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ES2928140T3 - Procedimiento de control adaptativo para sistemas de refrigeración - Google Patents

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ES2928140T3
ES2928140T3 ES18776380T ES18776380T ES2928140T3 ES 2928140 T3 ES2928140 T3 ES 2928140T3 ES 18776380 T ES18776380 T ES 18776380T ES 18776380 T ES18776380 T ES 18776380T ES 2928140 T3 ES2928140 T3 ES 2928140T3
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Chico Xavier Albets
Argiles Pere Moreno
Sanchez Miguel Angel Gonzalez
Fabra Luisa Fernanda Cabeza
Gabriel Zsembinski
Gracia Cuesta Alvaro De
Jiminez Jose Miquel Maldonado
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Ako Electromecanica S A L
Universitat de Lleida
Original Assignee
Ako Electromecanica S A L
Universitat de Lleida
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Abstract

Procedimiento de control adaptativo para sistemas de refrigeración que comprende la detección del nivel de escarcha en el evaporador mediante un método de cálculo de tasa NTU, permitiendo definir: el momento de desescarche más adecuado, la energización de las resistencias de drenaje y la gestión adaptativa del ventilador del evaporador combinando diferentes modos de funcionamiento. Un modo sin hielo que utiliza únicamente la capacidad frigorífica del refrigerante, y distintos modos con hielo que aprovechan el calor latente almacenado en el hielo para producir ahorros energéticos, dependiendo del nivel de escarcha en el evaporador. Para el cálculo de la tasa NTU utiliza como referencia el evaporador cuando está seco al inicio, y cuando el sistema de refrigeración está en funcionamiento, efectúa el cálculo de la tasa NTU con un modo de funcionamiento con frecuencia variable dependiendo del rendimiento del evaporador o nivel de hielo y su comparación con la citada referencia.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de control adaptativo para sistemas de refrigeración
Objeto de la invención
La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un procedimiento de control adaptativo para sistemas de refrigeración, el cual aporta ventajas y características, que se describirán en detalle más adelante, que suponen una mejora del estado actual de la técnica dentro de su campo de aplicación.
Más en particular, el objeto de la invención se centra en un procedimiento de control para sistemas de refrigeración, adaptativo en base al nivel de hielo del evaporador, para lo cual monitorea el sistema de refrigeración y gestiona los ventiladores y los procesos de desescarche en función del nivel de escarcha en el evaporador, lo que confiere ahorros de energía notables al sistema de refrigeración. Además, el nivel de escarcha en el evaporador se detecta mediante un nuevo método de cálculo que es válido para cualquier tipología de sistema y que se basa en un indicador FVT que representa la facilidad a la variación de temperatura que tiene el evaporador.
Campo de aplicación de la invención
El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector de la industria dedicada a la fabricación de aparatos de refrigeración, centrándose más concretamente en los sistemas de control de funcionamiento de los mismos.
Antecedentes de la invención
Como es sabido, la eficiencia de los sistemas de refrigeración puede verse reducida por la formación de hielo (escarcha) en el circuito del intercambiador de calor (evaporador) del espacio refrigerado (evaporador). Si no se evita el exceso de escarcha, ésta podría incluso parar el evaporador [1]. Existen diversos métodos de desescarche; algunos de ellos requieren grandes cantidades de energía para eliminar dicha escarcha [2] de hasta el 25 por ciento del total del consumo energético del sistema de refrigeración [3]. Es conocido en el sector que la disminución de la frecuencia de desescarche puede mejorar el rendimiento del sistema frigorífico, ya que reduce su consumo energético.
Es por ello por lo que los procesos de desescarche deben, generalmente, mantenerse en una cantidad mínima necesaria.
Generalmente, los procesos de desescarche se programan a tiempos determinados, típicamente cada 6 u 8 horas, sin ninguna información del estado del evaporador, lo que provoca, por un lado, posibles procesos de desescarche innecesarios, y por otro, períodos donde existe excesiva escarcha.
El ventilador del evaporador puede ser gestionado de distintos modos dependiendo del nivel de escarcha en el evaporador, con el objetivo de reducir el consumo energético del sistema de refrigeración [5].
