El CO2 como refrigerante se está convirtiendo en una opción cada vez mas popular para una gamma mas amplia de aplicaciones de refrigeración industrial. Colmac Coil ha desarrollado herramientas y una oferta integral de productos para proporcionar al mercado los evaporadores requeridos para cualquier tipo de sistema de refrigeración industrial con CO2 que se instale hoy en día. Mire el siguiente video de capacitación para conocer las soluciones de evaporadores de CO2 de Colmac Coil para el mercado de refrigeración industrial.
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Soy Jeremy Olberding, vicepresidente de Colmac Coil y me gustaría presentarles a todos nuestra amplia línea de evaporadores de CO2 para el mercado de refrigeración industrial.
Con el creciente interés en usar CO2 para una gamma mas amplia de aplicaciones de refrigeración industrial, en Colmac Coil hemos estado invirtiendo significativamente en nuestras herramientas de diseño y oferta de productos para proporcionar al mercado los evaporadores necesarios para cualquier tipo de sistema de CO2 que se instale en la actualidad.
Quiero comenzar dando una descripción general de las razones por las que vemos que el CO2 se vuelve mas común y las decisiones requeridas para finalizar un diseño general incluyendo tipo de sistema, presión de diseño, certificaciones requeridas y tipo de deshielo. Mi intención no es afirmar que el CO2 es el mejor refrigerante, sino que el CO2 es una buena opción cuando el objetivo es eliminar el amoniaco del espacio a refrigerar. Un sistema de amoniaco de dos etapas seguirá siendo la opción más eficiente, pero hay muchos casos donde un sistema de CO2 puede proporcionar un valor convincente al usuario final cuando se toma en cuenta todos los factores.
Continuaré con una revisión de las capacidades que Colmac Coil ofrece con los evaporadores para satisfacer las necesidades de cualquier proyecto de CO2.
Como parte de las capacidades del producto, también demostraré nuestro software de selección en línea que permite a los usuarios diseñar evaporadores de CO2 con todas las características discutidas. Junto con el software de selección hay varias herramientas de diseño que permite a los usuarios, por ejemplo, diseñar el deshielo por glicol en un evaporador considerando caudales, temperaturas del glicol y tiempo de deshielo. El acceso a este software y cualquier herramienta se puede solicitar desde la página de contacto en ColmacCoil.com
¿POR QUÉ USAR CO2 COMO REFRIGERANTE?
El dióxido de carbono (CO2) es un refrigerante natural no tóxico y no inflamable, pero es peligroso en altas concentraciones. El CO2 se diferencia del amoniaco en que es mas pesado que el aire y por lo tanto tenderá a acumularse en concentraciones mas altas en los puntos bajos de los espacios confinados, como salas de máquinas. Como resultado, se deben instalar detectores de CO2 para que las personas estén al tanto de la concentración en caso de que se produzca alguna fuga.
La clasificación A1 significa que el CO2 no es inflamable, además de, su baja toxicidad junto con su estatus no regulado hace que este refrigerante sea atractivo para los usuarios finales y con las pequeñas cantidades utilizadas en la mayoría de los sistemas en relación con el tamaño del espacio OSHA 5000 PPM, no se debe exceder un límite de 8 horas de trabajo excepto en situaciones extremas de liberación.
El CO2 de grado refrigerante cuesta aproximadamente US 2 $/lb comparada con los refrigerantes sintéticos en un rango de US 5 a 14 $/lb poniéndolo con un precio similar al amoniaco grado refrigerante.
Los equipos para CO2, incluso con deshielo por gas caliente, están cada vez mas disponibles en todos los componentes, especialmente a medida que cada vez mas fabricantes entran a la industria dando como resultado sistemas completos a precios mas competitivos. Con respecto al costo de instalación, dado que se utilizan tubos de acero inoxidable la cantidad de uniones soldadas es reducida y dado que la soldadura orbital se vuelve más común, el costo debería continuar disminuyendo en los próximos años en relación con otras opciones más comunes.
La imagen en el fondo es un proyecto de CO2 con unidades penthouse aisladas que se están instalando en un centro de distribución para un importante distribuidor de alimentos y utiliza dos evaporadores por penthouse, cada uno aislado para permitir que uno solo de descongele a la vez.
Eliminar el amoniaco del espacio refrigerado se está volviendo interesante para muchos usuarios finales donde es factible hacerlo.
Las buenas eficiencias a presiones subcríticas hacen que el CO2 sea una excelente opción para el lado bajo de sistemas en cascada, ya sea con amoniaco para una mayor eficiencia o sintéticos para un costo posiblemente menor.
Si bien las eficiencias son mas bajas, el CO2 transcrítico es convincente en climas donde las horas de operación transcríticas serán mínimas. Además, las mejoras recientes en los eductores, la compresión paralela junto con recuperación de calor ha llevado a un aumento en la instalación de nuevos sistemas transcríticos en los últimos años.
