Instalaciones frigoríficas en buques

En cualquier buque es necesario instalar equipos frigoríficos que deben cumplir diferentes misiones dentro del mismo, las aplicaciones más comunes son:

• Cámaras y gambuzas frigoríficas para conservación de los alimentos. Estas cámaras suelen ser de congelados (carnes -20ºC, pescados -16ºC) y de frescos (vegetales 5º C).
• Aire acondicionado y climatización para la habilitación del buque (frio y calor).

Planta frigorífica para las gambuzas de freco y congelado, en primer término se observan los compresores.

Las instalaciones frigoríficas más comunes son las que siguen como principio de funcionamiento el “Ciclo de compresión mecánica en simple etapa”, que mostramos a continuación y que comprende las cuatro etapas básicas siguientes: Compresión, Condensación, Expansión y Evaporación.

1. Compresión. El compresor comprime el gas desde la presión de baja presión de evaporación hasta la presión de alta. La temperatura del gas también aumenta.

2. Condensación. En el condensador el refrigerante en estado vapor se enfría, se condensa pasando a estado líquido y se subenfría.

3. Expansión. El refrigerante en estado líquido se expande, bajando su presión desde la alta presión a la baja presión, disminuyendo la temperatura. Una parte del líquido se transforma en vapor.

4. Evaporación. El refrigerante se evapora completamente, absorbiendo el calor del medio a enfriar.

Para realizar el Ciclo de compresión mecánica en simple etapa se precisa de cuatro elementos principales, que son los siguientes: el compresor, el condensador, la válvula de expansión y el evaporador.  

Compresor alternativo del tipo abierto, con cuatro cilindros en V y bomba de aceite de lubricación a presión.

Compresor de dos cilindros alternativo semihermético y condensador de tipo tubular, refrigerado por agua de mar (2 uds).

Vávula de expansión termostática del tipo VETx (con equilibrador externo de presiones).

Evaporador de circulación forzada con ventilador, instalado en el interior de la cámara frigorífica.

Además de estos cuatro elementos principales tenemos que indicar también otros elementos imprescindibles para el buen funcionamiento del equipo, algunos de los cuales son los siguientes:

• El cuadro eléctrico, en el que se instalan los elementos de regulación y control, así como los elementos de protección eléctrica.
• Microprocesador o controlador digital para el control del equipo (ubicado dentro del cuadro eléctrico).
• Depósito de líquido.
• Filtro deshidratador.
• Visor del líquido.
• Los termostatos, de seguridad y de regulación.
• Los presostatos de seguridad y de regulación.
• Electro-válvulas de control.

Cuadro de control de un equipo frigorífico, con los diferentes componentes que lo integran (contactores, relés, diferencial transformador, pulsadores, pilotos, PLCs, etc)

Autómata programable Siemems Logo

Filtro deshidratador, contiene materiales absorbentes de la humedad, ácidos y también filtra las pequeñas partículas.

Visor de líquido que cuenta además con indicador de humedad (amarillo wet, verde dry).

Manómetro de alta, manovacuómetro de baja, manómetro de presión de aceite, presostatos de alta y de baja y presostato diferencial de aceite, el cual protege al compresor en caso de presión de aceite insuficiente.

Electroválvula de control, o también denominada válvula solenoide. Elemento imprescindible para realizar la secuencia de parada por baja presión o Pumb down.

CICLO PRESION-ENTALPIA

En el interior de una máquina frigorífica de compresión de simple etapa el refrigerante realiza un ciclo que puede ser representado en el diagrama de Mollier por cuatro líneas, tal como se muestra en la figura siguiente.

Los puntos destacados dentro del ciclo son los siguientes:

A: Mezcla de líquido y vapor, a la entrada del evaporador.

B: Vapor saturado, normalmente en las últimas filas del evaporador.

C: Vapor recalentado, en la aspiración del compresor.

D: Vapor recalentado, en la descarga del compresor.

E: Vapor saturado, en las primeras filas del condensador.

F: Líquido saturado, dentro del condensador, cerca del final del mismo.

G: Líquido subenfriado, a la salida del condensador.

SISTEMAS DE CONTROL

LOGICA CABLEADA:

La lógica cableada consiste en el diseño de automatismos mediante la utilización de circuitos cableados, utilizando para ello contactos auxiliares de relés electromecánicos, contactores de potencia, relés temporizados, relés contadores, válvulas óleo-hidráulicas y neumáticas, así como demás elementos según las necesidades demandadas.