Por todo ello, el objetivo de la presente invención es desarrollar un procedimiento mejorado de control de los sistemas de refrigeración basado, en primer lugar, un nuevo método para la detección del nivel de escarcha en el evaporador, en segundo lugar, en una gestión adaptativa del ventilador del evaporador para que combine diferentes modos de funcionamiento y, finalmente, un criterio adaptativo para decidir el momento de desescarche más adecuado.
Cabe mencionar que, dicho nuevo método para la detección del nivel de escarcha, se basa, para la presente invención, en el cálculo de un indicador FVT que representa la facilidad a la variación de temperatura que tiene el evaporador, o, para un método que no es objeto de la presente invención, en el ya conocido método NTU (Number of Transfer Units, número de unidades de transferencia) que se utiliza para calcular la tasa de transferencia de calor en los intercambiadores de calor (especialmente intercambiadores contracorriente) cuando no hay suficiente información para calcular la diferencia de temperatura media logarítmica (LMTD). En el análisis de intercambiador de calor, si se especifican las temperaturas de entrada y de salida de fluido o pueden ser determinadas por el balance de energía simple, puede ser utilizado dicho método LMTD; pero cuando estas temperaturas no están disponibles se utiliza el método NTU.
Por otra parte, y como referencia al estado actual de la técnica, cabe señalar que, si bien se conocen sistemas de control del funcionamiento de los ventiladores en los aparatos de refrigeración para optimizar su funcionamiento, al menos por parte del solicitante, se desconoce la existencia de ningún procedimiento que presente unas características iguales o semejantes a las que concretamente presenta el que aquí se preconiza, según se reivindica.
En dicho sentido, se conoce la existencia de los documentos EP0328152 de 1992 y US4949548 de 1990, [5,6] referidos a una patente que hace referencia al control de los ventiladores del evaporador de modo que se utilice la capacidad frigorífica almacenada en el hielo del evaporador, fundiendo el mismo y asegurando que el frío es efectivamente transferido al especio refrigerado, sin embargo, el método utilizado presenta diferencias notables. De hecho, en dicho documento se utiliza un control basado en la diferencia de temperaturas entre evaporador y espacio refrigerado para cuantificar el nivel de escarcha en el evaporador y así programar (decidir) el inicio del proceso de desescarche. Esta aproximación al problema es válida, aunque limita su aplicación únicamente a sistemas refrigerados autónomos (es decir, con una unidad condensadora dedicada al evaporador en cuestión).
Asimismo, en la solicitud de patente US2005/0132730 [7] se propone utilizar el método £-NTU para gestionar el ventilador de una nevera comercial.
En la presente invención, según se describirá en los siguientes apartados y cuyo alcance de protección se define por las reivindicaciones adjuntas, el método de cuantificación (tasa NTU) es distinto a los propuestos en [5, 6, 7], y precisamente permite que dicho control sea válido tanto para sistemas autónomos como para aquellos que cuentan con unidades condensadoras centralizadas mediante racks de compresores múltiples, lo cual supone una importante ventaja.
Referencias:
1. Cláudio Melo Fernando T. Knabben, Paula V. Pereira. An experimental study on defrost heaters applied to frost-free household refrigerators. Applied Thermal Engineering 51 (2013) 239-245.
2. J.M.W. Lawrence, J.A. Evans, Refrigerant flow instability as a means to predict the need for defrosting the evaporator in a retail display freezer cabinet. International Journal of Refrigeration 31 (2008) 107-112.
3. Kazachi G. Project progress meeting in discussion of display case warm liquid defrosting test at EPA. Raleigh: 2001.
4. Diogo L. da Silva, Christian J.L. Hermes, Claudio Melo. Experimental study of frost accumulation on fan-supplied tube-fin evaporators. Applied Thermal Engineering 31 (2011) 1013-1020
5. Friedhelm Meyer, (1990). Process for controlling the operation of a refrigerating unit. US4949548.
6. Friedhelm Meter, (1992). Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Kühlaggregats. EP0328152B1.
7. Lim Hyoung K et al. Apparatus and method for controlling operation of blower fan of refrigerator. US2005/0132730.
Explicación de la invención
El procedimiento de control adaptativo para sistemas de refrigeración que la invención propone se configura, pues, como una novedad dentro de su campo de aplicación, estando los detalles caracterizadores que lo distinguen, convenientemente recogidos en la reivindicación final que acompaña a la presente descripción.
