5 consejos de optimización para sistemas de refrigeración industrial

14 Sep 5 consejos de optimización para sistemas de refrigeración industrial

La reducción de los costos de instalación y mantenimiento, el aumento de la eficiencia, la garantía de la seguridad alimentaria, el cumplimiento de las regulaciones alimentarias y la transición a refrigerantes respetuosos con el clima proporcionan beneficios.

Para aprovechar al máximo un sistema de refrigeración industrial moderno, los procesadores deben centrarse en cinco pasos que pueden producir mejoras importantes:

• Reducción de los costes de instalación y mantenimiento.
• Aumento de la eficiencia.
• Garantizar la seguridad alimentaria.
• Adherirse a las directrices FSMA y HACCP.
• Transición a refrigerantes alternativos y respetuosos con el clima.

La combinación de tácticas puede proporcionar múltiples beneficios. Este artículo se centrará en cinco formas de optimizar el funcionamiento del sistema de refrigeración industrial.

1. Reduzca los costos de instalación y mantenimiento

Los controles distribuidos pueden reducir el costo de instalación mediante el uso de redes de comunicación, lo que reduce el número de dispositivos cableados que se ejecutan en el sistema PLC principal. Además, pueden agregar flexibilidad y confiabilidad.

Poner inteligencia en un equipo permite que el equipo funcione como un dispositivo independiente en caso de que pierda la comunicación con el resto del sistema. Por ejemplo, supongamos que un procesador quiere agregar algunos evaporadores a una instalación que ya tiene un sistema PLC centralizado. En lugar de expandir la E/S del sistema PLC centralizado y agregar módulos, se pueden agregar controles distribuidos a los nuevos evaporadores y conectarse al sistema PLC centralizado a través de comunicaciones.

Las nuevas instalaciones también pueden beneficiarse de tener controles distribuidos porque pueden reducir los largos recorridos de cables para cada punto de E/S en toda la instalación. Menos tiradas significan menos cables de cobre, lo que reducirá el costo.

Otra forma de reducir los costos es mediante la instalación de nueva tecnología en sistemas más antiguos o heredados. La reutilización del cable existente y, cuando sea posible, de la E/S existente puede reducir el coste de instalación.

La mayoría de los proveedores de sistemas de control de supervisión industrial requieren tecnología reciente para implementar sistemas de control avanzados. Afortunadamente, algunos proveedores han creado una biblioteca de software para conectarse a compresores, recipientes, condensadores, evaporadores y controladores más antiguos. Esto limita la necesidad de reemplazar los controladores más antiguos.

Si bien los controladores más antiguos pueden necesitar ser reemplazados si no son seguros o están en malas condiciones, al no reemplazar los controladores antiguos, un procesador puede ahorrar en el costo de un nuevo controlador, la mano de obra para reemplazarlo y el costo del cableado de campo.

El mantenimiento predictivo significa que los tiempos de funcionamiento de los equipos se registran y coordinan con el programa de mantenimiento recomendado por los fabricantes. Junto con la recopilación de datos de diferentes máquinas en la instalación, las instalaciones pueden analizar los puntos de datos y ver pequeños cambios en el comportamiento que pueden indicar problemas con el equipo. Abordar estos problemas disminuye el tiempo de inactividad de la máquina y, al minimizar el tiempo de inactividad de la máquina, el tiempo de inactividad de la producción se reduce, a su vez.

2. Aumentar la eficiencia

Tres formas principales de aumentar la eficiencia son el control inteligente del compresor, el control inteligente del condensador y la gestión de la carga.

Antes de analizar el control del compresor, exploremos primero cómo un compresor de tornillo controla su capacidad. El compresor de tornillo utiliza un dispositivo, llamado válvula deslizante, que descubre parte del rotor en el interior y reduce proporcionalmente la capacidad de la máquina. Por ejemplo, si la válvula deslizante está aproximadamente al 90 por ciento de su capacidad, eso permite que aproximadamente el 10 por ciento de la capacidad se recicle de nuevo en la cámara de succión.

A medida que se reduce la capacidad de la máquina, se vuelve menos eficiente porque la potencia de entrada permanece constante. ¿Cómo solucionar esto? El control inteligente del compresor o la secuenciación automática del compresor pueden mejorar la eficiencia.

