafíos en países que pierden competitividad al revalorizar sus monedas, con costos crecientes de mano de obra y legislación ambiental cada vez más exigente. Los desafíos actuales son minimizar el uso de recursos no renovables, como la energía requerida para enfriar las uvas; manejo consciente y mínimo de productos no reciclables como plástico, elementos contaminados con fertilizantes o desinfectantes como dióxido de azufre; uso de refrigerantes y otros gases que no dañen la capa de ozono y tengan bajo impacto ambiental global, disminuyendo polución del aire no venteándolos a la atmósfera incluyendo SO2; recuperar y reciclar deshechos orgánicos minimizando malos olores o atracción de insectos.

Antes de comenzar a tomar medidas, todo proceso debe contar con un buen diagnóstico de los problemas y definir un conjunto de variables que sean objetivamente medibles y puedan ser usadas para mejorar cada uno de los puntos mencionados en la introducción. Una variable muy importante es medir la energía que se gasta en cada etapa del proceso de la uva, siendo el gasto en refrigeración usualmente del orden del 40% o más del gasto total de energía.

¿Cómo se puede mejorar el gasto total de energía?

En el huerto:

La calidad de las uvas cuando son cosechadas es el factor determinante en la calidad de la fruta o del vino que se puede fabricar de ellas, pero como toda fruta mantiene sus actividades fisiológicas al momento de ser cortada, como respiración, síntesis y sobre todo se acelera la degradación de compuestos orgánicos que ahora no reciben vía el tallo, por lo que la calidad varía aceleradamente durante este período.

Variables como el contenido de azúcar, contenido de ácido tartárico por gramo de jugo, PH e incluso variaciones del color y olor ocurren a mayor taza desde que el racimo es cosechado hasta que se inicia el proceso de limpieza, separación y en el caso de producción de vino el aplastamiento de la uva y posterior enfriamiento que permite disminuir la velocidad de los procesos de degradación del producto.

Esto es tan importante que días o noches calurosos previos a la cosecha pueden producir coloración anormal, bajando el nivel de azúcar. La amplitud térmica afecta distinto a diferentes variedades. Se han hecho estudios en la variedad Kyoho que reducir la temperatura nocturna de la uva de 25ºC a 15ºC rociándolas con agua logrando mejorar la calidad del producto procesado sin afectar su crecimiento. Es por esto que algunos productores de zonas calurosas durante la cosecha, cortan la uva de noche, usando tubos de fluorescencia química o inducida, no sólo para mejorar la

calidad del producto sino también disminuir la carga térmica, logrando un ahorro energético.

Estos procesos de enfriamiento previos a la cosecha han sido usados por muchos años en uvas con racimos formados por gajos largos que exponen la uva al sol o que requieren niebla para su adecuado crecimiento, protegiendo las variedades sensibles a la luz solar (como la Nebbiolo del norte de Italia o Barbera en EEUU) mejorando su calidad y evitando el quemado del producto por el sol. El proceso debe ser controlado para no introducir enfermedades y minimizar el crear ambientes propicios para que esporas dañinas se abran y reproduzcan velozmente.

En días calurosos, la evaporación del agua nebulizada a las uvas, en ambientes con aire de 40% a 50% de humedad relativa, puede bajar la temperatura de la uva entre 10ºC a 15ºC por debajo de la temperatura ambiente. Limitando el rociado a las horas de mayor calor se previenen las condiciones continuas de humedad que requieren hongos y moho u otras pestes. Regulando el tiempo de nebulización se evita que mucha humedad llegue al piso para evitar agregar humedad indeseada.

Agregar agua nebulizando es siempre efectiva para bajar la temperatura de los racimos pero si es efectiva o no para agregar humedad al microclima del parronal depende mucho de la frecuencia de riego, vientos prevalecientes, la inclinación del terreno, exposición de la planta al agua y manejo y poda del dosel para controlar el sol sobre los racimos. En general la variable viento es poco predecible en zonas donde se producen por efectos térmicos como en lomas o en el llano pero cerca de cerros altos.

Es conveniente instalar líneas de agua independientes que las de regadío por goteo para independizar los tiempos de funcionamiento de ambas redes, evitando que los nutrientes enviados a la tierra puedan interactuar en forma indeseada con la planta aérea, también para alimentar con agua filtrada o blanda a los rociadores minimizando depósitos de carbonatos sobre la fruta. La nebulización puede ayudar también a disminuir daños por heladas, siempre que el agua pueda aportar suficiente calor y servir incluso como protección contra una descongelación rápida una vez congelada la vid, disminuyendo los daños. Por supuesto hay que mantener el sistema de nebulización operativo durante y posterior a la helada, su efectividad y operatividad dependerán de la temperatura ambiente.

A diferencia de las uvas de mesa, los fabricantes de vino no necesitan cometer el error de intentar enfriar las uvas después de guardarlas en envases aislantes. Don Egon Schmid (QEPD), miembro del directorio fundador de la cámara Chilena de Refrigeración y Climatización A.G. tenía un ejemplo que ilustraba perfectamente este error, invitándonos a un ejercicio mental, obligándonos a imaginar que estamos en una sala de reuniones sumamente calurosa. ¿Qué pensarían los asistentes si antes de encender el aire acondicionado se los obliga a ponerse ropa a brigada?. Esto es exactamente lo que hacen con la uva de mesa, procesando, limpiando y envasando la uva en hermosos envases aislantes térmicos como cartón corrugado antes de enfriarla, con bolsas de plástico que no sólo dificultan el flujo de aire alrededor de los racimos, formando una capa de aire sin movimiento entre el racimo y el plástico sino que son aislantes que frenan el proceso de enfriamiento.

No se debe confundir el efecto beneficioso que produce una bolsa que evita la circulación de aire en la pudrición de la fruta una vez envasada y enfriada que incluso ayuda a retener el frío por mas tiempo, con el efecto negativo que produce antes de ser enfriada. Es un hecho establecido que mientras más rápido se enfrían los tejidos vivos, es mejor su duración en el tiempo porque disminuye la velocidad de todos los fenómenos de transporte químicos y bioquímicos que producen por ejemplo la degradación del nivel de azúcar en la uva, disminuyendo los sólidos solubles en suspensión, o la pérdida de los componentes aromáticos.

Un sistema de enfriamiento que quiera maximizar la calidad del producto debe comenzar en el huerto a escasos minutos de la cosecha. Es entonces cuando el frío puede frenar en mayor medida todo los procesos enzimáticos y extender al máximo eltiempo de duración del producto.

En el caso de la uva de mesa que es un fruto delicado hay que extremar el cuidado para no producir daños mecánicos a la superficie de la fruta porque su jugo es además caldo de cultivo para muchos agentes que deterioran la calidad. Por el mismo motivo y para evitar posibles daños que permitan introducir enfermedades al tallo, no es conveniente enfriarlas sumergiéndolas en agua. Tampoco es conveniente mantenerlas al sol en ningún momento después de la cosecha. Cabe recordar que el tallo es además el sostén de la fruta y su aspecto y duración es importante para el aspecto global del racimo.

Si no se cuenta con una sala de proceso con control de humedad no conviene enfriar en el predio a una temperatura inferior a la temperatura de punto de rocío máxima correspondiente a la temperatura de bulbo seco y humedad relativa de todos los lugares por donde pasará la uva entre el predio y la sala de proceso.

A pesar de contar con un hollejo relativamente impermeable, puede evaporar agua por respiración si se encuentra en un ambiente muy seco por lo que la humedad relativa al enfriarlas debe ser como mínimo del 90%, por lo que el diferencial DT1 (Ver la definición del diferencial DT1 en el artículo “Variables que permiten diagnosticar un sistema de refrigeración mecánica de expansión directa y seca”.) de un intercambiador de calor no debe superar los 5ºC en la peor condición de operación durante el enfriamiento o es posible que requieran humidificar.

La operación debe ser limpia o el tiempo que permanece la vid en estos enfriadores cortos para evitar daños por hongos. En todo caso la limpieza de los enfriadores cercanos a la cosecha debe ser muy acuciosa y posiblemente incluir productos aceptados de desinfección. Existen múltiples maneras en que este enfriamiento puede ocurrir al borde del viñedo.

La temperatura adecuada de enfriamiento depende de la variedad de uva y del propósito para lo que se va a usar, pero conviene evitar el congelamiento por el daño producido a la baya. Las temperaturas ideales van desde los -1ºC hasta los 4ºC siendo valores típicos para la temperatura máxima de congelación -2ºC y disminuye a mayores concentraciones de sólidos solubles como azúcar, no así los tallos que se congelan a -2ºC y dañarlos puede significar la introducción de enfermedades prematuras al racimo. Cabe notar que algunas variedades sufren daños por frío al bajarlas de +4ºC.

En la sala de proceso:

La sala de proceso debe proveer un ambiente controlado y limpio donde se pueda procesar la fruta cuyo principal objetivo es evitar variaciones bruscas que eleven la temperatura del producto.

