Métodos de control e instrumentación de equipos de refrigeración
Introducción
¡Hola!
Es un gusto encontrarte nuevamente, espero que estés aprendiendo mucho, sobre todo, que tu ánimo no decaiga y sigas conociendo más acerca de los temas que se te presentan.
En esta quinta sesión, se revisarán los métodos para controlar equipos de refrigeración, al igual que las herramientas para realizar la instrumentación de los equipos que conforman el ciclo de refrigeración. En una primera instancia, se mostrarán de forma general, los equipos que pueden ser controlados y también se presentarán las técnicas para la instrumentación y control de los componentes y, en general, del ciclo de refrigeración.
Es importante mencionar que para esta sesión, deberás familiarizarte con el software de adquisición de datos tal y como el LABVIEW®, ya que es aquí donde se realizará la instrumentación de los componentes. Se revisarán los módulos y elementos necesarios para realizar la instrumentación y los tipos de sensores utilizados para medir variables de presión, temperatura o flujo másico. Aunque la materia no es propiamente una donde se revisen conexiones eléctricas, es importante que identifiques que el uso de este tipo de sistemas, beneficiará tu formación académica y ayudará a que tengas una mejor preparación.
Básicamente se presentarán solo dos métodos de control que serán para la temperatura y presión, respectivamente y también se describirá el sensor para medición de flujo másico en el sistema de refrigeración. Se mostrarán a groso modo los sensores empleados en la instrumentación y las características del sistema de adquisición de datos.
Adelante con tu clase y espero que sea de mucho provecho para ti, ya que en ella aprenderás temas que no son tan comunes en el área de ingeniería en alimentos, pero que sí son de gran importancia.
Prosigamos con energía. Vamos.
¡Mucho éxito!
Desarrollo del tema
El control de los sistemas de refrigeración se puede dar en diferentes componentes. Es posible por ejemplo controlar la velocidad de giro en el motor del compresor mediante un variador de frecuencia. También es posible controlar el flujo másico de refrigerante mediante la válvula de expansión finalmente, es posible controlar la temperatura en el interior del sistema de refrigeración mediante el uso del termostato.
La instrumentación del sistema de refrigeración se puede dar mediante la colocación de sensores de presión y temperatura en el sistema de refrigeración. Dichos sensores pueden ser, por ejemplo, termopares para la temperatura y piezoresistivos para la presión. “La definición técnica más sencilla para describir un Termopar podría ser como un mecanismo de medida de temperatura” (Logicbus, s/f). Por otro lado, “un sensor de presión es un instrumento compuesto por un elemento detector de presión con el que se determina la presión real aplicada al sensor (utilizando distintos principios de funcionamiento) y otros componentes que convierten esta información en una señal de salida”. (hbk.com, s/f)
Las imágenes a y b muestran estos dos tipos de sensores.
En la imagen 1 se muestra un variador de frecuencia, el cual es el equipo que se acopla al motor del compresor de velocidad variable para regular su régimen de giro.
Un variador de frecuencia por definición es un regulador industrial que se encuentra entre la alimentación energética y el motor. La energía de la red pasa por el variador y regula la energía antes de que ésta llegue al motor para luego ajustar la frecuencia y la tensión en función de los requisitos del procedimiento (new.abb.com, 2022).
Otro elemento que forma parte de la instrumentación del sistema de refrigeración es el medidor de consumo de energía. Este componente se acopla a la línea de corriente del compresor y mide el consumo de energía en tiempo real y puede verse las imágenes de abajo. Medidor de consumo de energía y su acoplamiento con el motor del compresor.
Alternativamente, la válvula de expansión, si es de tipo electrónica, debe tener un módulo de programación para regular el recalentamiento del refrigerante. En caso de que no se utilice válvula de expansión electrónica y se tenga solo una válvula de expansión mecánica, ésta tiene un husillo que permite regular de igual manera el recalentamiento, aunque esta regulación será manual y con menor precisión que la que se tiene con la válvula de expansión electrónica. En las imágenes siguientes, se muestran ambos elementos a manera de que se puedan identificar cuando se encuentren instalados en el sistema de refrigeración.
Existen diferentes herramientas para acoplar los sensores y controladores que permiten la instrumentación del sistema de refrigeración por compresión de vapor. Dichas herramientas son programas que permiten realizar el acoplamiento entre el sistema y usuario, teniendo como intermediario una computadora. Los software que se emplean para esta acción son los que permiten una visualización del comportamiento tanto de la corriente como el voltaje. La adquisición de datos se lleva a cabo mediante sistemas conocidos como tarjetas de adquisición como las que se muestran en la Imagen 2.
La conexión entre las tarjetas de adquisición debe ser utilizando una computadora, de manera que el usuario debe saber cómo emplear el software para la lectura de datos y debe también conocer la estructura en la cual va a estar trabajando el sistema de adquisición de datos. Además de esto, debe tener conocimiento de cómo manipular corriente y voltaje, ya que se debe recordar que son las variables que se pueden leer en los sistemas de adquisición. Por ejemplo, los termopares funcionan bajo el principio de diferencial de voltaje, mientras que los sensores de presión emplean la corriente como su principal variable. Luego, las tarjetas de adquisición emplean estas variables para leerlas y el usuario debe convertir, mediante el uso del software elegido, estas variables a temperatura y presión. Imagen 3 muestra una forma en la cual se conectan tanto las tarjetas de adquisición como la computadora para poder leer las variables de interés.
A manera de apoyo, te invito a revisar los siguientes videos, donde se muestra el uso de signalexpress, que es un módulo de labview® y que te servirá para familiarizarte con el tema de la instrumentación del sistema de refrigeración. El segundo video muestra de forma visual, cómo se usa un termopar, mientras que el tercer video muestra el uso de sensores de presión.
Conclusión
Para concluir la clase, se revisaron los elementos utilizados para el control e instrumentación de un sistema de refrigeración. Se presentaron imágenes de los equipos empleados para ambas acciones, así como las herramientas empleadas para poder sincronizar las señales medidas y poder mostrarlas a manera de entender el proceso de medición.
Existen diferentes herramientas que permiten visualizar la información en una computadora, una de ellas es el software de adquisición de datos. Este software convierte la señal eléctrica en una señal mecánica o térmica como lo es la presión y la temperatura, para ello se basa en el uso de tarjetas de adquisición de datos que leen la información en corriente y voltaje y, mediante una conversión análoga, el usuario puede leer la información en unidades de temperatura y presión.
Es importante mencionar que para aprender a utilizar este tipo de herramientas, será necesario que tomes un curso independiente a este, ya que la finalidad de esta clase es solo mostrar las herramientas, instrumentos y técnicas para el control e instrumentación del sistema de refrigeración. De hecho, aprender a utilizar el software de adquisición de datos, ayudará en tu formación pues podrás capturar de manera autónoma la información necesaria en determinado proceso, por ello es importante que consideres tomar algún curso de adquisición de señales e interpretación de información. Es necesario conocer el funcionamiento de los sensores para que, con base a esto, llegues con un conocimiento previo y no tengas problemas con la lectura e interpretación de información.
Te felicito por llegar hasta aquí con ese ímpetu tan incontrolable por saber cada día un poco más, continúa así y no dejes que ese ánimo decaiga. Revisa el material complementario y realiza las actividades correspondientes. Te encuentro próximamente.
Fuentes de información
¿Qué es un Termopar? y tipos de Termopares – Blog Logicbus