Refrigeración de tanques de almacenamiento de leche a granel
La refrigeración de tanques de enfriamiento y almacenamiento de leche en el campo, es por su característica considerada como un servicio pesado para el compresor de refrigeración.
Si bien el rango de trabajo de la máquina está dentro del rango llamado de alta temperatura de evaporación, la ubicación del equipo, la calidad de la instalación del sistema y el trabajo ininterrumpido a lo largo de todo el año se complementan para crear una serie de riesgos que no se encuentran frecuentemente en equipos de refrigeración comercial convencionales.
1. La carga frigorífica es extremadamente variable, desde leche caliente entrando a un tanque vacío hasta un tanque lleno con leche a una temperatura de entre 3 y 4°C a punto de ser trasvasada al vehículo de transporte. Como consecuencia tendremos una amplia variación en el requerimiento de suministro de refrigerante líquido al evaporador y consecuentemente la posibilidad de sobrecargar el motor del compresor bajo ciertas condiciones de funcionamiento.
2. Las zonas rurales suelen tener un suministro de energía inadecuado que resulta en una baja tensión en los momentos de mayor demanda.
3. La operación del equipo se prolonga a lo largo de todo el año bajo condiciones extremas de altas y bajas temperaturas ambiente y rara vez la instalación ofrece la necesaria protección para el equipo.
4. La mayor parte de los tanques modernos cuentan con evaporadores construidos con pasajes estrechos que implican una alta velocidad de circulación del refrigerante, pero los viejos diseños frecuentemente traían problemas de aceite atrapado en el evaporador.
5. La instalación cerca del área de ordeña, expone al condensador a la presencia de heno, pelos, moscas y otras condiciones de suciedad inusuales en otro tipo de instalaciones.
6. Por la naturaleza del equipo, el sistema frigorífico debe habitualmente ser instalado y conectado en terreno. El personal que realiza las instalaciones no siempre obtiene todo el apoyo necesario de fábrica y en vez de ser especialistas en refrigeración, suelen dedicar gran parte de su tiempo al mantenimiento y reparación de otros equipos del predio.
7. El personal que opera el equipo está poco familiarizado con las reglas del arte de la refrigeración, y suele cometer errores desde el punto de vista operativo como cortar la llave de alimentación general de los equipos entre ordeñas o cuando debe realizar el lavado del tanque.
Obviamente ante tantas fuentes potenciales de problemas, un compresor instalado en un equipo que sirva a un tanque de enfriamiento de leche a granel puede quedar expuesto a condiciones adversas muy severas si no se toman las medidas precautorias correctas en el diseño del sistema.
Los compresores semiherméticos, por su fortaleza, están indudablemente mejor adaptados para soportar períodos de abuso operativo, pero gracias a su menor costo inicial, los motocompresores herméticos se están aplicando cada vez con mayor frecuencia en este tipo de instalaciones.
Las siguientes recomendaciones de diseño, deberán considerarse en todo tanque de enfriamiento de leche a granel con expansión directa y son imperiosas en caso de utilizar motocompresores herméticos para asegurar un desempeño y durabilidad satisfactoria del equipo.
Características eléctricas del compresor
Dada la posibilidad de una amplia variación de la tensión o voltaje de línea durante los picos de consumo y también en el período inmediatamente posterior a éstos, el motor del compresor debe tener un rango de voltaje de operación acorde con las variaciones de tensión esperables.
En los motocompresores de la tabla, la última letra del código de identificación indica la tensión de trabajo del motor para las distintas frecuencias de la red.
Los motores de los motocompresores semiherméticos son muy flexibles pudiendo trabajar con voltajes desde un 10% más bajos que el menor voltaje indicado en la tabla, hasta un 10% de sobretensión con respecto al valor más alto indicado en la misma. En el caso de los motocompresores herméticos, estos rangos se transforman en –5% de la tensión más baja, a +10% de la más alta.
Los motocompresores orbitales, a diferencia de los semiherméticos y herméticos alternativos, tienen un sentido único de giro. Esto no requiere de consideraciones especiales en el caso de motocompresores monofásicos, pero es de extrema importancia en el caso de motocompresores trifásicos.