En ningún caso es el objetivo de una sala de proceso enfriar el producto y salas así diseñadas pierden su propósito y pueden producir más problemas que soluciones considerando no sólo la producción sino eficiencia energética y productividad de la empresa en su conjunto.

Enfriar las salas de proceso es práctica común y antigua para elaboradoras de uva de mesa, permitiendo preservar la calidad del producto que de estar bien manejada debe mantener ciertas pestes alejadas de la fruta como las moscas, sin embargo estas instalaciones también deben estar bien diseñadas desde un punto de vista laboral y de eficiencia energética.

Un proceso de evaporación ideal ocurriría sin diferencia de temperatura entre el fluido refrigerante y el aire. Es decir si el evaporador o enfriador fuera de superficie infinita, la temperatura del aire llegaría a ser exactamente igual a la temperatura del fluido que enfría. En un mundo real esto no es así y esta diferencia juega un rol muy importante en la eficiencia total del sistema.

Hay que considerar que para extraer el calor de un cuerpo la transferencia de calor por convección forzada depende de dos variables físicas, que son la diferencia de temperatura y la velocidad del aire. Distintas combinaciones de estas variables producen el mismo resultado pero no así la misma eficiencia energética. En general es más eficiente enfriar con velocidades altas de aire pero también hay que tener en cuenta que a mayor velocidad del aire se produce mayor deshidratación del producto y por lo tanto mayor pérdida de peso. La uva tiene una alta relación de superficie/volumen por lo que el frío puede penetrar fácil y rápidamente si no hay impedimentos. Si se reduce el tiempo de contacto entre el producto y aire a alta velocidad, lo que se puede hacer porque se enfría rápido y como la pérdida de peso disminuye a temperaturas menores, ambas variables permiten manejar la deshidratación.

En general es mejor enfriar con aire a alta velocidad durante un corto tiempo que demorar el proceso de enfriamiento porque ambas pueden producir la misma pérdida de peso pero la calidad del producto mejora mucho si se enfría rápido y la productividad de la empresa aumenta si puede operar más de un turno.

Estas diferencias de temperatura juegan un rol fundamental en el bienestar de quienes trabajan en las salas de proceso, porque mientras menor sea el impacto de trabajar a bajas temperaturas, habrán menos licencias por enfermedades, menos enfermedades laborales a largo plazo y mayor productividad porque el trabajador se siente más confortable.

Por lo anterior hay que disminuir la velocidad con que el aire golpea al trabajador además de la diferencia de temperatura entre el trabajador y el aire, porque ambos

son mecanismos para extraer el calor de la persona y pueden causar ausentismo laboral e incluso enfermedades crónicas.

La solución es entonces usar evaporadores o enfriadores de alta superficie para aumentar la temperatura del aire de descarga tanto como sea posible, cumpliendo con la temperatura deseada en la sala y también aumentar la superficie para transferir la cantidad de calor deseada a los equipos con una velocidad de aire baja. La baja velocidad del aire tiene varios efectos positivos. Por un lado el aire que golpea a un trabajador haciendo labores físicas no aumenta el efecto de enfriamiento acelerado y por otro aire a altas velocidades en una sala de proceso puede ayudar a diseminar enfermedades de transmisión aérea (bioaerosoles) que afectan transmitiéndose entre las personas, entre las personas y el producto, de producto a producto y lo que es peor entre el ambiente, las personas, el producto y el mismo evaporador o enfriador.

Si un bioaerosol o esporas de hongos y moho llegan al evaporador o enfriador, consiguen humedad permanente y temperaturas aptas para su reproducción, como lo hacen las esporas de ciertos hongos como algunas variedades de penicillium, mohos y otros agentes incluso patógenos. Estos agentes suelen vivir y reproducirse dentro o cerca de los evapora-dores por lo que es necesario tener fácil acceso a su interior para realizar limpiezas periódicas igual como deben hacerse a instrumentos de trabajo, mesas, máquinas muros y cada rincón dentro de la sala de proceso aunque no se necesite limpiar con la misma frecuencia, porque el proceso de contaminación es por vía aérea y más lento que las herramientas manipuladas directamente o en contacto con el producto.

Tener evaporadores con serpentines con recubrimientos anti corrosión ayuda si facilitan la evacuación del agua como lo hacen los recubrimientos vinílicos, también se les puede agregar agentes bactericidas o fungicidas dentro del recubrimiento mismo. Pero no hay nada mejor que lavarlos con vapor de agua caliente o por último con agua a presión, a una velocidad de salida que no dañe el aleteado pero con la suficiente fuerza para remover mecánicamente cualquier contaminación.

Una variable clave para conservar el aspecto y apariencia brillante de la uva es evitar someterla a condiciones en que pueda condensar agua sobre la fruta. Esto se logra con un manejo adecuado de dos factores:

-La temperatura de la uva al ingresar a la sala de proceso.

-El manejo de la humedad relativa dentro de la sala de proceso.

-Como esto es fácil de hacer, la condensación de agua no debería ser nunca excusa para no enfriar todo lo posible la uva antes de limpiarla.

Tratamiento posterior a la sala de proceso:

Tradicionalmente después de la sala de proceso es cuando la uva ingresa en mal copiados túneles llamados tipo “Californiano” porque ahí fueron inventados. Previamente las cajas son puestas en pallets donde con suerte los agujeros en las cajas de cartón (o madera) están alineados en un solo sentido del pallet. Si no es así,

la caja de las uvas exteriores puestas en otra dirección tapan las perforaciones de las cajas interiores dificultando más todavía el enfriamiento.

Si durante el proceso de enfriamiento en el túnel usted debe cambiar de posición los pallets para lograr un frío uniforme puede tener cualquiera o una combinación de los siguientes problemas:

-Mal estibadas las cajas en el pallet de manera que las perforaciones de unas cajas no enfrenta a las perforaciones de la caja adyacente, dificultando el flujo de aire. En caso necesario se deben modificar las perforaciones de las cajas.

-Mal estibados los pallets de manera que no se respeta la circulación de aire frío por al menos tres caras con la corriente de aire principal paralela a las caras más largas.

-Mal puesta la carpa permitiendo cortocircuitos de aire frío.

-Caída de presión excesiva por el circuito de aire alrededor de los pallets que puede producir varios efectos incluyendo fuerzas sobre la carpa que la desarman o sacan de su lugar durante la operación, produciendo cortocircuitos de aire frío.

-Obstrucciones en el serpentín.

-Mala distribución de refrigerante en el serpentín.

-Mala inyección de refrigerante al serpentín. Esto incluye mal balance entre el serpentín y el dispositivo de expansión.

-Carga térmica adicional ya sea por sobrecarga del túnel o por mayor conducción de calor por las paredes.

-Aperturas innecesarias de la puerta o infiltración de aire exterior por aislamiento o paredes en mal estado.

Los evaporadores modernos pueden contar con ventiladores incorporados que optimizan la potencia consumida, capaces de vencer una caída de presión externa especificable, con flujo homogéneo de aire por todo el serpentín y sobre todo tienen bien diseñado el sistema de distribución de refrigerante, todas variables que afectan la eficiencia y desempeño del túnel. El único motivo para usar túneles con serpentines hechizos y soluciones ad hoc que sólo tendrán un comportamiento apenas aceptable contra soluciones probadas y mejor aún avaladas por laboratorios independientes como las tienen las certificaciones EUROVENT (ver www.eurovent-cecomaf.org) que garantizan que la selección en el papel se cumplirá en la práctica; es reducir el costo inicial del proyecto aumentando los costos de operación y obteniendo menor rentabilidad total del proyecto.

Cálculo térmico:

El cálculo térmico certero es ciertamente la mejor herramienta para asegurar un proyecto eficiente de frío en cualquier industria. Lamentablemente existen incertezas como la cantidad real de producción y el crecimiento proyectado de producción. En el caso de la agricultura la producción puede ser muy variable. Por esto conviene tal vez

no utilizar un solo compresor para hacer frente a todo el frío de la empresa sino dividirlo en más unidades de manera de proveer un control de capacidad eficiente apagando compresores y reducir el costo operacional, de paso mejorando además la disponibilidad de repuestos en el futuro.

El uso de varios compresor aumenta el costo inicial del proyecto porque duplica componentes y posiblemente obliga también a racionalizar y dividir la carga térmica en varias cámaras de manera de suavizar un proceso de producción por lotes haciendo que se carguen distintos túneles de frío en la medida que avanza la producción.

Además de adaptarse mejor a la carga térmica otra gran ventaja de este tipo de división es disminuir los riesgos de pérdida de producción por fallas de equipo lo que posiblemente empuje a una mayor división de procesos, análisis de cuello de botella y tamaño del lote ideal dadas variables como cantidad de mano de obra, maquinaria, tasa de producción y otros que pueden ser susceptibles de un estudio de optimización antes de iniciar el proyecto.