DECISIONES DE DISEÑO DE CO2
Algunas de las decisiones que se deben tomar al inicio del proceso de diseño incluyen:
¿Qué niveles de temperatura del espacio refrigerado se requieren? Y ¿Cómo este nuevo espacio puede interactuar con una parte existente del sistema de refrigeración? Esta es un área en la que podría ser valioso agregar un paquete completo de CO2 DX para proporcionar un sistema independiente para un nivel de temperatura específico. Esto podría ser, por ejemplo, un pequeño almacén de helado con temperatura de -30°F o una carga de temperatura media donde el sistema existente puede no tener capacidad disponible actualmente.
El rango estacional de temperatura ambiente será un factor importante para decidir que tipo de sistema de CO2 considerar. Un área con pocos meses de clima cálido puede ser un buen candidato para un sistema transcrítico, mientras que en climas más cálidos un sistema en cascada puede tener un costo operativo general más bajo que puede justificar el costo inicial adicional de un sistema más complejo.
El tipo de opciones de deshielo disponibles dependerá del tipo de sistema que se instale, la temperatura ambiente y el costo de la energía eléctrica en esa ubicación.
SOLUCIONES PARA CO2 DE COLMAC COIL
El código de diseño que el evaporador debe cumplir con la presión de trabajo máxima permitida (MAWP) es un aspecto importante de la selección del equipo y debe establecerse al inicio del proyecto para asegurarse de que el equipo que se propone cumpla con las presiones operativas previstas utilizando un estándar determinado. Construimos un evaporador de CO2 de manera diferente según los códigos necesarios para un proyecto determinado.
UL 207 es el estándar para componentes y accesorios que contienen refrigerante. El código no es eléctrico y establece límites operativos seguros mediante la construcción y varias pruebas de error en la MAWP para el equipo publicado. El estándar es reconocido en una gran variedad de industrias y es nuestra lista más común para evaporadores de CO2 en aplicaciones de refrigeración y HVAC.
El estampado ASME U es la certificación del sistema de control de calidad de un fabricante de acuerdo con el código ASME para calderas y recipientes a presión. Para cumplir con estos requisitos documentamos el diseño, realizamos cálculos y hacemos inspeccionar cada embarque. Este proceso es común, pero agrega gastos adicionales y normalmente no se requiere para evaporadores de CO2.
El número de registro canadiense (CRN) es un número emitido por cada provincia o territorio de Canadá por una autoridad de seguridad autorizada para cualquier caldera, recipiente a presión o accesorio que funcione a una presión superior a 15 psig.
Colmac Coil tiene listados que nos permiten construir evaporadores que cumplan con cualquiera de los códigos discutidos anteriormente para serpentines de CO2 operando hasta 120 bar o 1740 psig.
CARACTERÍSTICAS DE EXPANSIÓN DIRECTA CON CO2
La instalación de válvulas de expansión electrónicas como parte del evaporador para serpentines de CO2 DX puede reducir la complejidad de la tubería que debe instalarse en el campo y permite que la mayoría de los componentes necesarios se instalen en los serpentines o como parte del paquete de compresión. La primera imagen muestra una sola EEV instalada en el evaporador en una configuración de dos tubos que permite que tanto el gas caliente para deshielo como el líquido durante el ciclo de enfriamiento alimenten la bandeja y luego el serpentín con una sola conexión de salida que sirve tanto como conexión de succión y retorno de condensados de gas caliente. La segunda imagen muestra la misma configuración de dos tubos, pero incluye dos válvulas que se pueden usar para controlar la capacidad y pueden ser necesarias para evaporadores de CO2 de gran capacidad.
Junto con las válvulas de expansión es conveniente ubicar los sensores de presión y temperatura del evaporador en la tubería instalada en el evaporador, donde los accesorios pueden soldarse a la tubería, probarse en la fábrica y enviarse instalados y pre-cableados.
Instalamos distribuidores Venturi para proporcionar un amplio rango operativo en una variedad de temperaturas y capacidades. Estos se instalan permanentemente y no requieren un cambio en los orificios o mantenimiento.
Para proporcionar un diseño de alta calidad sin fugas, utilizamos una construcción soldada en acero inoxidable y realizamos una prueba de presión hidráulica según lo requiere el código y secamos completamente el serpentín antes de embarcarlo.
Proveemos cualquiera de los tres tipos de conexión:
- Tubería para soldadura con conexiones roscadas o lisas.
- Adaptadores para conexiones de tubería de cobre de alta presión.
- Adaptadores tubo a tubo que permiten al instalador solamente soldar de tubo a tubo en el campo.
