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Desescarche por gas caliente de sistemas frigoríficos

El desescarche por gas caliente tiene muchas variedades y variantes y todas ellas usan la compresión del vapor como medio de desescarche para la serpentina del evaporador. Algunos sistemas utilizan el calor latente de condensación de este vapor comprimido como fuente de calor, mientras que otros usan solamente el calor sensible obtenido del vapor altamente recalentado del gas comprimido.

Ventajas y desventajas del sistema de desescarche por gas caliente

El desescarche por gas caliente ofrece muchas ventajas en comparación con otros métodos. El calor es agregado directamente a la serpentina del evaporador sin estar dependiendo de medios externos tales como rociadores de agua o aire forzado. Mediante la aplicación de calor de manera interna, se obtiene un desescarche rápido. La escarcha se desprende a veces de manera más rápida, inclusive antes de derretirse completamente. Para lograr con éxito este tipo de desescarche, deben instalarse calentadores adecuados en los desagotes o bandejas de desagüe usando el mismo gas caliente o por medio de resistencias eléctricas. El desescarche por gas caliente otorga una fuente de calor sin generar gastos comparado con otros métodos empleados.

Este método de desescarche también tiene algunas desventajas que han sido más o menos solucionadas. El sistema más común de gas caliente simplemente permite que el gas de descarga proveniente del compresor haga un by-pass del condensador y mediante una válvula solenoide, se dirija hacia las tuberías del evaporador sin emplear ningún dispositivo de expansión o restricción entre éstos. Este tipo de sistema depende de los vapores comprimidos que se condensarán en el evaporador.

A medida que el proceso de desescarche progresa, el gas o vapor caliente se condensa en el evaporador, mientras que algo de este permanece en el mismo en estado líquido y otro poco regresa hacia el compresor para ser recirculado como vapor comprimido con el agregado del calor de compresión. Mientras el proceso continúa, más líquido permanece en la tubería con menos refrigerante retornando al compresor. Dado que la fuente de calor es obtenida del refrigerante que circula, el sistema gradualmente tiende a funcionar sin calor.

Otra debilidad de este sistema, es que depende tanto de una alta temperatura ambiente como de una alta presión de condensación. Cuando la presión de condensación es baja, el gas de descarga del compresor ingresa al condensador en vez de hacerlo al evaporador, provocando una extrema baja presión de condensación durante el desescarche, que puede corresponder a una temperatura de 0º C, ocasionando una pobre o nula transferencia de calor desde el refrigerante mismo hacia la escarcha acumulada en el evaporador.

El peligro del ingreso de refrigerante en estado líquido al compresor es otra desventaja de este sistema de desescarche. El retorno de líquido al compresor es particularmente peligroso luego de terminado el desescarche. La entrada de refrigerante en estado líquido al compresor puede deteriorar al mismo.

En el ámbito de refrigeración de supermercado, el desescarche por gas caliente presenta un sistema más complejo, esto se debe al agregado de tuberías para el refrigerante y controles a ser instalados en la aplicación. Como resultado este método de desescarche, se usa preferentemente en cámaras frigoríficas para congelación y en equipos auto contenidos para la exhibición de alimentos congelados. 

En la actualidad existen en el mercado numerosos sistemas frigoríficos con el sistema de desescarche por gas caliente que han logrado sobrepasar las numerosas desventajas que se han mencionado anteriormente.

Configuración del sistema de desescarche por gas caliente

El sistema ilustrado en la Figura 1 emplea un orificio restrictor por donde el gas caliente ingresa a la tubería del evaporador teniendo lugar una expansión adiabática (isotérmica). Este orificio está dimensionado para crear en el evaporador una presión menor que la temperatura de condensación del refrigerante; como resultado, el vapor altamente recalentado no se condensa pero entrega calor sensible a la tubería escarchada del evaporador. En vista de que no se produce la condensación, el problema del retorno de refrigerante líquido al compresor es solucionado. Este orificio además sirve para mantener la presión de succión por debajo de un valor excesivo.

{rokbox title=|Desescarche por gas caliente con orificio restrictor Image| size=|971 553|}images/stories/demo/rokbox/desescarche-gas-caliente_03.jpg{/rokbox}

Figura 1

Los controles para este sistema incluyen un reloj temporizador que realiza tres períodos de tiempo durante cada desescarche completado. El primer intervalo (generalmente de dos a tres minutos) arranca el compresor y detiene los ventiladores del ventilador para asegurar un adecuado suministro de gas caliente. Durante el segundo período, el reloj abre la válvula solenoide de gas caliente y energiza la resistencia eléctrica de la bandeja colectora de agua. Este período generalmente es de cinco a diez minutos y ocurren aproximadamente cuatro períodos por día. El último período es un período de demora durante el cual la válvula solenoide se abre y los ventiladores del evaporador permanecen detenidos para permitir que el agua gotee desde las tuberías y le permita al evaporador alcanzar una temperatura menor antes de que comience la circulación de aire. Este período requiere de un tiempo de tres minutos.

La Figura 2 muestra un sistema de desescarche por gas caliente usando un Pote de Vapor. Este sistema usa un acumulador en la línea de succión para atrapar el refrigerante en estado líquido y, por medio de un tubo de sangrado. Permite que pequeñas cantidades de refrigerante líquido retorne hacia el compresor junto con el gas de succión. El tubo de sangrado es dimensionado para hacerse cargo del retorno del refrigerante líquido pero permite el pasaje de suficiente refrigerante como para tomar el calor latente de evaporación en el proceso de compresión. Este calor latente de evaporación es la fuente de calor utilizada para derretir la escarcha acumulada en el evaporador.