Las principales variables a considerar para dimensi onar la cantidad total de frío son:

-El espacio total requerido de almacenamiento.

-Tiempo esperado que el producto permanezca en almacenamiento.

-Método y tasa de carga de producto a las cámaras. La tasa debe medirse en masa por unidad de tiempo, no en “cajas” o “pallets” que pueden prestarse a interpretación.

-Temperaturas de ingreso de la uva. En el caso de cajas esta debe medirse con termocuplas o registradores instalados en el centro de la caja.

-Temperatura de enfriamiento que dependerá de la variedad y destino del producto.

-Tiempo de enfriamiento que también depende de la variedad y destino del producto.

-Procedimiento seguido durante la carga y una vez cargada la cámara que afecten la infiltración de aire a mayor temperatura.

-Tipo, ubicación y potencia consumida por los motores del evaporador.

-Tipo de refrigerante.

-Espesor del aislamiento y muros.

-Tratamientos o terminaciones de las superficies exteriores, incluyendo ventanales, lucarnas, tragaluz su orientación, número de horas de exposición al sol y manejo en caso de pasillos o salas de proceso.

Para minimizar el consumo de energía hay que cons iderar lo siguiente:

-La carga térmica total de la cámara.

-Velocidad del aire.

-Diferenciales de temperatura clave como DT1.

-Antecámaras y espacios de almacenamiento intermedio en lo posible con frío o al menos siendo alimentados por la apertura de cámaras disminuyendo infiltración.

-Flujo de mercadería por esta cámara y las adyacentes incluyendo conocimiento del proceso y trazado (layout) para además minimizar los costos de transporte.

-Pasillos y ambiente controlado de todo el recorrido del prducto post limpieza.

Las tasas de respiración de la uva no deberían producir problemas para enfriamiento rápido como lo son al pie de la parra y en túneles californianos, aunque aumentan a altas temperaturas, suelen incidir más en períodos prolongados como son las cámaras de mantenimiento aunque su tasa haya disminuido por el frió. Valores típicos son:

Las velocidades de aire típicas para mantenimiento post proceso (mantenimiento de largo plazo) son de 0,1 a 0,2 m/s pero cabe recordar que se supone que sólo se debe retirar el calor de respiración junto con CO2 y otros gases que aceleran el deterioro del producto de no ser retirados. Estas velocidades son absolutamente inadecuadas para producir cualquier enfriamiento que cambie significativamente la temperatura en el centro de cajas corrugadas de cartón.

Los datos termo físicos varían según cada variedad de uva y dentro de cada variedad según el porcentaje de sólidos disueltos, pero los valores promedio permiten un cálculo bastante cercano y se encuentran en la Tabla 2. Aunque no se recomienda y en Chile no es usual usar esta baya en atmósfera controlada debido a la cercanía y/o rapidez en la venta aún en mercados lejanos, la Tabla 3 muestra las condiciones a mantener.

La velocidad y caudal de aire para que el frío penetre al centro de los envases depende fuertemente del tipo de perforaciones y estiba, sin embargo se debería tener una velocidad mínima de 1,8 m/s en los pasillos de las caras más largas de la caja y con un caudal no inferior a 6 m3/h por kilo de fruta.

Poco trabajo se ha hecho para repetir la experiencia de los Señores Ramón Frederik y Flavio Comunian para obtener datos de coeficientes de transmisión de calor de las cajas de madera usadas antaño para envasar. Debido a la naturaleza aislante de los materiales usados hoy en día y que las perforaciones son menores que las de esa experiencia se debería espera que estos coeficientes sean notoriamente menores a los determinados por ellos, que estuvieron en el rango de 8 a 13 W/m2/K.

Hacen falta experiencias que investiguen cómo penetra el frío al centro de las cajas individuales y en los pallets estibadas utilizando la máxima carga por pallet lo que implica cargar los envases en distintas direcciones, sin exponer la cara más larga de los envases exteriores y sobre todo teniendo algunas cajas que quedan sólo con la

cara más corta expuesta. Sin duda en este caso se encontrará que esas cajas jamás podrán cumplir con los tiempos de enfriamiento y apoyan la tesis de enfriar antes de embalar en envases aislantes. Al autor le gustaría saber si algún productor lleva estadísticas de producto rechazado en destino que provenga de estas cajas versus las que tienen las caras más largas expuestas a la corriente de aire en el túnel californiano.

Eficiencia y corrosión:

Es imposible mantener la eficiencia energética usando evaporadores o enfriadores que han perdido gran parte de su superficie de intercambio por corrosión o malos manejos mecánicos. Un evaporador que pierde el 10% de su superficie en una cámara de mantenimiento que opere a +4ºC operará con un diferencial 1ºC mayor si las pérdidas son en su cara frontal responsable de la evaporación de las últimas gotas de refrigerante líquido causando que la zona de sobrecalentamiento retroceda dentro del serpentín si tiene una válvula de expansión termostática.

Un compresor semihermético convencional de 40Hp usando R22 que debe trabajar a menor presión para compensar la pérdida rendirá 3% menos y consumirá 0,8% menos lo que se traduce en un gasto adicional de energía del 2% porque el compresor debe operar durante más tiempo para enfriar igual que antes. Si cuenta con medidas de consumo del compresor y tiene a mano la cuenta de su proveedor eléctrico, puede evaluar fácilmente cuántos pesos mensuales significa un ahorrar 2% de consumo sólo evitando la corrosión del evaporador. Si no tiene mediciones del consumo del compresor, considere que el 40% del valor de su cuenta es consumo por refrigeración en la época del año correspondiente.

Es un error no considerar los gastos de energía y tiempos de proceso porque el enfriamiento se puede hacer mucho más eficientemente a costa de mayores operaciones y tiempo, pero el beneficio es tanto en consumo de energía como en mejoramiento de la calidad del producto al enfriar en menor tiempo, que si no se mide pueden sacar conclusiones erróneas.

La corrosión por uso de productos químicos se puede prevenir fácilmente haciendo una compra inteligente de evapora-dores con recubrimiento vinílico que protege los materiales del contacto con productos corrosivos y está garantizado de por vida siempre que no se deteriore el recubrimiento por medios mecánicos como raspándolo con destornilladores o cuchillos.

Esta compra de evaporadores adecuados puede aumentar costos iniciales del proyecto pero también amortizar las diferencias en menos de dos años de operación y un evaporador típico puede durar sin problemas operativos por 10 años. En una economía competitiva y estable, las viejas prácticas de exigir retornos cortos de la inversión deben dar paso a una visión de largo plazo donde sobrevivirá sólo aquél con menores costos de operación y es el que obtendrá el mejor retorno total sobre la inversión.

Conclusiones:

Si bien faltan estudios sobre las variedades nacionales, el enfriamiento anterior a la cosecha es una alternativa económica y eficiente al menos desde el punto de vista térmico debido a la baja humedad relativa del aire a las horas de mayor calor.

Cosechar a bajas temperaturas y enfriar el producto en el menor plazo posibles después de cortado el racimo son procedimientos que deben ser considerados en los flujos de procesos modernos, donde existe la tendencia a llevar el frío hasta el punto de la cosecha. Usar evaporadores o enfriadores de alta superficie y bajo diferencial de temperatura disminuye el ausentismo laboral, disminuye las enfermedades laborales crónicas y reduce la contaminación cruzada del producto, por existencia de bioaerosoles.

El uso de evaporadores adecuados, minimiza gastos de energía que se producen tanto por corrosión durante la vida útil del equipo o por el uso de ventiladores con la potencia y caudal adecuados.

Falta información y estudios serios que permitan mejorar los tiempos de enfriamiento y modificar las prácticas de estiba de producto en pallets y en túneles para poder predecir cuáles son los daños ocasionados en mermas por enfriar después de envolver el producto en envases aislantes

Bibliografía:

1. -ASHRAE Handbook, Refrigeration 1998, capítulo 8, Thermal Properties of Foods.

2. -ASHRAE Handbook, Refrigeration 2002, capítulo 8, Thermal properties of Foods.

3. -ASHRAE Handbook, Refrigeration 2002, capítulo 10, Commodities Storage requirements.

4. -ASHRAE Handbook, Refrigeration 2002, capítulo 14, Methos for precooling fruits, vegetables and cut flowers.

-Revista “Good Fruit” Vol. 57 No. 11 Junio de 2006

-Efecto del tipo de bolsa, generador y bottom pad en la conservación prolongada de uva de mesa tipo Red Globe, Antonio Morales (Ms) y José Antonio Soza Parragué (Ing UCh). www.uvademesa.cl

-Table Grapes Post Harvest Quality Maintenance Guidelines, Carlos H. Crisosto, Joseph L. Smilanick, International Symposium on Table Grape Production Junio 28 de 1994, American Society for Enology and Viticulture, p 195 a 199.

