Aplicación de congelamiento de camarones
Este estudio de caso considera un sistema fabricado estándar de cascada de
amoníaco/CO2 instalado en Tailandia para un gran productor de productos del mar.
Esta instalación congela camarones en un congelador de correa IQF. Después los camarones son glaseados y un congelador posterior endurece los camarones. La producción de 2,200 libras por hora [1 tonelada por hora] es atendida por un
paquete de congelación de amoníaco/CO2que funciona a una temperatura de
evaporación de -63°F [-53°C]. La temperatura del aire en el congelador es de -52°F [-47°C].
El productor de productos del mar solía congelar los camarones en un congelador
de gas criogénico con gas de CO2 atomizado directamente en el producto. Este
proceso es muy eficaz debido a una temperatura de congelador muy baja, pero también muy costoso de operar. A menudo, estos congeladores son abastecidos e instalados sin cargo si el cliente contrata la compra de gas con el mismo abastecedor por una cantidad de años. De este modo, el cliente puede obtener equipamiento de congelación sin ninguna inversión. Sin embargo, los costos operativos de este sistema son aproximadamente US$200 por hora, o aproximadamente US$45,000 mensuales. En el verano del 2003, el contrato de abastecimiento de gas termino en una de las líneas criogénicas. El dueño quería algo más económico de operar, no quería hacer una gran inversión y no quería operar y mantener una planta convencional; por lo tanto, un acuerdo de arrendiamiento/financiamiento fue elaborado. El contratista de refrigeración prometió entregar, instalar y hacer funcionar una planta con el paquete
de amoníaco/CO2 y congeladores de correa. El dueño se comprometió a pagar
mensualmente el 75% de lo que el solía pagar mensualmente por el gas, menos los costos de electricidad de la nueva planta (los cuales son solo alrededor del 15%
del costo del gas). Después de cuatro años, el contrato terminaría y la planta sería entregada al dueño sin cargo alguno.
El diagrama principal para el sistema se muestra en la figura 4.
Componentes y características principales del sistema
• Un compresor de 6 cilindros para CO2: 82 TR a -63°F/20°F [290 kW a
-53°C/-7°C], motor de 200 CV [150 kW] con transmisión VFD (1100-1500 RPM) • Un compresor de 8 cilindros para amoníaco: 113 TR a 13°F/95°F [397 kW a
-11°C/35°C], 200 CV [150 kW] motor con transmisión VFD (750-1500 RPM)
• Una bomba de recirculación de CO2 horizontal de baja temperatura: 36” x 108”,
350 psi manométrico DWP [91 cm x 274 cm, 24 bar manométrico], con dos bombas de motor encapsulado de 5 CV (3.7 kW), tasa de recirculación de 3:1. El tanque está equipado con un serpentín evaporador en la parte superior. El serpentín del evaporador está conectado a una unidad condensadora enfriada
por aire de 1 TR [3.5 kW] que usa R-134a, lo cual mantiene la presión del CO2
a aproximadamente 300 psi manométrico (2°F) [21 bar manométrico (-17°C)] cuando los compresores principales no están funcionando.
• Un congelador continuo principal: 70 TR a -63°F/-52°F, 350 psi manométrico DWP [246 kW a -53°C/-47°C, 24 bar manométrico] para 2,200 libras [1 tonelada] de camarones por hora desde 50°F a -10°F [10°C a -23°C], equipado con
descongelamiento con agua.
• Un túnel de endurecimiento continuo: 10 TR a -63°F/-52°F, 350 psi manométrico DWP [35 kW a -53°C/-47°C, 24 bar manométrico] para 2,300 libras [1.05
toneladas] de camarones glaseados por hora desde 0°F a -10°F [-18°C a -23°C], equipado con descongelamiento por agua.
• Un ICC de casco y tubo: 115 TR a 13°F [404 kW a -11°C] temperatura de
evaporación del amoníaco y temperatura de condensación del CO2 de 20°F [-7°C].