{rokbox title=|Desescarche por gas caliente con Banco de Calor Image| size=|926 555|}images/stories/demo/rokbox/desescarche-gas-caliente_05.jpg{/rokbox}

Figura 2

El acumulador o Pote de vapor tiene incorporado un intercambiador de calor que es de mucha ayuda durante el ciclo de refrigeración, pero no otorga ningún tipo de asistencia durante el proceso de desescarche. Este, es controlado por un reloj temporizador que deberá tener un  mecanismo interruptor diseñado para abrir la válvula solenoide de gas caliente, detener los ventiladores del evaporador y arrancar el compresor. El período de desescarche es finalizado ya sea por el temporizador o, como suele realizarse, por un termostato que mide la temperatura del evaporador y en un punto predeterminado o configurado energiza una bobina solenoide en el temporizador que mecánicamente invierte el mecanismo interruptor al ciclo de refrigeración.

Heat Bank o Banco de Calor

El método de banco de calor de utilizar gas caliente como medio de desescarche se muestra en la Figura 3, emplea un evaporador adicional sumergido en un tanque de agua aislado (banco de calor). El evaporador adicional se hace cargo del problema del retorno de refrigerante líquido. La prestación inusual del principio de Banco Térmico es que una tubería calentadora proveniente de la línea de descarga del compresor también inmersa dentro del tanque de agua acumula calor y lo almacena durante el ciclo de refrigeración. 

{rokbox title=|Desescarche por gas caliente con Pote de Vapor Image| size=|977 590|}images/stories/demo/rokbox/desescarche-gas-caliente_04.jpg{/rokbox}

Figura 3

Esta tubería calentadora además sirve para prevenir el retorno de refrigerante líquido al compresor durante el ciclo de refrigeración mediante el calentamiento de los gases de succión en el evaporador adicional. La tubería está dispuesta  con un baypass que permite que el gas de descarga vaya directamente hacia el condensador durante el ciclo de refrigeración, a medida que la temperatura se eleva en el banco de calor. Durante el período de desescarche, el gas caliente circula hacia la válvula solenoide, atravesando las tuberías del evaporador escarchado, y luego atraviesa el evaporador del banco de calor donde adquiere calor proveniente del agua caliente. El banco de pruebas se diseña con una válvula de retención que mantiene una baja presión de succión en el evaporador adicional y se configura lo suficientemente bajo como para congelar el agua. Esto permite que el gas no solamente adquiera calor sensible, sino que adquiera el calor latente de fusión que entrega el agua congelada. Este método provee una fuente de calor continua y que no depende de la temperatura ambiente o las presiones de condensación. Además sirve para mantener la presión de succión por debajo de un valor excesivo.

Los controles eléctricos para el banco de calor son similares a los otros sistemas mencionados en anteriores capítulos, en donde un reloj temporizador se asegura que el compresor esté funcionando, detenga los ventiladores del evaporador, y abra la válvula solenoide del gas caliente. El sistema de desescarche de este tipo de configuración normalmente requiere de tres períodos de diez minutos cada uno e incluye un período de tres minutos para el drenado del agua.

Otros sistemas de desescarche por gas caliente

El sistema mostrado en la Figura 4 emplea un evaporador adicional poco frecuente, dado que es un tubo insertado dentro de la tubería del evaporador. Durante el desescarche la válvula solenoide del gas caliente se abre permitiendo al vapor comprimido circular por esta tubería interna, que trabaja como condensador. El calor de condensación originalmente derivado del calor de compresión es la fuente de calor usada para derretir el hielo. El líquido y el vapor luego circulan hacia la válvula check y válvula de presión constante que actúa como una válvula de expansión automática para mantener la temperatura del refrigerante  por sobre los 0º C, y además, provoca la suficiente caída de presión para que cualquier resto del refrigerante en estado líquido se evapore antes de abandonar la tubería. El refrigerante que fluye a través de la válvula de presión constante ingresa por el evaporador que sirve como evaporador adicional. El calor usado para derretir la escarcha de la tubería es el calor de compresión generado por el compresor. Este sistema es controlado por un reloj temporizador al igual que otros sistemas.

{rokbox title=|Desescarche por gas caliente con Evaporador Adicional Image| size=|1135 696|}images/stories/demo/rokbox/desescarche-gas-caliente_06.jpg{/rokbox}

Figura 4

Otro sistema de desescarche es el de inversión de ciclo, donde una válvula inversora de cuatro vías invierte el sentido de circulación  del refrigerante durante el ciclo de desescarche para permitir al condensador trabajar como evaporador mientras que este trabaja como condensador usando la escarcha acumulada como medio de enfriamiento.

Resumen

Resumiendo, el sistema de desescarche por gas caliente aplicado en sistemas frigoríficos de supermercado, ha probado ser de buen empleo en el uso de cámaras frigoríficas, y es de alto costo en el uso de unidades frigoríficas remotas. Los sistemas frigoríficos ilustrados en los Figuras 1 y 3 son los tipos más simples y solucionan algunas de las desventajas mencionadas para los sistemas básicos de desescarche por gas caliente. El sistema mostrado en la Figura 2, aunque soluciona la mayoría de las desventajas es más complejo tanto en su estructura como en su instalación.

Fuente: Julius H. Rainwater, "ive defrost methods for commercial refrigeration" - Marzo de 1959.

 

Comentarios   

+1 #1 robelectrico 30-12-2012 01:34
espectacular!!! si bien es bastante complejo para comprender es muy interesante agradesco el posteo y espero mas, mil gracias!!!!
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