-Determinación de pérdidas de carga y coeficientes de convección en el enfriamiento de uva por aire forzado en pallets, Frederick G. Ramón, Ing UCh, Proyecto Fondecyt 89/0826.

-Caída de presión del flujo de aire a través de pallets de uva, Frederick G. Ramón, Ing. UCh, Proyecto Fondecyt 89/0826.

-Air Cooling Characteristics of Simulated Grape Packages, Ramón L. Frederik y Flavio Comunian, Dpto Ing. Mecánica UCh, International communications in Heat and Mass Transfer, Vol 21, Nº 3, pág. 447-458, 1994.

Variables operativas que permiten diagnosticar

un Sistema de Refrigeración Mecánica de Expansión Directa y Seca

Preparado por el Sr. Tomás Cané, Ing. Industrial PU C.

Introducción: Las empresas que se dedican a hacer mantenimiento de los equipos de refrigeración suelen producir informes que consisten en largas listas que o bien se marcan o bien se debe evaluar con valores estándares como “bueno”, “malo” o “regular”. Estas listas rara vez se adaptan exactamente al requerimiento de cada cliente y lo que es peor, una evaluación de “regular” no dice nada en cuanto al tiempo en que el sistema va a seguir prestando funciones. Si bien al final de la hoja se mide y registra la “presión de alta” y “presión de baja” rara vez están bien definidas y lo que es peor no sirven miradas en forma aislada en un papel sino en un gráfico que marque una tendencia. El propósito de este artículo es definir claramente qué variables de un sistema de refrigeración mecánica pueden contribuir a un buen diagnóstico, que permita hacer mantenimiento preventivo siempre que se estudie su variación en el tiempo. Un sistema de refrigeración mecánica básico, consiste en componentes principales unitarios como compresor, condensador, dispositivo de expansión y las tuberías que los unen (fig1).

Todo diagnóstico preventivo debe basarse en medir a tiempo desviaciones del comportamiento esperado del sistema. Si bien algunas descripciones cualitativas sirven, como por ejemplo lo son las que describen visualmente el estado de un serpentín que puede estar cubierto de polvo o de un compresor que puede presentar decoloración, estas no son útiles en determinar qué mantenimiento preventivo debemos hacerle al sistema.

Las hojas con variables cualitativas sólo le sirven al cliente si es que quiere evaluar el trabajo del técnico y realizar él la inspección visual, pero el técnico debe realizar mediciones con instrumentos adecuados que el cliente no tiene.

Tampoco hay que elaborar listas largas de 60 o más ítems que tienen poco sentido realizar muy a menudo como lo es el apriete de pernos, que puede realizarse en forma semestral o de menor frecuencia. Es decir no debe existir una lista con muchos ítems sino varias listas, cada una con variables que se deben evaluar con la misma frecuencia. Si la limpieza de los evaporadores es crítica, la casilla de

verificación de los evaporadores debería estar junto con la lista de medición de variables relevantes y separadas del “apriete de pernos”.

Pero el dicho “pastelero a tus pasteles” también debe entenderla el dueño del equipo y no dejar al personal de refrigeración tareas poco calificadas y que se deben realizar muy frecuentemente como lo es apretar los pernos o más calificadas pero que quedarían mejor hechas por otro departamento como lo es tensar las poleas de un aire acondicionado de una retro escavadora que deberían ser realizarlas periódicamente en un equipo de revisión mecánica y no de refrigeración.

La lista de variables a verificar debería ser parte del proceso negociador al principio, lo que permite además eliminar aquellas variables que no son necesarias para un cliente y definir distintos tipos de procesos que se harán cada uno a su tiempo y posiblemente a distintos costos. Así un cliente que quiere ahorrar, puede extender mantenciones menos invasivas y dilatar otras reduciendo el costo pero no viéndose en la necesidad de eliminar a todo el equipo que hace los mantenimientos.

Definir el comportamiento esperado del sistema es muy fácil para el diseñador que seleccionó los componentes principales y tuberías usando algún criterio que le permite inferir entre qué rangos se mueven las variables físicas que gobiernan el sistema.

Si el cliente no tiene un manual de operación o servicio del sistema, no puede contestar fácilmente qué puede esperar del sistema, pero tiene la ventaja de operarlo físicamente y puede conocer cómo evolucionan las variables físicas en respuesta a variables ambientales y de carga del sistema, siempre que haya superado las etapas de puesta en marcha y marcha blanca.

Incluso medir durante estas etapas puede arrojar datos clave sobre los problemas que tuvo el sistema o modificaciones que hubo que hacer para adaptarse a las condiciones de operación en régimen.

Un sistema de expansión directa es aquel en que la expansión que enfría el refrigerante ocurre directamente o a corta distancia de los tubos del evaporador y la expansión seca significa que del evaporador sólo debe salir gas sobrecalentado.

La filosofía de control está dada por el conjunto de decisiones que relacionan variables físicas como presión, temperatura, cantidad de hielo y tiempo con variables eléctricas y los componentes que las controlan, como presostatos, termostatos, temporizadotes y muchos tipos de conversores y controladores electrónicos.

Una aplicación está definida por el tipo de compresor y componentes, la filosofía de control, el tipo de deshielo, el refrigerante a usar y el rango de temperaturas y presiones dentro del cual el sistema debe mantenerse.

El concepto de estabilidad históricamente ha tenido gran importancia en el estudio y diseño de sistemas, sin embargo es difícil definirlo para sistemas no lineales como son los circuitos de refrigeración mecánica, que además varían en el tiempo. Para estos casos se suele definir un tipo de “estabilidad” relacionada con que la respuesta del sistema sea acotada.

Un diagnóstico invasivo del sistema consiste en desarmar, abrir, destruir y analizar patrones de desgaste en el compresor, depósitos o mugre en el fondo de acumuladores de succión, separadores de aceite, en filtros de succión, de línea de líquido y de línea de aceite, para analizar qué tipo de productos están atrapando o qué tipo de desgaste presentan.

Un diagnóstico semi-invasivo consiste en tomar muestras de refrigerante, aceite y posiblemente de productos del sistema como limaduras metálicas para analizarlos. El aceite se prueba con un detector de acidez para determinar el grado de descomposición de aceite y refrigerante lo que permite hacer diagnósticos de la estabilidad química del sistema.

Las variables que permiten construir un diagnóstico no invasivo del sistema son las que nos interesarán en este artículo. Las más importantes son medir presión de alta, presión de succión, amperaje, voltaje, temperatura de descarga, sobre-calentamiento a la salida del evaporador, subenfriamiento a la salida del condensador, subenfriamiento a la entrada del dispositivo de expansión, presión a la entrada del dispositivo de expansión.

Una herramienta muy económica y eficaz que es la inspección visual de componentes como cantidad de hielo (o condensación de agua) en el evaporador, acumulador de succión, problemas visibles de corrosión sobre todo en los elementos en la línea de succión como acumulador de succión, filtro de succión; aunque la corrosión es menos frecuente en la línea de alta también hay que inspeccionar visualmente componentes como el separador de aceite y sus pernos.

Hay que notar que un manejo inapropiado de los instrumentos de medición, puertos de medición o mangueras de carga, pueden convertir un procedimiento no invasivo en uno invasivo, si durante el proceso de medición se introducen contaminantes como aire y humedad al sistema. Para evitar esto hay que eliminar el uso de la “purga” como método de eliminación de aire de las mangueras, sino el uso de mangueras con válvulas de paso y de retención puestas de forma fija en suficientes puertos del sistema, usando la bomba de vacío para hacer vacío a todas las mangueras antes de abrir las válvulas que dan forma a los distintos circuitos de conexión al sistema.

Con la adopción de normas contra la emisión de gases como los refrigerantes a la atmósfera, algunas antiguas prácticas deben ser cambiadas, como en sistemas de más de 4 kg de refrigerante que deben contar con válvulas de acceso que permitan recuperarlo, antes que el sistema sea intervenido.

Los instrumentos que usemos deben ser suficientemente precisos para que las mediciones sean significativas, lo que también implica mantener esta precisión en el tiempo, comparándolos en forma periódica con instrumentos llamados patrón.

Hace pocos años iniciamos una lucha para introducir la bomba de vacío como una herramienta más dentro del arsenal del técnico. Hoy estamos luchando para introducir la recupera-dora de refrigerante y nuevas normas para operar y mantener sistemas que nos obligan a corregir ciertas prácticas, por muy arraigadas que estén.

Por ejemplo se obliga a usar conexiones soldadas donde sea posible e instalar válvulas de acceso que deben ser mantenidas, cambiándole los sellos, al menos dos veces al año siempre que no exista una indicación de mayor frecuencia dada por el fabricante. Para poder efectuar este mantenimiento en forma segura, el diseño de las válvulas deben permitir el cambio de los sellos aún estando bajo presión.