Para conseguir que el sistema funcione de forma automática es necesario realizarlo mediante la combinación de contactos abiertos y cerrados. Un contacto puede tener dos estados: Puede estar accionado o no accionado. El accionamiento puede ser mecánico, eléctrico, temporizado, por medio de una electrónica…. Un contacto se dice normalmente abierto cuando está abierto físicamente si no está accionado. Un contacto se dice normalmente cerrado cuando está cerrado físicamente si no está accionado.

Se puede hacer una correspondencia entre el lenguaje natural y la lógica de los automatismos de forma que expresándonos de una forma determinada, automáticamente se pueda traducir dicha expresión a lenguaje de contactos. Es decir, si elegimos la forma de decir cómo queremos que se realice alguna secuencia lógica, automáticamente lo podremos expresar como lenguaje de contactos. Para activar un determinado elemento se utilizara un contacto abierto. Y para desactivar un determinado elemento se utilizara un contacto cerrado.

El sistema de operación más común es el que permite realizar la “parada por baja presión” (pump down), el procedimiento es el siguiente:

Si arrancamos la instalación después de un tiempo de reposo, la cámara tendrá una temperatura superior al setpoint introducido en el termostato, este dará señal al cuadro de maniobra para que llegue alimentación a la válvula solenoide, que abrirá  permitiendo el paso de líquido hasta la válvula de expansión termostática donde el líquido a alta presión se expansionará pasando a tener una baja presión. Como consecuencia de la llegada de vapor a la salida del evaporador, subirá la presión de baja, activando el presostato que mandará la señal correspondiente al cuadro de maniobra para que arranque el compresor, y se ponga en marcha la instalación frigorífica.

Diversos componentes de un cuadro de control por logica cableada, lo integran los contactores, interruptor diferencia, transformador, reles auxiliares, pulsadores, etc

El refrigerante en gas a alta presión descargado por el compresor llega al condensador donde cede algo de calor sensible (se enfría) y sobretodo cede su calor latente cambiando de estado y convirtiéndose en líquido. A su salida tenemos el depósito de líquido donde se almacena mientras que no es requerido por la instalación.

Desde la salida del condensador hasta que el refrigerante llega a la válvula de expansión debe perder algo de temperatura en calor sensible lo que llamamos subenfriamiento.

Este proceso se irá repitiendo hasta que el termostato dentro de la cámara frigorífica detecte que se ha llegado a la temperatura del setpoint, en ese momento enviará la señal al cuadro para dejar de alimentar la válvula solenoide, lo cual hace que se cierre, interrumpiendo la circulación del refrigerante. El compresor sigue funcionando aspirando del evaporador el gas restante, por lo que cae la presión hasta que llega a la presión de setpoint que se ha ajustado el presostato de baja para detener el compresor y en consecuencia parar la instalación frigorífica.

Cuando la temperatura en la cámara frigorífica vuelva a subir y llegue al set point más el diferencial (aprox. 6ºC) energizará la válvula solenoide repitiendo el ciclo de puesta en marcha de la instalación.

Video explicativo del funcionamiento de una instalación frigorífica(cortesía de Technical Courses):

LOGICA PROGRAMADA:

Este sistema se aplica en instalaciones frigoríficas más sofisticadas y complejas, donde existen más componentes de control y por ello se incrementaría demasiado la complejidad con un control por lógica cableada. También en instalaciones más modernas la tendencia es ir al control por medio de autómatas programables o PLC´s

Con la lógica programada se sustituyen los elementos utilizados en los circuitos de mando (contactos auxiliares de relés electromecánicos, contactores de potencia, relés temporizados, relés contadores, etc. ) por PLC’s, Autómatas Programables o Relés programables. Esto nos permite realizar cambios en las operaciones de mando, mediante el cambio de la programación, y por ello no tener que modificar el cableado.

La lógica de mando de una instalación frigorífica se puede centralizar en un autómata programable. Mediante unas señales de entrada a dicho autómata y la realización de un programa se activan unas salidas que realizan acciones en el sistema.  Las señales de entrada pueden ser: Elementos del dialogo hombre-máquina (pilotos, sirenas). Interruptores, pulsadores, conmutadores. Sensores todo-nada (con dos estados, activados o desactivados). Presostatos, termostatos, humidostatos, programación de desescarche, etc.

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