Para determinar si el sentido de giro de un motocompresor orbital trifásico es el correcto, deben conocerse las siguientes características.
• Un compresor girando en sentido inverso, es notablemente más ruidoso que si lo hace en el sentido correcto.
• El consumo eléctrico del motor será de aproximadamente la mitad del esperado.
• No habrá ninguna disminución de la presión de succión.
• No habrá incremento de la presión de descarga.
• El protector térmico del motor se disparará luego de aproximadamente 15 minutos de operar en estas condiciones.
Ubicación de la unidad condensadora
Estas unidades requieren un abundante caudal de aire para su operación satisfactoria. La unidad deberá estar protegida de las inclemencias climáticas (lluvia, nieve) y deberá contar con ventilación suficiente. Verificar que tanto la toma de aire fresco para el condensador, como la descarga de aire caliente de los forzadores del mismo, deberán tener un flujo sin interferencias ni restricciones, evitando la recirculación de aire caliente provocada por obstáculos o corrientes de aire prevalecientes.
Acumulador de succión
Debido a la variación de carga y de condiciones ambientales, el excesivo retorno de refrigerante líquido a la máquina, es una amenaza constante en equipos de enfriamiento de tanques de leche a granel. Un acumulador de succión generosamente dimensionado y que cuente con un sistema para lograr un efectivo retorno de aceite al compresor deberá instalarse en la línea de succión del compresor. El frecuente retorno de refrigerante líquido al compresor, afectará tanto a la lubricación de las partes mecánicas en movimiento como el aislamiento eléctrico del bobinado del motor.
Válvula de expansión con límite de presión
Para evitar el congelamiento de leche sobre las superficies de intercambio, la superficie del evaporador de un tanque bien diseñado, será la mayor posible que el diseño del tanque permita, de forma de lograr el menor diferencial de temperatura posible entre el producto y el refrigerante que se está evaporando, especialmente al final del proceso, cuando se llega a las condiciones ideales para la conservación del producto.
Esta condición de diseño nos da evaporadores con una enorme capacidad de transferencia, que indefectiblemente provocará una peligrosa sobrecarga al motor del compresor cuando se comienza a introducir leche caliente en el tanque al inicio del proceso. Se pueden incluir en el sistema pre-enfriadores formados por intercambiadores con agua fría. Es peligroso arrancar el equipo de frío con antelación para contar con la inercia térmica de los materiales del tanque, si no se inicia pronto la carga de leche. Lo más efectivo y económico es instalar una válvula de expansión con capacidad de limitar la presión máxima de evaporación, con una calibración que caiga dentro de los límites de presión de trabajo del compresor que todos los fabricantes publican, para limitar la carga sobre el motor bajo condiciones extremas de operación. Otra alternativa es instalar una válvula reguladora de presión de cárter.
IMPORTANTE:
Se recomienda que la suma de los efectos dados por la calibración del sobrecalentamiento de la válvula de expansión, más la acción del acumulador de succión, sean tales que la temperatura del gas de retorno al compresor medida sobre la tubería de succión a no más de 15 cm de la válvula de servicio de aspiración de la máquina (lo que se denomina sobrecalentamiento total), sea de un mínimo de 8 °C y un máximo de 11 °C con respecto a la temperatura de saturación correspondiente a la presión de succión del compresor.
Calefactor de cárter
Como el compresor debe operar tanto en invierno como en verano, quedando expuesto a condiciones de baja temperatura ambiente, es imperativa la utilización de un calefactor de cárter para evitar la migración de refrigerante al cárter durante las paradas del equipo. Otra importante función pero no tan conocida, es que al mantener la temperatura del aceite, éste permanece lo suficientemente fluído para asegurar una buena lubricación de la máquina durante el arranque en tiempo frío. En condiciones extremas de clima muy frío, temperaturas ambiente inferiores a los –15 °C, el aceite puede llegar a tornarse tan viscoso que compresores que no poseen bomba de aceite como los herméticos y ciertas marcas de semiherméticos, pueden llegar a no desarrollar una suficiente circulación del lubricante. Se recomienda en estos casos, que el calefactor del cárter quede energizado en forma permanente, independientemente de si el compresor esté o no en marcha.