Las tablas de saturación para los distintos refrigerantes muestran una relación entre presión y temperatura que sólo se cumple en presencia de vapor saturado o líquido saturado o mezcla de ambos. En esta situación bastan dos variables para especificar el estado del sistema. Fuera de la condición de saturación, ya no existe relación entre la presión y temperatura y falta una variable para especificar un punto de estado del sistema.

Hay que mencionar que la búsqueda en tablas de saturación debe hacerse con presión absoluta y no presiones manométricas simplemente porque nunca ha existido una relación entre presión manométrica y temperatura para un refrigerante. Es decir al graficar presión manométrica más el valor de la presión atmosférica normal (constante) v/s temperatura se consigue una nube de puntos que varían en torno de la presión absoluta real y su diferencia coincide exactamente con la variación de la presión atmosférica normal en el momento de tomar la medida, como se muestra en la figura 2.

El uso de una atmósfera estándar (US) 14,696 PSI para sumarlo a la presión manométrica puede no afectar significativamente aplicaciones bajo los 1000 metros de altura sobre el nivel del mar y de temperaturas superiores a los –18ºC pero sí lo hará si se desea mayor precisión, o en otras condiciones. Es imperativo conocer si las tablas de saturación que se disponen de un refrigerante están expresadas en presiones absolutas o manométricas y en este caso cuál es la presión atmosférica de referencia.

¿Cómo puede afectar la presión atmosférica a un sistema de refrigeración mecánica que tiene paredes rígidas?

La respuesta es muy simple, las paredes rígidas absorben las diferencias de presión (o no serían rígidas) por lo que variaciones de presión no afectan al sistema hasta que instalamos un instrumento de medición. Si usáramos sensores de esfuerzo para medir presión obtendríamos directamente presiones absolutas, pero al usar manómetros, éstos miden presión con respecto a la atmósfera que los rodea, introduciendo variaciones explicadas por el valor en ese instante de la presión atmosférica.

El sobrecalentamiento:

Es la diferencia de temperatura medida simultáneamente por un termómetro en un punto menos la temperatura de vapor saturado medida por un manómetro en el mismo punto o mejor aún consultada en tablas dada la presión del manómetro más la presión atmosférica. Muchos manómetros tienen escalas de temperatura promedio y usarlas en lugar de las de vapor saturado introduce un error sistemático en la medición

con los refrigerantes no azeotrópicos, por lo que recomendamos el uso de tablas adecuadas.

Reducir el sobrecalentamiento implica utilizar el evaporador de mejor manera, a costo de amenazar con devolver refrigerante líquido al compresor por lo que debe evitarse. En sistemas con válvulas de expansión termostáticas un sobrecalentamiento mínimo de 5ºC está en el límite de lo que pueden controlar. Válvulas electrónicas pueden mantener en forma segura un sobrecalentamiento mucho menor, cuyo valor dependerá de su tamaño y velocidad de reacción.

Sobrecalentamiento grande desaprovecha el evaporador y pone en peligro el compresor porque eleva la temperatura de descarga. El valor que puede indicar un sobrecalentamiento grande depende de la aplicación, pero para sistemas con válvulas de expansión mecánicas un sobrecalentamiento prolongado superior a 15ºC puede ser excesivo, aunque en aplicaciones de aire acondicionado el valor puede elevarse a 18ºC.

También puede medirse el sobrecalentamiento a la entrada del compresor. Fabricantes como Copeland sugieren mantener un sobrecalentamiento mayor o igual a 10ºC como un buen compromiso entre proteger el compresor y aprovechar el evaporador. Se puede mantener un sobrecalentamiento de 5ºC a la salida del evaporador y a la vez 10ºC a la entrada del compresor incluso en sistemas compactos con los dispositivos de protección adecuados en la succión, como un acumulador de succión.

Recordemos que sobrecalentamiento cero significa que sale al menos vapor saturado o mezcla de gas y líquido por su salida. Mantener un sobrecalentamiento adecuado está muy relacionado con la durabilidad en el tiempo del sistema por lo que extendemos el concepto de estabilidad para incluir la durabilidad del sistema.

En teoría sistémica pura, un sistema no lineal, variable en el tiempo es inestable si los valores de presión, temperatura, amperaje u otra variable física no se mantenga acotada, lo que podría significar la destrucción del sistema.

Es válido entonces definir un sistema de refrigeración mecánica de expansión seca es inestable si el sobrecalentamiento medido a la entrada del compresor toma el valor cero para alguna condición de operación. Si el sistema además es compacto, es inestable si el sobrecalentamiento cero se alcanza a la salida del evaporador. El tener sobrecalentamiento cero a la salida del evaporador es entonces condición necesaria pero no suficiente para etiquetar a un sistema como inestable.

La presión de succión es la variable que desde siempre ha sido considerado como determinante para el control y desempeño del sistema aunque dejó de serlo desde que se masificó el uso de la válvula de expansión termostática (VET) como dispositivo de expansión.

La presión de succión se produce debido a un equilibrio entre la masa por unidad de tiempo que alimenta la VET al evaporador y la capacidad de bombeo del compresor. Por lo tanto la presión de succión es el resultado de la interacción otras variables y no una variable independiente del sistema.

La presión de succión está medida en la válvula de succión del compresor y sólo en sistemas compactos sin muchos accesorios en la línea de succión coincide con la presión de evaporación. En otros casos la presión de succión es la presión de evaporación menos las caídas de presión en tuberías y en todos los componentes entre el evaporador y el compresor.

Contrario a lo que se cree, la presión de succión NO es la menor presión en un sistema, que suele ser la presión del cárter incluso en los compresores de tipo orbital porque al menos está la caída de presión de la válvula de succión del compresor y la entrada al cárter. En compresores Copeland alternativos semiherméticos, además hay una válvula de ventilación entre la succión y el cárter. Sí puede ser la mínima presión medible del sistema porque en algunos diseños de compresor no se tiene acceso a la presión del cárter.

El calor que absorbe el evaporador es el que produce el aumento de sobrecalentamiento a la salida del evaporador lo que es detectado por el elemento de poder forzando la apertura de la VET, que se abre hasta alcanzar otra posición de equilibrio. El calor absorbido por el evaporador es entonces una variable independiente y la segunda es la fuerza del resorte que se mueve con el ajuste de la válvula de expansión. Estas dos variables junto con la capacidad de bombeo del compresor producen como resultado la presión de succión o algo muy cercano porque falta restar las caídas de presión entre el evaporador y el compresor.

Si sólo se mide la presión de succión para diagnosticar un sistema, se está perdiendo el 50% de la información que influye en el equilibrio y no se tiene una visión global.

Los rangos de variación de la presión de succión están dados por la aplicación. Recordemos que esto significa la elección de refrigerante, el tipo de compresor, otros componentes del sistema que pueden afectar la presión de succión como válvulas de inyección de gas caliente y el rango de temperaturas que se desea lograr.

La presión de succión es pues un resultado de todo un diseño, pero como el fin último del sistema es cumplir con una cierta temperatura en la cámara, la presión de succión es muy importante para poder predecir si el sistema es capaz de llegar a esa temperatura o no. Si la temperatura de saturación del refrigerante a la presión de evaporación está suficientemente por debajo de la temperatura que deseamos mantener, entonces podremos mantener esa temperatura. ¿Cuánto por debajo debe mantenerse? Esto depende de la superficie del evaporador. Si el evaporador fuera de superficie infinita, podría absorber la cantidad que quisiéramos de calor a la temperatura de saturación, pero en un mundo real existe una diferencia de temperatura entre el aire y el refrigerante para poder absorber calor.

Los fabricantes indican distintos diferenciales para especificar qué rendimiento tiene un evaporador (ver figura 3) pero en intercambiadores aire–refrigerante, el único importante por su simplicidad de medición en terreno y que es el mayor valor es mas fácil de medir es DT1. Todos los demás aunque se pueden usar y tienen valor teórico su aplicación en terreno es impráctica.

Se define DT1 como la diferencia de temperatura entre el aire a la entrada del evaporador menos la temperatura de vapor saturado medido a la salida del evaporador. En el ejemplo la temperatura de vapor saturado es de –23,7ºC y la temperatura de aire a la entrada del evaporador es de –18ºC dando un DT1 de 5,7ºC. Note que con esta definición no se considera la subida de temperatura del refrigerante a –20,5ºC con un sobrecalentamiento de –20,5-(-23,7)=3,2ºC. La variable en el eje de las abcisas es el el porcentaje de intercambio de calor en un evaporador en cada par de 16 corridas de tubos.

Por lo anterior los valores adecuados para la presión de succión de un sistema será la presión de saturación a la temperatura que deseamos mantener menos el diferencial del evaporador restándole también las caídas de presión de todos los dispositivos que están en la succión. Esto reafirma que la presión de succión es afectada por múltiples variables y por ende por la aplicación misma.