El ICC opera inundado y tiene un separador de gas y líquido integrado. Tiene
paredes dobles de tubería para minimizar el riesgo de mezclar CO2 y amoníaco
sonda de nivel. La sonda de nivel controla una válvula de expansión modulada y
motorizada para que el líquido rellene la bomba de recirculación de CO2 de baja
temperatura a través de un rectificador de aceite. El rectificador de aceite regresa
aceite al compresor de CO2. En el lado del amoníaco, el enfriador de cascada
está equipado con un sistema de retorno automático de aceite al compresor de amoníaco. El enfriador de cascada está diseñado para 580 psi [40 bar] DWP en el
lado del tubo (CO2) y para 350 psi [24 bar] DWP en el lado del casco (amoníaco).
• El lado del amoníaco está equipado con un condensador de placas y marcos enfriado por agua con un flotador de lado de alta en la salida, que expande líquido al enfriador de cascada. El condensador enfriado por agua está conectado a una torre enfriadora.
El sistema contiene un total de 2,000 libras [900 kg] de CO2 y 250 libras [110 kg] de amoníaco.
Ambos compresores están equipados con VFDs (variadores de frecuencia) en los motores. Los VFDs permiten el control de capacidad continua que puede mantener las temperaturas dentro de 0.2°F [0.1K]. Además, cuando se opera con un punto de referencia de solo 2°F [1.1K] desde la temperatura de evaporación de desconexión, el control progresivo evita fallas innecesarias.
Los serpentines en los congeladores de correa son descongelados con agua durante la limpieza diaria cuando se detiene la producción. Las válvulas solenoides en las líneas de líquido y succión son cerradas y al mismo tiempo una válvula solenoide en una
línea de drenaje desde el fondo del evaporador es abierta. La presión de CO2 en los
serpentines se incrementa rápidamente, forzando todo el líquido al drenaje. La línea de drenaje está conectada a la parte superior de la línea de retorno húmedo, en la cual el líquido puede fluir de regreso a la bomba de recirculación de baja temperatura de CO2 por la fuerza de gravedad.
Conclusión
Con todos los beneficios de usar CO2 como refrigerante, no hay duda que el CO2 no
es solo un refrigerante del pasado si no que también uno del futuro.
Para aplicaciones de baja temperatura, se pueden lograr ahorros operacionales substanciales. Cuando los costos iniciales son más bajos, la elección es obvia.
También, la oportunidad de reducir radicalmente las cargas de amoníaco y eliminar el amoníaco de las áreas de trabajo/proceso/almacenamiento es un tremendo beneficio.
Más de un centenar de sistemas de cascada amoníaco/CO2 han sido instalados
alrededor del mundo, de los cuales los más antiguos han estado en operación por más de 5 años. Esto prueba que el concepto del sistema es confiable y seguro. Todos los usuarios conocidos de estos sistemas están satisfechos con la operación y el desempeño.
Hasta ahora, solo unos pocos de estos sistemas han sido instalados en EEUU, pero los crecientes precios de la electricidad, las regulaciones más estrictas con el uso del amoníaco y la inminente fecha de término para el uso de R-22 deberían incrementar rápidamente el número de instalaciones en los EE.UU. durante la próxima década.
Referencias
ASHRAE. 2001. ASHRAE 15: Safety Code for Mechanical Refrigeration. American Society of Heating, Refrigeration, and Air-Conditioning Engineers, Inc. (ASHRAE).
Christensen, A. 2001. Kaskadeanlegg med CO2 i lavtemperaturtrinnet. Kulde–
Skandinavia 4.
Danfoss. DIR-CALC versión 1.13 (programa de cálculo).
Pachai, A.C. 2004. CO2 –Carbon Dioxide: Facts and Data – A Compilation of CO2
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Saulnier, J.M. 2005. New Distribution Center in Bethlehem Widens US Cold’s
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UNEP. 2000. The Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer (como haya sido modificado en Londres en 1990, Copenhagen en 1992, Vienna en 1995, Montreal en 1997 y Beijing en 1999). Programa de las Naciones unidas para el medio ambiente (PNUMA).