Muchas salas de máquinas tienen todas las máquinas funcionando en sus propios puntos de ajuste individuales en lugar de de manera coordinada. Si el funcionamiento de las máquinas está coordinado, se pueden ejecutar de una manera más eficiente al permitir solo la cantidad de capacidad del compresor necesaria para mantener la producción de refrigeradores o congeladores. Por ejemplo, si la máquina No. 1 se incrementa hasta el 100 por ciento, entonces la máquina No. 2 puede recortar su capacidad y permitir fluctuaciones en la carga. Sin la coordinación de un sistema de control inteligente, el dinero (y la energía) se desperdician.

Otra opción es agregar un variador de frecuencia (VFD) a una de las máquinas. Un VFD permite al operador mantener la válvula deslizante al 100 por ciento, su posición más eficiente, y utilizar la velocidad de la máquina para controlar la carga. Echando otro vistazo al ejemplo anterior, supongamos que la velocidad de la máquina No. 1 se mantiene al 100 por ciento, y las válvulas deslizantes de ambas máquinas están colocadas al 100 por ciento. El VFD se puede utilizar para ajustar la velocidad de la máquina No. 2 y recortarla para tener en cuenta la carga del sistema.

Otra herramienta que se puede utilizar es la succión flotante. En todos los sistemas de refrigeración, la presión está directamente relacionada con la temperatura. Un operador puede aprovechar esta característica flotando la presión de succión del sistema hacia arriba para que coincida mejor con los requisitos de carga de la instalación. La recuperación de esto se ve en la reducción de la operación del compresor.

Siguiendo estos principios, ¿cuánto puede esperar ahorrar un procesador? Primero identifiquemos a qué equivale una tonelada de refrigeración: una tonelada de refrigeración se define por la potencia requerida para derretir o congelar 2,000 libras de hielo por día. Además, una tonelada de refrigeración es aproximadamente igual a 12,000 BTU o 3.5 KW.

Por el bien del argumento, supongamos que el costo de 1 kW es de $ 0.12. Para una reducción de 50 toneladas en el transcurso de un día, el ahorro de costos es de $ 506.40 diarios o $ 184,836 en el transcurso de un año.

El segundo medio principal para aumentar la eficiencia es a través del control inteligente del condensador. Esto viene en dos variedades principales: puesta en escena automática del condensador y presión flotante con control de bulbo húmedo. Los condensadores pueden contribuir hasta un 20 por ciento del consumo de energía en un sistema de refrigeración industrial. Tienen un efecto directo en la eficiencia operativa general. Controlar el equipo de condensación en función de la temperatura o la humedad del bulbo húmedo puede ayudar a reducir esto.

El bulbo húmedo es la temperatura leída por un termómetro de bulbo cuando está cubierto con un paño empapado en agua. A una humedad relativa del 100 por ciento, la temperatura del bulbo húmedo sería igual a la temperatura del aire ambiente. A una humedad más baja, la temperatura del bulbo húmedo es más baja que la temperatura del bulbo seco debido al enfriamiento por evaporación. La temperatura del bulbo húmedo es la temperatura más baja que se puede alcanzar en las condiciones ambientales actuales por evaporación del agua.

Para ahorrar energía, es deseable hacer funcionar la presión del condensador lo más baja posible. El retorno se ve entonces en una mayor eficiencia en el compresor a medida que la potencia del freno, por tonelada de refrigeración necesaria, disminuye. Los compresores de tornillo tienden a funcionar de manera más eficiente a una presión de descarga más baja. Sin embargo, la reducción de la presión de descarga también puede tener un efecto en otras partes de la instalación, por lo que es importante estar atento a estos efectos al reducir la presión de descarga. Las áreas que deben considerarse incluyen la inyección de líquido y el descongelamiento del evaporador.

También se deben tener en cuenta las condiciones ambientales. Si hace mucho calor afuera, será más difícil mantener una presión de descarga más baja simplemente encendiendo todo el equipo y dejándolo funcionar al 100 por ciento. En su lugar, use humedad y temperatura para obtener la temperatura del bulbo húmedo.