Si no se tiene información sobre los diferenciales y las caídas de presión de los componentes hay que medirlos y ver su evolución en el tiempo. Si la presión de succión tiende a bajar en el tiempo significa que nuestro sistema está rindiendo cada vez menos y se debe encontrar la causa. Si por el contrario la presión de succión tiende a subir, hay que investigar si algún dispositivo tiene fugas y eleva la presión de succión o el compresor tiene cada vez mayor desgaste. De ser así llegará un momento en que no podamos mantener una temperatura suficientemente baja para extraer el calor deseado del producto.

Existen dos fenómenos contrapuestos al bajar la presión de succión. Por una parte al bajar la temperatura del aire, se saca más calor del producto y por otro al bajar la presión de succión los compresores rinden cada vez menos. Un sistema que cumple con la carga térmica llega a un equilibrio adecuado entre ambas situaciones.

No se debe confundir un compresor con una presión de succión baja como un compresor sin rendimiento, no se puede estar más equivocado. Si la presión de succión es baja es una indicación que el compresor está bombeando más refrigerante que lo que la VET es capaz de inyectar y por eso baja la presión. Es decir el compresor está sobre dimensionado para esa condición y si no cumple con la carga térmica es sólo porque rinde poco operando así, lo que dista mucho de ser un compresor fallado.

Un sistema de refrigeración mecánica de expansión directa y seca es inestable si su presión de succión no llega a una meseta en la que se mantenga operando el tiempo suficiente para permitir que otras variables se estabilicen, como la temperatura en el evaporador. Es típico de un sistema inestable por baja presión de succión que el compresor parta y pare en ciclos cortos, que no permiten que se estabilicen las temperaturas ni que el compresor recupere el aceite que perdió al partir.

Si no es por algún problema, lo que se desea es que el sistema opere a la máxima presión de succión posible porque será también el punto de mayor eficiencia.

La Presión de alta no ha tenido tanta suerte para llamar la atención como la presión de baja y en muchos sistemas compactos no se instalan dispositivos para medirla y como también es el resultado de un equilibrio, es incomprendida.

La presión de alta se mide en la descarga del compresor. Si el compresor es del tipo recíproco, es conveniente medirla con un manómetro con antivibrador o con glicerina y no por un manómetro convencional porque vibra demasiado por las ondas de presión y puede descalibrarse o dañarse fácilmente. Peor aún si se coloca el manómetro directamente al cabezal del compresor.

La presión de alta es el resultado de un equilibrio entre la cantidad de gas que puede bombear el compresor y la cantidad de refrigerante que puede condensar el condensador, mas las caídas de presión entre la descarga del compresor y la entrada del condensador.

Debido a lo anterior, instalar un separador de aceite mejora la circulación de aceite por el sistema a costa de agregar una caída de presión entre el compresor y el condensador, lo que además de la energía gastada por esa caída de presión produce un aumento en las temperaturas de descarga del sistema.

Como el gas en la descarga del compresor está sobrecalentado, no hay relación entre presión y temperatura y no se puede predecir la temperatura de descarga dada la presión de alta.

Mantener la presión de condensación constante es un factor decisivo para mantener un control estable de las VET que no sean de tipo puerto balanceado o de doble orificio, a costa de operar el sistema en un punto de menor eficiencia energética porque mantiene la presión de alta en un valor mayor que sin el control.

Los compresores rinden poco menos al aumentar la presión de alta pero aumentan notoriamente más su consumo de energía por lo que pierden eficiencia. En el caso de los compresores recíprocos al aumentar la presión de alta se aumenta la relación de compresión lo que a su vez aumenta la reexpansión del gas en el espacio muerto reduciendo el rendimiento y los problemas de lubricación del pasador de los pistones. Un sistema es inestable si la presión de alta sale de su régimen de trabajo haciendo actuar un presostato de protección de alta presión.

Para mayor eficiencia energética conviene que la presión de alta sea la menor posible todo el tiempo, pero mantenerla constante hace que el sistema sea más predecible y fácil de entender por lo que es práctica común intentar mantenerla tan constante como sea posible.

El subenfriamiento es la diferencia de temperatura del líquido saturado a una presión en un punto menos la temperatura medida simultáneamente con un termómetro en el mismo punto. El subenfriamiento es importante en dos puntos del sistema, el primero a la salida del condensador y el segundo a la entrada de la VET.

Un sistema es inestable si el subenfriamiento es cero en cualquier momento de operación medido a la entrada de la VET. Esto indica que está siendo mal alimentada en esa condición de operación y producirá posiblemente bajas presiones de succión y/o sobrecalentamiento cero a la salida del evaporador. Cuando se obtiene un

subenfriamiento mayor que cero a la salida del condensador significa que el sistema ya tiene la cantidad mínima de refrigerante adecuada para funcionar y lo que resta es proveer el subenfriamiento necesario para que la entrada de la VET también tenga subenfriamiento estrictamente mayor que cero. Este subenfriamiento se puede conseguir por medios mecánicos o por el uso de intercambiadores de calor aunque también se puede conseguir aumentando la cantidad de refrigerante en el sistema lo que aumenta el subenfriamiento a la salida del condensador, pero también las posibilidades de sobrecarga de refrigerante por lo que hay que proceder con precaución.

Un sistema con sobrecarga de refrigerante produce un subenfriamiento excesivo a la salida del condensador y aunque puede mejorar el rendimiento global del sistema también acorta su vida útil por lo que se lo considera un sistema inestable. Los fabricantes de compresores indican la cantidad de refrigerante que puede significar una falla prematura del compresor por lo que hay que controlar la cantidad de refrigerante que carga un sistema.

La Temperatura de descarga es la temperatura de la cámara de compresión pero que sólo podemos medir en forma indirecta usando la temperatura medida a 15cm de la válvula de descarga del compresor. Es importante notar que si se mide más cerca del cabezal se obtendrá una temperatura inferior debido al efecto de inercia térmica de la masa de la válvula de descarga.

En compresores Copeland, una temperatura de descarga de 107ºC o inferior es normal, una temperatura de 120ºC indica que es probable una falla futura y una temperatura de 135ºC significa una falla segura en corto plazo. La temperatura de descarga depende de la aplicación y dado el refrigerante es el resultado de la combinación de tres factores: 1) El sobrecalentamiento a la entrada del compresor, 2) La presión de succión y 3) La presión de descarga. Note que el refrigerante es una decisión importante que afecta la temperatura de descarga en mayor o menor medida dependiendo del diagrama presión-entalpía, que permite compararlos.

Qué factor sin contar el refrigerante es determinante también depende de la aplicación. En general en aire acondicionado el factor que más afecta es la presión de descarga, en refrigeración de baja temperatura es la presión de succión y entre medio puede ser el sobrecalentamiento. Pero en general es una combinación de estos tres factores lo que produce altas temperaturas de descarga en la práctica. Una alta temperatura de descarga es la variable que podemos medir que afecta directamente la estabilidad química del sistema.

Voltaje y Amperaje

Si se supone que el voltaje de la alimentación de un compresor es constante, ¿por qué hay que registrarlo y no contestar como autómata 220V monofásico y 380V trifásico? Es muy simple, porque la hipótesis que el voltaje es constante es absolutamente falsa y el amperaje que consume un compresor siempre está referido a un voltaje.

El voltaje en los bornes de un compresor puede no ser constante por múltiples motivos siendo el principal una situación de desbalance de los sistemas trifásicos que hacen que el voltaje fase neutro no sea igual en cada fase. Muy relacionado, también pueden producirse diferencias debido a otros consumos en la línea que la desvían de su valor nominal.

Un motor eléctrico que siga estándares UL debe aceptar variaciones de 10% por encima y por debajo del valor nominal publicado, a menos que el fabricante publique explícitamente un rango de voltaje distinto (siempre mayor, si es menor no sigue estándares UL).

Si un fabricante indica un valor de amperaje para una condición, suele especificar también el voltaje que puede no ser 220V sino por ejemplo 230V. En ese caso como un motor eléctrico es un dispositivo que tiende a mantener la potencia consumida constante, al operar a 220V se debería medir una corriente 230/220 o 4,5% mayor que la indicada. Análoga-mente si al medir el amperaje simultáneamente medimos un voltaje de 210V, entonces debemos corregir la corriente nominal indicada en un factor de 230/210 o 9,5% mayor antes de compararla con el valor medido. Nótese que estamos corrigiendo el valor de placa y no la corriente medida que debería hacerse por el factor recíproco. Sólo se pueden comparar dos valores de amperaje si están corregidos al mismo voltaje y una vez corregidos aún se puede esperar una variación del 10% a 15% de diferencia dependiendo si al medir se consideraron otros factores de operación que definen la operación nominal del equipo.

Es importante comparar el amperaje porque indica si el tren mecánico está funcionando de acuerdo a lo esperado o no. Un amperaje 15% mayor a lo esperado puede indicar un compresor con exceso de aceite o mezcla de refrigerante líquido con aceite como también un compresor sin aceite. Un amperaje 15% menor a lo esperado puede indicar un compresor con problemas de desgaste o válvulas en mal estado.

