¿CUÁNTO SABES SOBRE DESESCARCHE?

 

Por cortesía de Biagio Lamanna, HVAC/R Knowledge Center Manager en CAREL Industries

Biagio Lamanna, HVAC/R Knowledge Center Manager en CAREL Industries

 

El desescarche es un proceso habitual en aplicaciones de HVAC/R en las que el aire húmedo entra en contacto con superficies frías.  Las vitrinas o cámaras frigoríficas, los refrigeradores de bebidas y las bombas de calor aire-agua son los dispositivos más comunes que requieren desescarche.

Una de las primeras cosas que aprendí al comienzo de mi carrera es que este fenómeno es mucho más complejo de lo que normalmente pensamos.  Por ello decidí arrojar luz sobre algunos de sus aspectos a través de una serie de preguntas y respuestas.

Empecemos con lo básico.

¿CUÁNTO SABES SOBRE DESESCARCHE?

Cómo se forma el hielo o la escarcha

P: ¿De dónde proviene el hielo que se forma en el evaporador?

R: Responderé con un ejemplo típico.  Es verano y hace mucho calor. Pones una lata de refresco en el congelador para que puedas beberla fría.  Cuando sacas la lata, la superficie queda inmediatamente cubierta por una película de hielo.  No, el hielo no proviene del congelador, sino del agua presente en el aire en forma de humedad.  Esta, al entrar en contacto con la lata de metal a una temperatura inferior a 0 °C, provoca la formación de escarcha.  Por tanto, la formación de escarcha significa pasar de vapor a estado sólido, en este caso hielo.

Lo mismo le sucede a un serpentín evaporador en un circuito frigorífico.

¿CUÁNTO SABES SOBRE DESESCARCHE?

P: ¿Qué efecto tiene el hielo en el evaporador en una aplicación de HVAC/R?

R: El hielo es tanto un aislante térmico como una posible obstrucción al flujo de aire a través del serpentín.  Un serpentín cubierto de hielo tiene una menor capacidad de intercambio de calor, lo que significa una disminución de la eficiencia de enfriamiento.

En particular, si el serpentín está completamente congelado, es posible que el aire ya no pueda fluir a través de él, haciendo que el trabajo realizado por el compresor sea inútil.

P: ¿Qué implica el desescarche?

R: El desescarche significa derretir el hielo para devolver la bobina a su estado inicial.  Es un proceso que se puede desglosar en cuatro aspectos:

 

  • El método (los medios utilizados para calentar la bobina y derretir el hielo)
  • La frecuencia (el cálculo de cuándo comenzar el desescarche)
  • La duración (el cálculo de cuándo finalizar el desescarche)
  • Procedimientos complementarios

Los métodos de desescarche incluyen resistencias eléctricas, típicas en los muebles de alimentos congelados; operación de ciclo inverso de bombas de calor; desescarche de enfriadores de bebidas al detener el compresor con el ventilador en funcionamiento; o desescarches de gas caliente en cámaras frigoríficas.

 

Cómo llevar a cabo el desescarche

P: ¿Cómo funciona el desescarche de ciclo inverso?

R: El desescarche de ciclo inverso se usa en bombas de calor aire-agua, siendo aplicaciones que operan tanto en modo calor como frío.

Para cambiar entre modos de funcionamiento, el ciclo se invierte y esta misma tecnología también se utiliza para el desescarche.

El ciclo se invierte mediante una válvula de 4 vías, que desvía el refrigerante al serpentín con aletas, actuando como evaporador en modo calefacción o como condensador en modo desescarche o refrigeración.  El desescarche dura unos minutos, debido al poder calorífico del refrigerante de condensación.

En esta aplicación, es importante controlar la presión de la bobina.  Durante la operación de calefacción, una disminución de la presión es síntoma de la presencia de hielo y, cuando se alcanza un umbral de baja presión, comienza el desescarche.  Durante el desescarche, en cambio, la presión aumenta, y al alcanzar un umbral de seguridad alto, el desescarche finaliza.

P: Los desescarches por gas caliente se pueden usar en sistemas de refrigeración centralizados.  ¿Es cierto?

