Todo sistema de enfriamiento requiere la purga de gases no condensables para mantener su eficiencia operativa. Este es el caso del Sistema Inteligente de Purga, un equipo diseñado para facilitar estas labores de forma segura y automática
Roberto Badillo / Imágenes: cortesía de Danfoss
El Sistema Inteligente de Purga (IPS, por sus siglas en inglés) es una unidad electrónica y autónoma de purga de gases no condensables (GNC) que opera de manera independiente del equipo de refrigeración, a través de un sistema que funciona con R-452A, y minimiza la cantidad de amoniaco (NH3) que se elimina junto con los GNC.
Esto es benéfico para el sistema de refrigeración, debido a que los GNC no se licúan a las condiciones normales de presión y temperatura del condensador, por lo que reducen la capacidad de enfriamiento del sistema. Por ejemplo, en un sistema de refrigeración industrial que funciona con NH3 como refrigerante, en donde la temperatura de condensación es de +35 °C (+95 °F), la presión de condensación será de 181 psig (12 bar); a esta misma presión, el nitrógeno que pudiera estar presente en el sistema tendría que enfriarse hasta -164 °C (-264 °F) para poder ser condensado.
Como los GNC permanecen en estado gaseoso, el volumen que ocupan dentro del condensador es grande, lo cual reduce la capacidad del mismo y provoca que la temperatura necesaria para la condensación del refrigerante sea mayor. En consecuencia, la capacidad de enfriamiento del sistema disminuye, mientras que la energía consumida por el compresor aumenta; esto merma la eficiencia del sistema de refrigeración.
En su mayoría, los gases no condensables suelen ser aire y son el resultado principal de una evacuación incompleta tras realizarse una operación de mantenimiento o alguna expansión del sistema. También se presentan en caso de fugas en el lado de baja presión del sistema de refrigeración, cuando éste opera con presión negativa. Sucede principalmente en bridas, empaques o prensaestopas de válvulas.
El Sistema Inteligente de Purga de Danfoss
En cuanto a los sistemas que operan con amoniaco como refrigerante, dicha presión negativa sucede cuando la temperatura es inferior a -33 °C (-28 °F), la cual es muy común en aplicaciones de congelación que típicamente se realizan a -40 °C (-40 °F).
Los compresores reciprocantes también suelen ser otra fuente de GNC en el sistema de refrigeración. Esto se debe a la disociación del amoniaco en nitrógeno e hidrógeno (que son GNC), favorecida por la temperatura; la cual es mayor en compresores reciprocantes que en compresores de tornillo.
Regularmente, los gases no condensables se acumulan en la parte baja del condensador, debido a que en este punto el refrigerante ha cambiado de fase gaseosa a líquida casi en su totalidad. Los GNC no pueden continuar su flujo, gracias a las trampas tipo «P» que deben ser instaladas a la salida de cada equipo, por lo que quedan atrapados en el condensador.
Todos los sistemas de enfriamiento requieren de la operación de purga de GNC para mantener su eficiencia y trabajar lo más cerca posible de las condiciones de diseño, por ello, a lo largo de los años se han ideado diferentes soluciones para esto. Desde la purga manual en los puntos donde se espera la presencia de GNC, pasando por el uso de purgadores manuales, hasta el uso de dispositivos automáticos.
Cabe recordar que los purgadores manuales no son muy usuales en nuestros días, pues generalmente se fabrican de manera empírica y requieren de la habilidad y experiencia de un operador para evitar riesgos de seguridad; aunado al hecho de que esta operación resulta en una expulsión de amoniaco mayor de la necesaria al medioambiente.
El IPS se caracteriza por tener una sola conexión bridada, la cual permite la entrada del amoniaco mezclado con los GNC al evaporador de la unidad, en donde son separados al lograr la condensación del amoniaco. Éste es devuelto al sistema de refrigeración, mientras que los GNC son enviados al ambiente a través de un baño de agua. El purgador IPS realiza automáticamente ciclos de 24 horas para verificar la presencia de GNC y ejecutar su eliminación en caso de haber.
La condensación del NH3 y la eliminación de los gases no condensables permiten el acceso de más amoniaco con GNC al evaporador de la unidad para hacer el proceso continuo. En la medida en que los GNC se acumulan en el evaporador, la presión y temperatura del R-452A disminuyen. El purgador IPS monitorea la presión del R-452A, así como la presión y temperatura del NH3 en el evaporador; cuando la presión del R-452A y la presión del amoniaco alcanzan un diferencial definido, el controlador electrónico manda una señal de apertura a una válvula solenoide que permitirá la salida de los GNC.
La purga manual en puntos específicos es común en sistemas pequeños que operan con presión positiva, principalmente. En sistemas mayores es más recomendada la purga automática y, si el sistema opera con presión negativa, se vuelve indispensable.
La Maniobra
El funcionamiento del IPS es independiente del sistema principal y cuenta con una sola conexión de brida a la planta de amoniaco. Esta conexión bridada permite el acceso de la mezcla de gas amoniaco/GNC al evaporador del purgador, donde se divide en condensado de NH3 y GNC. El condensado de amoniaco se devuelve por gravedad a la planta principal, mientras que los GNC se purgan a la atmósfera a través de un baño de agua.
La unidad de purga tiene acceso a todos los parámetros de la planta de amoniaco necesarios para un control electrónico completo, por medio de la conexión bridada. Para que la operación del purgador IPS sea segura, éste debe instalarse por encima del nivel de líquido más alto del sistema, para evitar que se inunde y exista el riesgo de purgar amoniaco líquido. Además, es importante que, en sistemas con puntos de purga múltiples, no se abra más de una válvula solenoide a la vez, es decir, una válvula deberá cerrarse antes de que abra la siguiente. Esto se consigue fácilmente al configurar el número exacto de puntos que serán purgados en el controlador electrónico.
La configuración del IPS es sencilla y de fácil manejo, gracias a que cuenta con un diseño compacto y ligero, original de Danfoss, cuya patente se encuentra pendiente, por lo que se trata realmente de un equipo plug and play.
En conclusión, el IPS es una solución sencilla y confiable para remover los GNC de manera automática, inteligente y segura de los sistemas de refrigeración, lo que contribuye a mejorar la eficiencia energética de la planta, al tiempo que retoma las condiciones de diseño del sistema.
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Roberto Badillo
Gerente de ventas para el segmento de refrigeración industrial de Danfoss.
