Control con variador de frecuencia del ventilador de un evaporador

Introducimos en este artículo algunas cuestiones comunes relativas al diseño y operación de variadores de frecuencia variable (VFDs) en serpentines del evaporador en locales refrigerados.

Algunas cuestiones comunes son las siguientes:

1.       ¿Cuántos VFDs se instalarán? En general, un VFD se instala por serpentín del evaporador, típicamente accionando entre dos y seis motores de ventilador simultáneamente. En algunos casos, múltiples serpentines pueden accionarse por un simple VFD, particularmente si los serpentines son parte de una zona de refrigeración.

2.       ¿Dónde se localizan los VFDs? Para grandes instalaciones, los VFDs se sitúan cerca del cuadro general, del MCC, o de la sala de máquinas.

3.       ¿Cómo se controlarán los VFDs? En general, un sistema de control computerizado gestiona los VFDs. Sin VFDs, se usan solenoides líquidos o reguladores de contra-presión para controlar la temperatura de la zona. El VFD operará en serie con el control existente. La velocidad del VFD se reducirá desde máximos (típicamente un 80 % a 100 %) a velocidad mínima (típicamente 40 % a 50 %). Si se requiere una capacidad de serpentín adicional, puede utilizarse el solenoide o BPR.

4.       ¿Es necesario un sistema de control computerizado? En algunos casos, VFDs pueden instalarse sin un sistema de control. Si el serpentín es un diseño inundado, entonces el VFD puede utilizar la señal de control de 4 – 20 mA usada por el regulador de contrapresión. En almacenamiento en atmósfera controlada, VFDs a menudo son operados manualmente, con velocidad del ventilador reducida. Otra opción es un controlador de estilo UDC simple, que gestiona la velocidad del VFD supervisando y controlando la temperatura del espacio. Finalmente, en aplicaciones simples, una sonda de temperatura (y transmisor de señal asociado) puede estar directamente cableado al VFD. La programación interna dentro del VFD puede a menudo proporcionar control PID para la temperatura de control.

5.       ¿Por qué configurar la velocidad del ventilador mínima entre el 40 % y 50 %? La potencia del eje del ventilador se reduce con el cubo de la velocidad del ventilador. Por ejemplo, a una velocidad del 50 %, la potencia se reduce en 50 %³, o 12,5%. (En realidad, con las pérdidas del VFD y del motor, el exponente de la ley cúbica es más próximo al 2,5 – 2,7). Así, reduciendo la velocidad del ventilador por debajo de 40 % al 50 %, se produce un ahorro de energía adicional mínimo.

6.       ¿Se calentarán puntos de la habitación? No. La aplicación apropiada del VFD a los serpentines del evaporador incluye la colocación de, o adicionalmente, sondas de temperaturas. Muchos sistemas están diseñados con una sonda simple de aire de retorno para una zona, o incluso para toda la habitación. A menudo, se colocan sondas adicionales de temperatura opuestas al serpentín del evaporador, en localizaciones que resultan una preocupación. El sistema de control automáticamente acelerará los ventiladores para incrementar el enfriamiento en respuesta a las sondas de temperatura, previniendo puntos calientes.

7.       ¿Se pueden usar ciclos de ventilación? Los ciclos de ventilación son frecuentemente una opción. Sin embargo, el control VFD siempre ahorrará más energía. Adicionalmente, el ciclo de ventiladores adicionalmente cierra completamente el caudal de aire a una zona. Sin movimiento de aire y sondas mínimas, el sistema de control puede no ser capaz de valorar exactamente la necesidad de enfriamiento. Con control de VFD, algún movimiento de aire está siempre ocurriendo.

8.       ¿Se formará hielo en el serpentín? No. Es verdad que ya que el caudal de aire se reduce a través del serpentín del evaporador, el aire y el serpentín quedan en contacto más tiempo. El resultado incrementa la efectividad del serpentín. Más humedad es extraída del chorro de aire y congelado en la superficie del serpentín. Sin embargo, esto es más que compensado por la reducción en el aire total (y humedad) extraída del serpentín.

9.       ¿El motor se quemará? Con un diseño y aplicación apropiada, no. Virtualmente todos los fabricantes de motores han creado líneas de motor que están previstas para aplicaciones invertir. Estos motores han mejorado los sistemas de aislamiento y otras características que se diseñan específicamente para esta aplicación.

10.   ¿Qué ocurre si falla un VFD? Los VFD son dispositivos de estado sólido sin movimiento mecánico sustancial. La tasa de fallo en VFDs apropiadamente seleccionados e instalados es muy bajo. Un bypass mecánico puede ser instalado en equipamiento clave (ej., ventiladores de condensador, compresores), pero raramente es requerido por los ventiladores del evaporador.

11.   ¿Pueden los VFDs usarse en serpentines de expansión directa? Algunos sistemas de amoniaco y muchos sistemas basados en CFC o HCFC utilizan serpentines de evaporador de expansión directa. En estos sistemas, la válvula (TX) de expansión térmica está diseñada para un rango particular de caudal de refrigerante. En caudales reducidos, la preocupación es que la válvula TX no puede cerrarse lo suficiente para mantener el sobrecalentamiento apropiado en la salida del serpentín, resultando una inundación hacia atrás. Con cuidado y aplicación prudente, VFDs pueden trabajar apropiadamente en estos sistemas. Varios ejemplos están actualmente en operación.

12.   ¿Hay beneficios aparte de la energía? El ruido del ventilador dramáticamente se reduce a baja velocidad. En áreas donde los empleados están expuestos al serpentín del evaporador (plantas de proceso o puertos), las condiciones ambientales son mucho más agradables.

Bibliografía:

·         Common questions concerning evaporator fan VFD control