SOLUCIONES PARA DESHIELO DE CO2 DE COLMAC COIL
El deshielo es un proceso crítico para cualquier evaporador industrial que funcione a temperaturas bajo cero. A temperaturas de congelación, se acumula escarcha en las aletas del evaporador lo que hace que las unidades pierdan la capacidad de enfriamiento y eficiencia.
Deshielo por Aire
Comenzando por el deshielo por aire, la única parte crítica del deshielo por aire con CO2 es diseñar el sistema para que nunca permita que el CO2 líquido quede atrapado en ninguna parte del sistema que pueda estar aislada. Todas las áreas del sistema deben tener un relevo de presión lo que generalmente significa agregar válvulas de alivio y retención adicionales. Esto previene que ocurra un evento de sobre presurización extremadamente peligroso.
Deshielo por Gas Caliente
El deshielo por gas caliente es el método preferido para descongelar un evaporador cuando el diseño del sistema permite que se produzcan temperaturas de gas caliente y caudales adecuados durante todo el año. El deshielo por gas caliente es rápido y funciona bien para eliminar por completo la escarcha del serpentín de una manera eficiente desde un punto de vista energético. El descongelamiento por gas caliente normalmente requiere un mínimo de 1.5 veces la capacidad de enfriamiento para calentar adecuadamente el serpentín durante el deshielo, pero si esto no es posible, especialmente en temporadas de baja carga, se puede complementar con deshielo eléctrico.
Deshielo Eléctrico
El deshielo eléctrico es normalmente usado donde el deshielo por gas caliente no es factible.
El deshielo eléctrico tiene un bajo costo inicial pero los gastos adicionales de la infraestructura eléctrica y controles debería incluirse al comprarlo contra cualquier alternativa.
El deshielo eléctrico puede tener un alto costo de operación sobre la marcha debido a la electricidad consumida. El costo de la electricidad se puede reducir al usar ductos de retorno de aire como se muestra en la fotografía de la izquierda y normalmente veremos el retorno de la inversión de agregar estos ductos a unidades con deshielo eléctrico pagándose solos en 2-3 años.
También debe considerarse la demanda de deshielo tanto al iniciar y finalizar para reducir costos de energía.
El deshielo eléctrico requiere de mantenimiento constante ya que los elementos calefactores fallarán y será necesario remplazarlos en un futuro.
Deshielo por Circuito de Glicol Entrelazado.
El deshielo por glicol usa salmuera o glicol caliente para suministrar calor al evaporador a través de un circuito secundario de tubos que van entrelazados. Este método es particularmente útil para descongelar evaporadores de CO2 donde el gas caliente no es factible.
El glicol es calentado en un intercambiador de calor el cual absorbe el calor de la descarga de gas de uno o mas compresores. El glicol caliente se mantiene en un tanque aislado hasta que el ciclo de glicol es requerido. Las bombas de glicol suministran el glicol caliente, normalmente almacenado entre 70 y 120 °F, al evaporador que se descongelará al abrir una válvula solenoide en la tubería que alimenta al circuito de deshielo.
El glicol caliente llega a los tubos del circuito de glicol en el evaporador, que están distribuidos en el serpentín de manera que el calor pueda conducirse desde los tubos hacia las aletas del serpentín, derritiendo la escarcha. La bandeja también es calentada mediante un circuito de tubería de glicol para garantizar que la bandeja se mantenga caliente mientras recoge y drena la escarcha derretida.
La imagen de la derecha muestra un circuito de enfriamiento de tubería de inoxidable para CO2 junto con un circuito de calentamiento entrelazado de cobre para glicol.
Deshielo por Agua
Este método produce un deshielo muy rápido y completo y puede diseñarse para trabajar a todas las temperaturas. El calor residual del lado alto del sistema se puede utilizar para calentar el agua de deshielo que regresa fría desde el evaporador. Se debe tener cuidado de proveer un drenaje completo en las tuberías de agua al final del deshielo, así como especificar y usar válvulas de alimentación de agua de alta calidad. Dependiendo del clima, la cantidad de agua de regreso en un ciclo de deshielo devolverá una cantidad excesiva de agua que con el tiempo se puede filtrar y usar como agua de alimentación para los condensadores evaporativos u otros procesos en la instalación.
MOTOVENTILADORES EC
Los ventiladores EC son una gran característica opcional que se puede incluir en los sistemas de CO2 para permitir que el sistema de control ajuste la velocidad del ventilador para un cuarto u otra zona en la instalación. Reducir la velocidad del ventilador a la medida de lo posible da como resultado ahorros de energía adicionales y menores niveles de ruido sin la necesidad de variadores de frecuencia.
Para el ensamblaje del ventilador, fabricamos el panel completo del ventilador con bisagras para permitir un fácil acceso para cualquier servicio de limpieza o reemplazo del ventilador.