Como se ha apuntado anteriormente, lo que la invención propone es un procedimiento de control adaptativo en base al nivel de hielo del evaporador para sistemas de refrigeración, que monitorea el sistema de refrigeración y gestiona los ventiladores y los procesos de desescarche en función del nivel de escarcha en el evaporador, lo que confiere ahorros de energía notables al sistema de refrigeración, comprendiendo para ello, esencialmente, un nuevo método para la detección del nivel de escarcha en el evaporador, una gestión adaptativa del ventilador del evaporador que inteligentemente combina diferentes modos de funcionamiento y, finalmente, un criterio adaptativo para decidir el momento de desescarche más adecuado.
En concreto, el nivel de escarcha del evaporador se detecta como se define en la reivindicación 1, para la presente invención, o mediante otro método, que no es objeto de la presente invención, de cálculo de tasa NTU que, ventajosamente, es válido para cualquier tipología de sistema.
El procedimiento de control que no es parte de la invención combina, pues, distintos modos de gestión del ventilador del evaporador en función del nivel de escarcha del evaporador, que a su vez se determina por dicho método de tasa NTU, haciendo que el sistema de refrigeración trabaje en diferentes modos de funcionamiento:
- Modo sin hielo; se utiliza únicamente la capacidad frigorífica del refrigerante.
- Modo de medida; este modo permite una medida de tasa NTU precisa.
- Distintos modos con hielo; los modos con hielo aprovechan el calor latente almacenado en el hielo para producir ahorros energéticos, dependiendo del nivel de escarcha en el evaporador.
El procedimiento de control adaptativo que no es objeto de la presente invención comprende llevar a cabo la citada detección del nivel de escarcha mediante la obtención de un coeficiente adimensional del nivel relativo de escarcha en el evaporador fc y la monitorización de la evolución temporal del mismo, donde el procedimiento comprende obtener dicho coeficiente adimensional del nivel relativo de escarcha en el evaporador fc:
- a partir del cálculo de un primer valor o valor de referencia de la tasa NTU llevado a cabo cuando el evaporador está seco al inicio, sin escarcha, y
- a partir del cálculo de unos segundos valores de la tasa NTU, cuando el sistema de refrigeración está en funcionamiento durante uno de dichos modos con hielo de gestión del ventilador, llevándose a cabo dicho cálculo repetidamente a lo largo del tiempo con una frecuencia de repeticiones no constante que varía dependiendo del rendimiento del evaporador o del nivel de hielo en el mismo;
donde dicho coeficiente adimensional del nivel relativo de escarcha en el evaporador fc relaciona, de manera comparativa, los segundos valores con el primer valor de la tasa NTU.
En otras palabras, el procedimiento de control adaptativo que no es objeto de la presente invención contempla el cálculo de la tasa NTU al inicio, cuando el evaporador está seco (sin escarcha alguna). Dicho nivel se utiliza como referencia. Cuando el sistema de refrigeración está en funcionamiento, el procedimiento de control adaptativo contempla el cálculo de la tasa NTU repetidamente con una frecuencia de repeticiones variable (la cual depende a su vez del rendimiento del evaporador o nivel de hielo en el mismo), y su comparación con la referencia. El valor que se obtiene es un coeficiente adimensional que informa sobre el nivel de escarcha en el evaporador (fc).
En la invención, dependiendo del coeficiente fc, se decide la estrategia (modo) de funcionamiento del ventilador del evaporador y se decide si un proceso de desescarche es necesario en tiempo real.
Para ello, el coeficiente fc se compara respecto a un valor de un coeficiente adimensional de rendimiento de referencia fs indicativo de que un desescarche es necesario, el cual a su vez se adapta, con posterioridad a dicha comparación de los valores de fc con fs, actualizándose en función del tiempo que se ha necesitado para realizar el desescarche al implementarse uno de dichos modos de funcionamiento con hielo en base a dicho valor de fc comparado siendo el primer fs un valor por defecto. De este modo, se adapta el valor de activación de desescarche hasta conseguir un nivel de escarcha en el evaporador que permite obtener el nivel óptimo (más eficiente) de funcionamiento del sistema de refrigeración.