Para los condensadores evaporativos, la presión de descarga más baja posible corresponde a la presión del líquido saturado a la temperatura del bulbo húmedo más una temperatura de aproximación del condensador. Usando bulbo húmedo, es posible determinar cuál será la presión mínima de condensación y usar ese valor como punto de consigna flotante para la presión del condensador. Al combinar el control de presión de succión flotante y el control de presión de descarga flotante, se puede reducir la cantidad de trabajo que necesita el compresor, reduciendo la demanda de energía.

El tercer medio principal para aumentar la eficiencia es a través de la gestión de la carga. Las compañías eléctricas cobran diferentes tarifas según la hora del día. Con los sistemas de control modernos, es posible cambiar las demandas de carga a horas valle cuando el uso de kilovatios es a un costo menor. En estos tiempos, la refrigeración se incrementa a un punto de consigna mucho más bajo, y la instalación utiliza una batería o volante de inercia durante las horas punta. Esto permite que el sistema esté inactivo durante el día cuando el costo de la energía es relativamente caro.

Muchas compañías eléctricas basan sus tarifas en la demanda, así como en la hora del día. Los cargos por demanda están determinados por el uso promedio más alto de 15 minutos. Por ejemplo, si la instalación usa mucha energía en una ventana corta de 15 minutos, los cargos en la factura mensual se basan en esa ventana de 15 minutos. Para combatir este problema, los procesadores pueden monitorear el uso de energía en varias áreas de la instalación. Cuando el uso de kilovatios comienza a aumentar, la carga se reduce para reducir la demanda general. Por ejemplo, si seis evaporadores están funcionando en una instalación de almacenamiento en frío que ya está en su punto de consigna, cuatro de los evaporadores se pueden dejar para reducir la demanda. Esta práctica puede reducir significativamente los cargos por demanda máxima.

3. Garantizar la seguridad alimentaria

Una forma de garantizar la seguridad alimentaria es controlar las temperaturas dentro del almacenamiento en frío. Muchos sistemas de control modernos pueden operar instalaciones de forma automática y continua sin la necesidad de intervención humana. Los controles envían alarmas automáticas y tienen respuestas automatizadas a las situaciones que surgen. Cada vez están disponibles más interfaces industriales de Internet de las cosas (IIoT) y basadas en la web para el monitoreo remoto, y los análisis avanzados simplifican el monitoreo de condición.

4. Adherirse a las directrices de FSMA y HACCP

El monitoreo automatizado puede ayudar a facilitar el seguimiento de la Ley de Modernización de la Seguridad Alimentaria (FSMA) de la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) y las pautas de análisis de peligros y puntos de control críticos (HACCP), particularmente los requisitos para la presentación automática de informes. Los sistemas modernos pueden registrar datos en todo el sistema de control y guardarlos durante un período prolongado de tiempo (aunque eso depende del tamaño del disco duro). Tener datos históricos le da a las instalaciones la capacidad de producir informes para su posterior revisión. Los informes también se pueden utilizar con la verificación, el proceso alimentario o las revisiones de seguridad alimentaria durante las auditorías de terceros.

5. Transición a refrigerantes respetuosos con el clima

Continuando con el hilo de monitoreo continuo y respuestas automáticas, esto se presta bien para la transición a refrigerantes más amigables con el clima. Ya sea que el sistema esté utilizando amoníaco, dióxido de carbono, propano o HFO de bajo GWP, tener seguridad y confiabilidad ayuda a facilitar la transición a diferentes refrigerantes. Los algoritmos avanzados permiten que el sistema se ajuste a los nuevos refrigerantes al tiempo que hace que el sistema sea lo más eficiente posible desde el punto de vista energético, además de tener detección de fugas para la seguridad del personal para cualquier persona que pueda estar en la instalación.

La combinación de todas las tácticas aquí: reducir los costos de instalación y mantenimiento, aumentar la eficiencia, el monitoreo automatizado para mantener la seguridad alimentaria, generar informes automáticamente de acuerdo con las pautas FSMA y HACCP y la transición a refrigerantes amigables con el clima, beneficiará a un negocio de refrigeración industrial.

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fuente: process-cooling.com