Sistemas de Refrigeración y Regulación Industrial: Principios y Componentes

Fluidos Utilizados en Sistemas de Refrigeración

Frigorígenos

Los frigorígenos presentan las siguientes propiedades características:

• Elevado calor latente de vaporización.
• Presión de vaporización superior a la atmosférica.
• Baja presión de condensación.
• Elevada conductividad térmica.
• Baja viscosidad.
• Inercia y estabilidad química.
• Solubilidad en agua.

Frigoríferos

Causas que motivan su uso:

• Impiden que el refrigerante se contamine en caso de fuga.
• Actúan como agentes de inercia frigorífica frente a posibles averías.
• Permiten conseguir un enfriamiento más rápido.

Los más destacados son el agua, la salmuera y las soluciones hidroalcohólicas.

Cuando un fluido frigorífico intercambia calor con el ambiente a través de otro fluido al que enfría, se le denomina frigorígeno, mientras que el fluido intermedio se llama frigorífero.

Ciclos Termodinámicos y Producción de Frío

Máquina de Carnot

Está compuesta por un condensador, un evaporador, un compresor y un expansor. Sus cuatro etapas son las siguientes:

• El compresor, accionado por un motor, aumenta de forma adiabática la presión y la temperatura del fluido.
• El fluido llega al condensador y cede su calor al agua fría, que circula a contracorriente.
• En el expansor, el fluido se vaporiza parcialmente, disminuyendo su presión y temperatura.
• El fluido llega al evaporador, donde se vaporiza a presión constante, absorbiendo el calor del medio que se quiere refrigerar.

Bomba de Calor

Su funcionamiento se basa en que el agua fría que circula por una conducción se enfría en el evaporador, cediendo una cantidad de calor al fluido frigorígeno, el cual se evapora. El vapor llega al condensador, donde se licúa, cediendo calor al agua caliente que circula a través de un sistema de radiadores.

Sistemas de Control y Regulación

Regulador

Elemento fundamental de un sistema de control, ya que condiciona la acción del elemento actuador en función del error obtenido. La forma en que genera la señal de control se denomina acción de control y las más típicas son:

• Acción proporcional: Consiste en una amplificación de la señal de error. El controlador que realiza esta acción se conoce como regulador P y el principal inconveniente es que se trabaja con un error constante.
• Acción integral: Su acción de control es proporcional a la integral de la señal de error. A diferencia de la proporcional, la acción varía según la desviación de la señal de salida y el tiempo. Regulador I.
• Acción diferencial: Su acción es de tipo anticipativo, ya que prevé si va a existir una sobreoscilación excesiva y proporciona la acción adecuada. Regulador D.

Comparadores

Son los elementos que comparan la señal de consigna con la señal de salida para generar una señal de error. Hay cuatro procedimientos: neumáticos, mecánicos, eléctricos y electrónicos.

Sensores, Transductores y Captadores

Conceptos Generales

Un transductor tiene la misión de transformar una magnitud de entrada en otra de salida más fácil de procesar, mientras que el captador tiene la misión de captar una información concreta para realimentarla.

Tipos de Transductores

• De posición, velocidad y desplazamiento: Transductores resistivos, capacitivos e inductivos.
• De velocidad: Tacómetros mecánicos y eléctricos.
• De temperatura: Termorresistencias, termopares y termistores.
• De presión: Mecánicos, electromecánicos y de vacío.

Tecnologías Específicas de Medición

• Radar: Sistema que detecta la presencia y distancia de un objeto mediante ondas electromagnéticas.
• Ultrasonidos: Vibraciones de un medio material que calculan la distancia a la que está un objeto.
• RTD: Transductores formados por un hilo muy fino bobinado entre capas de material aislante y protegido. Por lo general, el circuito de medida es el puente de Wheatstone, que es un montaje de tres resistencias y un potenciómetro.
• Transductores de velocidad:
  • Tacómetros mecánicos: Miden la velocidad angular mediante el contador de revoluciones (un tornillo que se acopla al eje cuya velocidad se quiere medir).
  • Tacómetros eléctricos: Utilizan transductores que convierten la velocidad de giro del eje en una señal eléctrica.
• Transductores de temperatura: Termorresistencias, termopares, termistores (NTC y PTC) y pirómetros de radiación.
• LDR (Células fotorresistivas): Su resistencia eléctrica depende del flujo luminoso que incide sobre ellas por unidad de superficie.
• Medidas de iluminación: Fotorresistencias (LDR), fotodiodos y fototransistores.

Elementos Finales de Control: Actuadores

Son los elementos finales de control que funcionan como órganos de mando de una válvula. La válvula de control es un orificio que realiza la función de variar el caudal del fluido de control para que este modifique el valor de la variable medida. Se compone de:

• Cuerpo: En el que se encuentran el obturador y el asiento.
• Servomotor: Se encarga de accionar el vástago.
• Tapa: Une el cuerpo al servomotor.