Seguidamente, se proporciona una explicación más detallada de un ejemplo del método de cálculo de tasa NTU utilizado para detectar el nivel de escarcha del evaporador, pero que no es objeto de la presente invención; método el cual, ventajosamente, es válido para cualquier tipología de sistema
En particular, el cálculo que se realiza de acuerdo a dicho ejemplo consiste en la evaluación relativa del flujo de calor perdido por el aire de la cámara frigorífica en el momento que entra refrigerante en el evaporador. Según el método clásico £-NTU, un modo de cuantificar el flujo de calor perdido por el aire de la cámara obedece a la ecuación 1:
q = e- Cp(aire) • m(aire) • (Taire - Tevap) (1)
Donde q es el flujo de calor absorbido por el evaporador, £ es la eficiencia de intercambio de calor, Cp(aire) es la calor específico del aire, m(aire) es el flujo másico de aire cruzando las aletas del evaporador (impulsadas por el ventilador del evaporador) y (Talre - Tevap) es la diferencia de temperaturas entre el aire de la cámara frigorífica y el evaporador, que se asume constante a lo largo del evaporador (puesto que el refrigerante está evaporándose).
El flujo de calor “robado” por el evaporador al aire de la cámara frigorífica es constante, puesto que:
o El aire de la cámara frigorífica está a temperaturas controladas y por lo tanto tiene una [Cp(aire)] constante o El caudal de aire responde al ventilador del evaporador, que tiene un caudal constante [m(aire)] o El caudal y salto entálpico del refrigerante en el evaporador se ajustan mediante el control y potencia de la compresión (constantes) y expansión, por lo que son constantes.
o La temperatura del evaporador, donde el refrigerante cambia de fase, es constante a lo largo de todo el evaporador.
Por lo tanto, cuando el evaporador no tiene escarcha, su intercambio de calor con el aire de la cámara responde a un rendimiento característico (£ seco). Por otro lado, cuando el evaporador tiene un nivel de escarcha determinado, el intercambio de calor responde a un rendimiento distinto (£ hielo). El rendimiento baja por el simple hecho que la escarcha supone un aislante térmico al intercambio de calor. Sin embargo, en ambos casos, el intercambio de calor es igual.
Luego:
Figure imgf000004_0001
Si se igualan las ecuaciones (puesto que, como se ha dicho, el flujo de calor es constante con y sin escarcha) se observa que:
Figure imgf000004_0002
Del análisis de esta ecuación se observa que el gradiente entre aire de la cámara y evaporador cambia linealmente con la relación entre eficiencias del intercambio de calor.
De una medición precisa de ambas temperaturas (Talre yTevap) en condiciones sin escarcha (seco) y con escarcha (hielo) se puede determinar la pérdida de rendimiento del evaporador.
Es por ello que para implementar el procedimiento que no es objeto de la presente invención, se utiliza un sistema que ubica dos sondas de temperatura:
o Sonda cámara: que mide la temperatura del aire de la cámara (y con la que se regula la producción de frío necesaria para mantener la cámara a la temperatura deseada)
o Sonda evaporador: que mide la temperatura de evaporación del evaporador, en contacto con los tubos donde se expande y evapora el refrigerante.
Sabiendo que la eficiencia del intercambio se relaciona con NTU para evaporadores según:
E = i - e ~ NTU (5)
Donde NTU es
NTU = UA
(m Cp)aire (6)
Donde U es el coeficiente de transferencia de calor global y A es el área de transferencia de calor.
Se puede relacionar (Talre — Tevap) con UA. Por lo tanto, al medir las diferencias de temperatura entre cámara frigorífica y evaporador (Talre — Tevap) se estima una eficiencia relativa a condiciones secas, que siguiendo las relaciones matemáticas especificadas por el método, implican un UAseco.
En condiciones de escarcha, las mismas medidas generan un valor de UAhielo.
Mediante la relación UAhielo/UAseco se determina el coeficiente fc indicado arriba, que es el nivel relativo de escarcha y el que permite tomar decisiones sobre gestión del ventilador y necesidad de desescarche.