Uno de los mayores errores que se cometen al medir amperaje es no medir el voltaje simultáneamente y hacerlo en los bornes mismos del compresor con dispositivos como el calefactor de cárter desconectado y asegurándose de no tener otros consumos conectado a alguno de los bornes, como ventiladores y controles electromecánicos.

Un sistema que cumple normas UL define su valor nominal de amperaje como el valor máximo de corriente que puede aplicarse en forma contínua al sistema sin que actúe ninguna protección, dividido como máximo por 1,56. El fabricante es libre de dividir por un valor menor para asegurar el sobredimensionamiento de algunos componentes como contacto-res.

También se indica el valor de corriente de rotor bloqueado para poder escoger contactores con la habilidad de cortar la alimentación si el compresor está consumiendo esta corriente, evitando así la posibilidad de producir incendios por sobreconsumo.

Un sistema de refrigeración mecánica de expansión directa y seca es inestable si el compresor llega a consumir más que su máxima corriente que se puede aplicar en forma continua y por lo tanto actúa alguna protección interna. El motivo es que viola la definición clásica de estabilidad para sistemas variantes en el tiempo porque una de sus variables no se mantiene acotada, ya sea el amperaje, o la temperatura del motor o ambos.

Es muy importante notar que siempre me refiero al amperaje y no al consumo. Es pésima costumbre llamar consumo a algo como el amperaje que sólo sigue las Leyes de conservación de Kirchoff que dicen que si la densidad de carga eléctrica no varía en el tiempo en un nodo (lo que ocurre en conductores eléctricos y sistemas inductivos), la suma de corrientes que ingresan debe ser exactamente igual a la suma de corrientes que salen, es decir el amperaje siempre se conserva y no se consume.

¿Qué es lo que se consume entonces? Bueno existe otra ley física de conservación de la energía que dice que la energía no se crea ni se destruye sino que se transforma. Entonces lo que se consume es energía eléctrica que está siendo transformada a otros tipos de energía como lo son la mecánica como son mover un eje, ruido, vibración, roce; la energía magnética almacenada en los entrehierros; la energía térmica cuyo flujo es conocido como calor y aunque no lo deseemos en energía química si es que en el proceso se descompone refrigerante y aceite. Como este proceso varía en el tiempo se suele llamar consumo a la potencia eléctrica que es la energía eléctrica transformada por unidad de tiempo.

Otros valores importantes:

La ya mencionada relación de compresión es importante porque constituye otra limitante para compresores de desplazamiento positivo que tienen volúmenes fijos al exponer el volumen de compresión al gas de succión o descarga produciendo fenómenos de sobre-compresión y sub-compresión.

La relación de compresión es la presión absoluta de alta dividida por la presión absoluta de la presión de succión, por lo que es fácilmente calculable con los datos de presión de alta y baja. En refrigeración es normal trabajar con relaciones de compresión de 13 a 1 y en aire acondicionado menores que 9 a 1.

Es difícil conseguir datos de relación de compresión de los fabricantes, pero es fácil calcularlos de las tablas de rendimiento que proveen y es un factor importante cuando se quiere aplicar el compresor en aplicaciones distintas a las convencionales.

El nivel de ruido de un compresor puede decir mucho sobre sus modos de vibración. Por ejemplo un compresor de 4 pistones que gire a 1450 RPM y tenga un máximo de ruido (peak) en 50 Hz puede indicar que un pistón tiene el pasador gastado y está golpeando la caja de válvulas en el punto muerto superior y contra la biela al llegar al punto muerto inferior. Si por el contrario tiene un máximo de ruido en los 650Hz puede indicar un buje con falta de lubricación si no tiene nada mecánico que gire a esa frecuencia.

No existe literatura extensa que pueda cubrir todos los casos y los valores dependen enormemente de la geometría del compresor por lo que medir niveles de ruido cuando el sistema está nuevo y deducir qué puede causar ruidos en distintas frecuencias es además de un buen ejercicio mental, una forma de detectar prematuramente una falla catastrófica.

Una VET con ruido de 600Hz o superior en su entrada es clara indicación de mala alimentación lo que afecta la cantidad de refrigerante que inyecta al evaporador y por lo tanto la baja en presión de succión.

Hoy en día existen acelerómetros que miden en tres direcciones perpendiculares por lo que se facilita el estudio de los modos de vibración del compresor que es un reconocido método de detección de fallas prematuras.

Un estricto control de la cantidad de refrigerante que se carga al sistema no sólo es indispensable para cumplir con normas de sustentabilidad ambiental del sistema sino que puede indicar si el sistema tiene fugas importantes.

Un sistema con cualquier nivel de fugas es un sistema inestable porque la presión dentro del sistema no puede garantizar que no ingresen aire y otros contaminantes por la misma fuga. También es como una bomba de tiempo esperando que la fuga sea lo suficientemente importante para dañar al compresor.

Toda fuga debe ser buscada, encontrada y reparada de forma que no vuelva a repetirse en las mismas condiciones que la produjeron originalmente.

Si un sistema con VET que requiere que se le suministre refrigerante durante el verano y luego hay que retirarlo en invierno puede tener un recibidor de líquido subdimensionado.

Conclusiones:

La definición de qué hacer durante las mantenciones preventivas debe ser parte del proceso negociador al principio con el cliente. Las variables cualitativas en lo posible hay que dárselas a controlar al cliente para que verifique que el trabajo del técnico realmente se ha llevado a cabo y no tener a los técnicos en refrigeración llenando inútiles marcas en una hoja de trabajo, porque termina marcando papeles y no haciendo su trabajo.

Las variables mencionadas aquí afectan claramente la durabilidad de un sistema de refrigeración mecánica de expansión directa y seca que use una válvula de expansión termostática. El estudio de valores aislados de estas variables no indica nada y debe estudiarse su evolución en el tiempo, por lo que la mejor manera de presentarlas al cliente es en una planilla de cálculo con gráficos hechos.

No se deben usar variables subjetivas (en lo posible) para definir mantenimiento preventivo. Todas las variables descritas en este artículo deben medirse con instrumentos adecuados incluso el nivel de ruido, aunque es muy difícil contar con un equipo que pueda medir los modos de vibración de un compresor aunque estos

instrumentos han disminuido enormemente sus precios aún no son usuales entre técnicos de mantenimiento.

El sobrecalentamiento a la salida del evaporador indica si está siendo bien alimentado por el dispositivo de expansión, si el compresor está operando en forma segura sin que le llegue refrigerante líquido y si el sistema está operando en forma estable.

Para lograr un buen diagnóstico preventivo, se debe establecer primero un conjunto de valores base llamada “línea de referencia” que definen el comportamiento “normal” del sistema y desviaciones de esos valores deben ser investigados.

Las variables que permiten establecer una base de operación de un sistema son presión de alta, presión de succión, amperaje, voltaje, temperatura de descarga, sobrecalentamiento a la salida del evaporador, subenfriamiento a la salida del condensador, subenfriamiento a la entrada del dispositivo de expansión, presión a la entrada del dispositivo de expansión y cantidad de refrigerante cargada en el sistema.

Aunque en el artículo se entregan valores de referencia para algunas variables lo correcto es medir para establecer cuál es la verdadera referencia en cada sistema. Una vez establecida esta “línea de referencia” se pueden observar desviaciones que vayan empeorando en el tiempo.

Un sistema de refrigeración mecánica de expansión directa y seco es inestable si el sobrecalentamiento es cero medido a la salida del evaporador o el subenfriamiento es cero a la entrada de la VET o actúa alguna protección interna del compresor o actúa un presostato de protección de alta presión o la presión de succión es mucho menor de lo esperado o la temperatura de descarga puede producir reacciones químicas o presenta fugas de refrigerante, durante cualquier instante de operación del sistema.

La presión de succión está medida a la entrada del compresor y no es la menor presión del sistema, pero dependiendo del tipo de compresor puede ser la mínima presión medible del sistema.

Es deseable que un sistema opere a la mayor presión de succión posible porque aumenta su eficiencia. Un sistema inestable puede producir la falla de cualquiera de sus componentes en forma prematura. Ningún sistema inestable puede cumplir todo el tiempo con la carga térmica por lo que hay que investigar el origen de su problema de estabilidad y resolverlo, antes que se traduzca en una falla catastrófica.

Bibliografía:

-Searle Manufacturing Company, Certification:

The Cool Facts File, 1990.

-Copeland Coroporation, Manual de Refrigeración, Parte 1, Principios de Refrigeración.

* -ASHRAE Handbook, Refrigeration 2002, Capítulo 2, System Practices for Halocarbon Refrigerants.

* -ASHRAE Handbook, Applications 2003, Capítulo 37, Testing Adjusting and Balancing.