Accesorios de conexión rápida
Debido a que la instalación de los equipos es normalmente realizada por personal de servicio o instaladores de muy variable capacidad técnica y que pueden no tener una bomba de vacío adecuada o desconocer la técnica de evacuación correcta, es que recomendamos a los fabricantes de unidades de refrigeración para tanques de almacenamiento de leche a granel, que despachen sus productos precargados con refrigerante y que sean interconectables mediante acoples de conexión rápida para garantizar un sistema libre de contaminantes.
Parada del equipo con evacuado previo del evaporador
Operación conocida en la jerga como “Ciclo de bombeo” por su denominación en inglés “Pump Down”. Se recomienda efectuar esta operación ante cada parada del compresor, mediante la instalación de una válvula solenoide en la línea de líquido que cierre el flujo de refrigerante al evaporador, dejando que el compresor evacúe el refrigerante del mismo y finalmente se detenga por baja presión de succión. Esto prevendrá en gran manera la migración de refrigerante al cárter del compresor durante los períodos de parada, especialmente en tiempo frío. Para mayor efectividad de esta operación, debe tenerse sumo cuidado de no sobrecargar el equipo con refrigerante. La máxima carga de refrigerante que se le puede dar a un equipo es aquella que represente no más de un 80% de la capacidad total del tubo recibidor.
Operación en condiciones de baja temperatura ambiente
En cualquier región donde la temperatura ambiente en invierno suela ser inferior a los 10 °C, y especialmente donde pueda caer, aunque sea ocasionalmente por debajo de los 0°C, se debe instalar algún medio de control de la presión de condensación para que la válvula de expansión pueda ejercer un control efectivo sobre el flujo de refrigerante al evaporador.
La característica del flujo de refrigerante a través de los dispositivos de expansión mecánicos, como válvulas de expansión, tubos capilares o placas orificio, es proporcional a la caída de presión a través de los mismos. Debido a las bajas presiones de condensación en invierno, si no se prevee utilizar válvulas de expansión especiales, el flujo de refrigerante puede verse restringido al punto en que provoque una caída de la presión de evaporación que a su vez traiga aparejados sucesivamente problemas como el congelamiento de la superficie del evaporador, ciclado corto del compresor y finalmente un excesivo retorno de refrigerante al cárter. Si se utilizan válvulas de expansión diseñadas para trabajar con baja presión diferencial, estas por sus características son menos sensibles lo que aunado a la mayor capacidad frigorífica del refrigerante subenfriado hace imprescindible el uso de dispositivos de protección adicionales como acumuladores de succión e intercambiadores de calor para evitar el excesivo retorno de refrigerante líquido al compresor.
Para mantener condiciones satisfactorias de operación, se pueden utilizar varios métodos de control de la presión de condensación, cada uno de los cuales presentará ventajas y desventajas respecto de los demás, que pasaremos a discutir:
1. Ubicar las unidades condensadoras en una sala de máquinas con control de la ventilación de la misma. Esto sólo es aplicable si hay varios equipos instalados y sólo se justifica en sitios donde la temperatura ambiente pueda caer por debajo de los –18 °C .
2. Reducción de la capacidad del condensador restringiendo la circulación de aire a través del mismo. Un control presostático de arranque y parada de los forzadores del condensador es una solución efectiva, pero produce una rápida fluctuación de la presión de condensación que puede producir un comportamiento errático de la válvula de expansión. Por otra parte todos los compresores de refrigeración con la sola excepción de los compresores Scroll, necesitan a cualquier temperatura de operación, de una corriente de aire constante para ayudar a la disipación de calor de la máquina, lo que implica que al menos un ventilador debe quedar funcionando lo que restringe la capacidad de regulación. Por ello se recomienda utilizar condensadores con forzadores múltiples, idealmente tres o más, lo que se traduce en un mayor costo y sólo lo hace aplicable en regiones donde las variaciones de temperatura no sean muy severas. Un control sobre la velocidad de los forzadores resulta ser más efectivo, dado que la aparentemente mayor inversión inicial queda contrarrestada por la posibilidad de utilizar condensadores con menor cantidad de forzadores.