La construcción de alta calidad y la protección eléctrica de los ventiladores EC han dado como resultado una buena confiabilidad y con la adición de aros de calefacción en ambientes de congelación que se muestran en la imagen superior y que funcionan durante el deshielo evitan problemas de acumulación de hielo.
SOFTWARE DE SELECCION A+PRO
El software de selección A+Pro permite a los usuarios ingresar un conjunto de criterios de selección y obtener una gama de unidades que cumplan con los requisitos del proyecto. Comenzamos con la pestaña de diseño y, para este ejemplo, estamos diseñando una configuración de unidad de penthouse aislada para DX CO2 con una presión de trabajo máxima permitida de 1740 PSIG y descongelación por gas caliente. También hemos incluido extensiones con ductos de 90 grados y presión estática externa adicional en el diseño.
En lugar de utilizar el método de selección automática (Select), el método selección personalizada (Rate) permite al usuario diseñar una unidad de penthouse que cumpla con un conjunto exacto de criterios que incluyen las dimensiones del área de la unidad, el diámetro del ventilador, la potencia del motor, junto con un diseño de serpentín completamente personalizado. Este método de selección personalizada (Rate) permite al usuario diseñar cualquier unidad que esté dentro de la capacidad de fabricación de Colmac Coil y el costo se basa en la unidad exacta diseñada.
Después de ingresar la información de diseño inicial, especifique el rango de tamaños, dimensiones y temperaturas en las que desea que se base el diseño de la unidad. Para este ejemplo, estamos ejecutando una cámara frigorífica de 25 TR, temperatura interior de -10 F con una temperatura de succión saturada de -20 F para DX CO2 en una unidad tipo penthouse aislada. Al hacer clic en el botón de selección, nuestro programa evalúa todas las opciones posibles a través de miles de combinaciones posibles y en aproximadamente 30 segundos le brinda una gama de soluciones según las características que son importantes más allá de la selección de menor costo que cumple con sus requisitos, incluido el peso, flujo de aire, hp motor, sonido, carga refrigerante, etc.
La opción de la unidad del menor costo que cumple con todos los requisitos se muestra como la unidad resaltada. La lista de unidades opcionales se puede ordenar en función de cualquiera de estas características que son importantes para un proyecto en particular. Un ejemplo de esto es que tenemos nuestra opción de menor costo como una unidad de 4 x 5 hp con una unidad un poco más costosa de 3 x 5 hp disponible a un costo inicial ligeramente más alto, que se muestra unas pocas líneas a continuación.
UNIDAD PENTHOUSE CO2 A+P
Con respecto a la unidad de tipo penthouse armada y aislada que acabamos de diseñar, descargue el folleto completo con todos los detalles y características de estas unidades.
HERRAMIENTA DE DISEÑO PARA DESHIELOS POR MEDIO DE GLICOL ENTRELAZADO
En el software de selección A+Pro también se incluye una herramienta de diseño para descongelación por medio de glicol dentro de un serpentín entrelazado. Para cualquier evaporador se puede cambiar el tipo de desescarche a glicol entrelazado con bandeja de fluido térmico. Usted puede especificar el tipo de fluido de la lista desplegable que se muestra y el % de concentración. El programa luego diseñará este serpentín entrelazado como parte de la selección del evaporador.
Para diseñar completamente el serpentín de glicol entrelazado, solo es necesario especificar lo siguiente: 1. La temperatura del fluido de entrada, 2. La caída de presión máxima permitida a través del serpentín y 3. El tiempo de descongelación. El caudal requerido se calculará junto con el diseño de serpentín. Usted también puede cambiar estas 3 entradas para ajustar el caudal calculado, por ejemplo, un tiempo de descongelación más largo dará como resultado un caudal reducido y reducirá el tamaño de las tuberías y válvulas.
El caudal requerido se muestra luego como parte del diseño completo de la unidad; en este caso, los 44,35 GPM serán adecuados para descongelar este serpentín en 15 minutos utilizando una temperatura de glicol de 80 °F, con 6,65 GPM adicionales de glicol utilizados para calentar por separado, la bandeja de desescarche.
Después de diseñar y guardar varias unidades, se puede crear cualquier combinación de estos documentos y descargarlos en archivos comunes, en formato .PDF o bien, .DOC
Un ejemplo de uno de estos archivos combinados es un documento de especificación de ingeniería. Esta especificación de ingeniería se crea como un documento de Excel de formato abierto donde se muestran todas las especificaciones y opciones de la unidad con una "serie de opciones" y está disponible para que el usuario corte y pegue datos o simplemente agregue su logotipo e incorporarlo a las especificaciones de su proyecto.
Gracias a todos por asistir a la presentación de hoy.
Para obtener más información y obtener acceso a los programas de software que vio hoy, visite ColmacCoil.com o comuníquese con su representante local de ventas de Colmac Coil. Muchísimas gracias.