¿Concentrarse en el producto o en el servicio? Preparado por el Sr. Juan Carlos Troncoso, Ingenier o en Climatización, Diplomado en Dirección Gerencial de Servicios y Ase sor de Empresas.

En la actualidad, nos enfrentamos día tras día a una competencia mayor, a márgenes de utilidad más exiguos, a clientes más exigentes y menos leales. Todo lo anterior, nos obliga a repensar nuestro negocio y a ser más creativos en nuestra oferta.

El centrarnos en el producto por sobre el servicio, es mantener nuestro negocio permanentemente “hipotecado” y con un control limitado del mismo, debido a que dependerá de múltiples variables exógenas.

Cabe mencionar que todas las empresas, incluso las manufactureras tienen una componente de servicio, la que podrá ser mayor o menor, dependiendo del valor agregado que queramos darle a nuestro negocio. Según Deloitte & Touche, nuestro país se sitúa entre las 10 economías más cotizadas a nivel mundial como plataforma de desarrollo de servicios. Bien lo saben empresas multinacionales que ya han establecido sus proyectos regionales en nuestro país, como son: Santander, Nestle, General Electric, Hewlett-Packard, Air France, por mencionar sólo algunas.

En el rubro de la Climatización, el servicio dentemos a relacionarlo sólo con la post venta (mantención, reparación, etc.) pasando a ser ésta además, “el pariente pobre” de nuestras organizaciones. Nuestras preocupaciones más bien pasan por lograr algún tipo de certificación técnica y por aprovechar de mejor forma los recursos disponibles. Cosas que sin duda son importantes para lograr mantenernos en el mercado, pero que no son suficientes para lograr competitividad en este mundo globalizado.

¿Pero por qué sucede esto? ¿Por qué teniendo grandes posibilidades de desarrollo, no emprendemos el camino del servicio?

Una de las razones, es porque no entendemos a cabalidad de qué se trata, y por lo tanto se nos dificulta su implementación.

Entendiendo el servicio:

El emprender el camino del servicio no es cosa fácil, ya que nos obliga a cambiar ciertos paradigmas y a mirar hacia el interior de nuestra organización. Recordemos que ser atendido no sólo es un acto de consumo, sino que es una experiencia personal y psicológica en donde el cliente participa en la entrega. La clave para determinar la experiencia que el cliente obtiene, es gestionar adecuadamente las experiencias que tienen los empleados en su propia organización. Esto debido a que la línea divisoria entre el interior y el exterior de la empresa es delgada y permeable, por lo que nunca debemos olvidar: “que si deseamos clientes contentos, primero debemos preocuparnos de que nuestros trabajadores lo estén”.

Para trabajar en esa línea, ya no es suficiente contar con personal técnico-administrativo de gran expertiz en las áreas directas de su competencia, ahora necesitamos contar con personal alineado con los objetivos de la empresa, de gran apertura, que estén dispuestos a mejorar continuamente y que tengan un acertado manejo emocional.

Un segundo tema, es entender la diferencia entre vender un producto y vender un servicio, analicemos:

El producto es tangible, el servicio no.

Como el servicio no se puede tocar, oler ni ver, genera incertidumbre para quien lo compra, por lo mismo se hace difícil comunicar sus beneficios y el fijar los precios. Debido a esto, se deben crear señales tangibles que permitan promoverlo correctamente.

Al igual como sucede en la vida diaria, uno tiende a confiar en un servicio cuando éste viene “recomendado”, por lo tanto la promoción boca-oído es un efectivo medio de difusión.

El producto es estándar, el servicio es variable

El servicio otorgado dependerá de quien lo realice, por lo que no se puede garantizar su consistencia y la calidad dependerá de muchos factores.

Para contrarrestar este inconveniente, debemos definir estándares de servicio, protocolos de atención y además automatizar algunas tareas y procedimientos.

El producto se produce y luego se consume, el servicio no

Que el servicio se produzca y se consuma al mismo tiempo no es menor, ya que genera el siguiente problema: si la entrega del servicio es defectuosa, necesariamente el cliente se verá afectado. Así la sensación de satisfacción que percibe el cliente esta constantemente en riesgo. De aquí que el personal en contacto con el cliente (PEC) sea clave en la entrega.

Se deduce además, que es imposible realizar un control de calidad en forma previa.

Por estos motivos, se deben controlar las diferentes etapas de la entrega de un servicio, colocando especial atención en la contratación del personal y en gestionar adecuadamente el grado de participación que tendrá el cliente en la entrega.

El producto es inventariable, el servicio n o

No se puede mantener el servicio “inventariado” ni apilado esperando poder utilizarlo, esto genera un problema de costos ya que se hace difícil sincronizar la capacidad v/s la demanda. Por lo anterior, debemos gestionar la demanda, direccionando la entrega del servicio a través de precios diferenciados, sistema de reservas, etc. Por otro lado, debemos analizar la posible contratación de personas a tiempo parcial, para acomodarnos a las posibles fluctuaciones. Bueno podemos visualizar, que implementar el servicio no sólo compete a un área, es una verdadera nueva cultura, que cruza transversalmente nuestra organización y que de “capitán a paje” deben adoptarla, de lo contrario fracasará.

Rompiendo paradigmas

Un paradigma es un pensamiento sistémico que termina controlando nuestro actuar. Como estos son la fuente de nuestra conducta y se crean a partir de nuestras experiencias, debemos gestionarlos adecuadamente para que no estén sobre nuestros principios. De no hacerlo corremos el riesgo de transformarnos en “depredadores” de nuestro entorno, y ser uno más, de los que caminan por la vida utilizando y desechando a sus pares de acuerdo a su conveniencia.

Menciono lo anterior, porque vivimos culpando a otros de lo que nos pasa diariamente, a nuestros jefes, a los gobiernos de turno, a nuestros cónyuges, etc, etc. y este pensamiento termina limitando nuestro crecimiento y el de nuestra empresa.

Por lo tanto, mientras no nos hagamos cargo de la forma en que actuamos y entendamos que nuestra conciencia es tan poco creativa como nosotros en la vida diaria (ya que repite día tras día los paradigmas creados), será imposible ver nuestro entorno con una mirada positiva y constructiva, y más bien tenderemos a caer en la critica reiterada, que no permitirá emprender en nuestra empresa un pensamiento de segundo orden como lo requiere el tema de los servicios.

Traemos el frío de los andes hasta su bodega Empresa Familiar que tiene como principal cliente a l sector vitivinícola.

Esta empresa familiar nació en Curicó, pero hoy su clientela está distribuida a lo largo de todo el país -mayoritariamente entre la IV y XI regiones- e incluso algunas en el extranjero.

Hace 22 años, una pareja de recién casados conformada por Francisco Bordachar M., técnico en refrigeración industrial, y Karime Ramírez F., constructora civil, decidieron dar vida a su primer fruto, al cual llamaron Bordachar Servicios S.A., una empresa familiar, que se creó en respuesta a la escasa oferta de servicios de mantenimiento de equipos de refrigeración, calefacción, climatización y aire acondicionado en la zona.

Así, con el correr de los años este matrimonio ha ampliado su rubro con mucho esfuerzo y una atención personalizada, con la cual se ha consolidado como una organización dedicada a la elaboración de proyectos e instalación de sistemas de refrigeración industrial, ofreciendo además al mercado productos relacionados con la industria, en su local de ventas, ubicado en Yungay nº 1019, Curicó.

Esta empresa ha ido creciendo y con esto ampliando la prestación de servicios a lo largo de todo el país e incluso ha comenzado a tener presencia a nivel internacional, sin embargo, sus trabajos se concentran mayoritariamente entre la IV y XI regiones del país. Sus principales clientes son las empresas del área frutícola, pesquera, comercial y la industria vitivinícola.

Bordachar Servicios S.A. cuenta con una dotación de personal de planta compuesta por: administrativos, operativos, ingenieros y técnicos, quienes se encuentran en constante capacitación para conocer y manejar adecuadamente las nuevas tecnologías salvaguardando las políticas y exigencias medio ambientales.

La empresa también se caracteriza, por prestar soluciones integrales a su clientes. Es por esto que Bordachar Servicios tiene como política trabajar con diversas marcas tanto nacionales como internacionales ya que de este modo puede dar un real cumplimiento a las necesidades de sus mandantes.

Debido a que sus gerentes están conscientes de las exigencias del mercado, Francisco Bordachar tomó la decisión de mejorar sus procesos productivos y es así como se enmarcó en un sistema de Certificación, implementando satisfactoriamente la Norma Chilena 2909. Dentro de los próximos desafíos de Francisco, gerente técnico, y Karime, gerente de administración y finanzas, son seguir capacitándose, tanto en Chile como en el extranjero y obtener la certificación de la norma ISO 9001, para así continuar siendo la empresa seria y confiable en la entrega y post venta de soluciones integrales del mercado que lo requiere.