Tal y como se ha indicado anteriormente en este documento, el cálculo del nivel de hielo se realiza al principio, justo cuando se acaba de realizar un desescarche y se asegura que el evaporador está completamente limpio de escarcha y a las condiciones térmicas estabilizadas. De acuerdo con el ejemplo de realización explicado con relación a las ecuaciones (1-6), este valor, es decir el valor de UAseco es la referencia (o valor denominado arriba como primer valor o valor de referencia de la tasa NTU). A medida que el evaporador funciona, se realiza el cálculo del nivel de escarcha periódicamente, es decir el valor de UAhielo (denominado arriba como segundo valor de la tasa NTU), y se divide el valor calculado respecto la referencia (UAseco, sin escarcha). La división de ambos factores proporciona el valor fc. De esta explicación se deduce que el valor de fc=1 para la referencia (UAseco).
Por lo que se refiere a la frecuencia de cálculo para producir el valor UAhielo, es decir el de las repeticiones de dicho cálculo, para un ejemplo de realización ésta es típicamente de 4 horas (un cálculo cada 4 horas), aunque parametrizable (el usuario puede escoger un valor entre 2 y 6 horas). A medida que fc disminuye y se acerca al valor de fs (valor límite que marca la necesidad de un desescarche) la frecuencia baja linealmente para asegurar que no se bloquea el evaporador por escarcha, es decir pasaría de por ejemplo 4 horas entre cálculos 3 horas y finalmente cada 2 horas cuando está muy cerca de fs.
Por lo que se refiere al anteriormente denominado como coeficiente adimensional de rendimiento de referencia fs, éste pude entenderse como un coeficiente cuyo valor marca un límite inferior para el valor de fc tal que si el valor de fc disminuye hasta alcanzar tal límite inferior, se determina que un desescarche es necesario. En particular, para el ejemplo detallado con referencia a las ecuaciones (1-6), este valor de fs (siempre comprendido entre 0 y 1) representa la disminución máxima tolerada relativa al UAseco (sin escarcha) del UAhielo (con cierto nivel de escarcha). Una vez se alcanza (o se supera por abajo, es decir cuando fc <= fs) se inicia un desescarche. Por defecto tiene un valor relativamente alto (por ejemplo, 0,6) para evitar cualquier bloqueo en las primeras iteraciones del controlador. A medida que se producen desescarches, se miden los tiempos necesarios para fundir la escarcha del equipo. Cuanto mayor es la cantidad de escarcha presente en el evaporador, mayor es el tiempo de desescarche. El coeficiente fs se actualiza hasta que se consigue tener desescarches de duración deseada, a través de un coeficiente de estrategia de desescarche. Así pues, el coeficiente se iniciará por ejemplo, en fs=0,6 (lo que significa que el valor de UAhielo mínimo aceptado respecto el valor de UAseco es de un 60%). Si dicho desescarche produce un tiempo de desescarche inferior al deseado, fs se actualizará a, por ejemplo, 0,5 y en el siguiente desescarche se volverá a evaluar si la cantidad de escarcha es igual a la deseada, vía medición del tiempo de desescarche empleado; y así sucesivamente hasta alcanzar el valor de fs estabilizado a la cantidad de escarcha máxima aceptada por el usuario.
En general, para el cálculo del nivel de escarcha se ajusta el ventilador a funcionamiento continuo, tanto durante la entrada del refrigerante como cuando el compresor y la válvula solenoides del sistema de refrigeración están paradas, es decir, sin entrada de refrigerante.
Preferentemente, el procedimiento contempla la existencia de un indicador de seguridad que puede parar el sistema de refrigeración y activar el proceso de desescarche, en el caso que éste sea el motivo de disfunción.
Adicionalmente, y gracias a la capacidad de predecir el momento de desescarche en base a la evolución temporal del coeficiente fc, el procedimiento contempla que el sistema de calentamiento del drenaje del evaporador se conecte únicamente cuando es necesario (antes del desescarche) mientras se mantiene parado durante los períodos en los que el desescarche no está en funcionamiento o no está previsto a corto plazo, lo que aumenta el potencial ahorro que este procedimiento adaptativo confiere al sistema de refrigeración.
Las principales ventajas y características innovadoras que proporciona el procedimiento que no es objeto de la invención son:
- La tasa NTU para cuantificar el nivel de escarcha en el evaporador.