R: Sí, aunque se deben tener en cuenta las complicaciones relacionadas con el diseño del sistema.  El desescarche por gas caliente utiliza una válvula de dos vías que desvía el refrigerante de alta temperatura que sale del compresor hacia el serpentín para el desescarche.  En un sistema centralizado, esto significa decenas de metros de tubería extra más de lo normal y un sistema de válvulas de cierre.  Por tanto, implica un mayor coste inicial, a cambio de un ahorro considerable en el consumo de energía.

Curiosamente, el gas caliente en este caso fluye a través de la bobina en la dirección opuesta, desde la salida hasta la entrada.  Esto es para permitir que el gas, una vez condensado, fluya hacia el receptor de líquido del sistema en lugar del compresor.  En consecuencia, el líquido condensado está disponible para otras unidades de refrigeración que funcionan normalmente en ese momento.

P: ¿Cuánto dura el desescarche?

R: La duración varía mucho, según la aplicación y la cantidad de hielo a derretir, así como el método de desescarche.

Para lograr más exactitud, se puede instalar un sensor de temperatura entre las aletas de la bobina.  De hecho, sabemos que el hielo se derrite a 0 °C.  Cuando la temperatura leída por el sensor excede este umbral, con un margen razonable de 4-6 K, significa que ya no hay hielo y se puede detener el desescarche.  Lo importante es colocar el sensor en la zona donde normalmente se forma más hielo.

Y la pregunta clave es...

P: ¿Cuándo es apropiado iniciar el desescarche?

R: La frecuencia del  desescarche debe definirse de manera que se optimice el equilibrio entre la energía consumida para el desescarche y el consumo extra de energía como resultado de la baja eficiencia debida al hielo.  Desafortunadamente, no existe una forma práctica de calcular esto.  La única solución es estimar indirectamente la cantidad de hielo que se ha formado.

La formación de hielo en las bobinas del evaporador es difícil de medir y modelar.  A lo largo de los años, se han propuesto mediciones de temperatura, ópticas, de presión y de peso, solo por nombrar algunas, pero no se han adoptado ampliamente en aplicaciones comerciales.

Incluso ahora, se prefieren los sistemas más simples, pero requieren calibración por parte de expertos para obtener un resultado efectivo.  Estos incluyen la medición de la duración de un ciclo de desescarche para determinar la frecuencia de los siguientes.  O la medida del tiempo que transcurre con una temperatura de la bobina por debajo de 0 °C durante el funcionamiento.

 P: ¿Qué significa el método “skip defrost”?

R: Este método se basa en desescarches a intervalos establecidos, por ejemplo, cada seis horas, y en medir la duración de cada ciclo de desescarche, que finaliza al alcanzar una temperatura establecida medida por un sensor específico.  Si la duración de un ciclo de desescarche es menor que el valor establecido, se salta el siguiente desescarche.

Las versiones más refinadas del mismo método permiten omitir varios desescarches cuando la duración es bastante corta, o adaptar directamente el intervalo de desescarche según la duración de este.

P: ¿Qué pasa con los procedimientos complementarios?

R: Un desescarche no comienza ni termina con la activación del método elegido, por ejemplo resistencias eléctricas, y el derretimiento completo del hielo.

Por ejemplo, en las bombas de calor, se requiere un procedimiento especial para conmutar la válvula de 4 vías tanto al inicio como al final del desescarche, especialmente cuando se utilizan compresores de capacidad variable.  De hecho, en este último caso, la capacidad se reduce para evitar detener la unidad por completo.  Esto evita un diferencial de presión excesivo que causaría un choque térmico y garantiza el diferencial de presión mínimo necesario para cambiar la posición de la válvula.

Además, después del desescarche, se permite que el agua residual gotee del serpentín retrasando la activación del compresor y posiblemente encendiendo los ventiladores durante un breve período de tiempo para eliminar las últimas gotas.  Por último, antes de reanudar el funcionamiento normal, la bobina debe alcanzar una temperatura suficientemente baja antes de volver a encender los ventiladores.

En conclusión, he descrito en este artículo algunas de las variables y técnicas utilizadas en el proceso de desescarche.  No se trata de una descripción completa, sino de una introducción que espero despierte más interés en este tema.

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