3. Reducción de la capacidad del condensador mediante inundación parcial del mismo con refrigerante líquido. Implica un sistema de válvulas relativamente complejo para restringir la salida de refrigerante del condensador proveyendo simultáneamente un pasaje de gas de la descarga del compresor directamente al recibidor para mantener una presión adecuada en el mismo. Este tipo de control ofrece una muy buena modulación y estabilidad de la presión, pero requiere de una carga adicional de refrigerante y un recibidor de mayor capacidad. La falta de refrigerante puede crear una condición indeseable de pasaje de gas caliente de la descarga del compresor directamente al sistema. Un recibidor de tamaño insuficiente puede impedir que se concrete efectivamente la operación del “Ciclo de bombeo” (“Pump Down”), que la carga adicional de refrigerante hace imprescindible para la integridad mecánica del compresor.
Filtro de succión
El procedimiento de soldadura de los evaporadores de acero inoxidable, trae como consecuencia la formación de partículas de forma cuasi esférica de metal de diferente tamaño pero generalmente muy pequeñas, que quedarán en los pasajes del gas refrigerante. Durante el funcionamiento del sistema, estas partículas llegarán hasta el compresor, tendiendo a alojarse entre las láminas y la caja de válvulas, dificultando e incluso impidiendo su cierre perfecto, o en otras partes móviles provocando un desgaste entre partes sometidas a fricción, o erosionando la aislación del bobinado del motor, siendo una frecuente causa de falla de compresores, sobre todo en equipos nuevos. Un filtro de succión puede proveer una excelente protección a un costo moderado y por lo tanto es muy recomendable instalarlo durante las primeras semanas de uso de la unidad. Si la caída de presión del filtro aumenta, se debe cambiar por uno nuevo. Si varias semanas después la caída de presión no aumente y al abrir y examinar el filtro, está limpio, se puede eliminar.
Filtro deshidratador
Como en cualquier otro sistema de refrigeración, se debe instalar un filtro deshidratador para mantener el sistema libre de humedad. Por su mayor efectividad, se recomiendan aquellos que sean de tamiz molecular con carga de alúmina (máx 25%) y carbón activado para contribuir al control de acidez, ceras, y otros contaminantes.
Controles de alta y baja presión
Un presostato de baja es imprescindible para poder efectuar una parada del ciclo de bombeo, brindando además cierto grado de protección ante una pérdida de refrigerante.
Un presostato de protección contra una alta presión de descarga, protege al compresor en casos de ensuciamiento del condensador, falla de ventiladores, obstrucción accidental del flujo de aire al condensador, etc. Se recomienda utilizar controles de reposición manual, ya que los presostatos de alta con reposición automática se convierten en un potencial de riesgo en sí mismos pudiendo provocar una condición de ciclado corto altamente perjudicial para el compresor, en el caso eventual de tener una presión de condensación excesivamente alta.
Separador de aceite
En sistemas simples formados básicamente por un evaporador, un compresor y un condensador como es el caso de los equipos de enfriamiento para tanques de leche a granel, la utilización de un separador de aceite no es deseable ni recomendable. En un sistema bien diseñado, con adecuada velocidad de refrigerante en todos los sectores del circuito, sin zonas muertas en el evaporador, respetando las reglas del arte en la instalación: seleccionando los diámetros correctos de cañerías y efectuando las mismas con las pendientes adecuadas, el aceite no tendrá ningún impedimento para retornar efectivamente al cárter del compresor.
Las recomendaciones listadas, no pueden por sí mismas garantizar una operación libre de problemas, pero protegerán al compresor de los riesgos de operación más frecuentes en sistemas de refrigeración de tanques de leche a granel.