- La estrategia de los ventiladores (modo de funcionamiento) depende del nivel de escarcha en el evaporador. Existen varios modos de operación en función del nivel de escarcha.
- El proceso de desescarche es activado dependiendo de una tasa NTU en el evaporador, lo que reduce la cantidad de desescarches a realizar.
- El nivel relativo de escarcha (tasa NTU) para hacer activar el desescarche se adapta a la duración del proceso de desescarche, el cual también puede estar relacionado con el tiempo que el espacio refrigerado se encuentra fuera de rango.
- En base a la evolución temporal de la tasa NTU, el sistema calefactor del drenaje se energiza únicamente cuando es necesario, aumentando así los ahorros potenciales de energía para el sistema.
En definitiva, el procedimiento que no es objeto de la presente invención comprende la detección del nivel de escarcha en el evaporador mediante un método de cálculo de tasa NTU, el cual permite definir a) el momento de desescarche más adecuado, b) la energización de las resistencias de drenaje y c) la gestión adaptativa del ventilador del evaporador combinando diferentes modos de funcionamiento, comprendiendo un modo sin hielo donde se utiliza únicamente la capacidad frigorífica del refrigerante y distintos modos con hielo donde se aprovecha el calor latente almacenado en el hielo para producir ahorros energéticos, dependiendo del nivel de escarcha en el evaporador; en que, para el cálculo de la tasa nTu utiliza como referencia el evaporador cuando está seco al inicio, y cuando el sistema de refrigeración está en funcionamiento, efectúa el cálculo de la tasa NTU con un modo de gestión del ventilador específico y preciso, llevándose a cabo con una frecuencia no constante, sino variable dependiendo del rendimiento del evaporador o del nivel de hielo en el mismo y su comparación con la citada referencia.
La presente invención concierne a un procedimiento de control adaptativo para sistemas de refrigeración que, siendo del tipo que gestiona los ventiladores en función del nivel de escarcha en el evaporador, comprende la detección del nivel de escarcha en el evaporador mediante un método de cálculo alternativo al propuesto por el primer aspecto, o segundo método de cálculo, cuyo alcance de protección se encuentra definido por la reivindicación 1.
El método de la presente invención proporciona un indicador que representa la facilidad a la variación de temperatura (FVT) que tiene el evaporador, donde el valor de dicho indicador FVT disminuye con la cantidad de escarcha, debido que aumenta la masa de escarcha (más inercia térmica), y reduce la potencia de transferencia de calor con el aire (£ o eficiencia del intercambio de calor, como visto en el método precedente). La facilidad a la variación de temperatura del evaporador se calcula según:
Te end — Te ini
FVT = ---------------=----- ■;-----=------------- r
timestep ■ £ abs((Tevap — Talre)).
Donde (Te_end - Te_ini) es la diferencia entre las temperaturas del evaporador al final e inicio de un calentamiento del evaporador (cuando no hay entrada de refrigerante en el mismo, el evaporador bajo una ventilación activada, se calienta hasta alcanzar prácticamente la temperatura de la cámara frigorífica), (Tevap — Talre) son las sucesivas muestras de gradiente térmico entre evaporador y cámara que ocurren durante dicho calentamiento (que es un proceso que se alarga en el tiempo en el orden de minutos) y que se miden con cada “timestep" (tiempo en segundos entre muestras), donde dicho factor sirve para corregir desviaciones en la medición debido a posibles variaciones de temperatura de la cámara.
Análogamente a lo indicado para el método que no es objeto de la presente invención, basado en £-NTU, de los valores de la facilidad a la variación de temperatura del evaporador FVT en condiciones sin escacha (seco) y en condiciones con un nivel determinado de escarcha (hielo), se puede obtener el nivel relativo de hielo mediante la relación FVTh¡elo/FVTseco, que representa el coeficiente fc.
El método que no es objeto de la presente invención se utiliza cuando el evaporador enfría el aire de la cámara frigorífica mediante la evaporación de refrigerante en su interior. Dicho valor se calcula para un instante determinado (generalmente unos segundos después de la entrada del refrigerante en el evaporador). Por otro lado, el método de la invención se aplica cuando el aire de la cámara frigorífica calienta el evaporador, sin entrada de refrigerante, lo que ocurre durante un proceso que es del orden de minutos y en el que se promedian saltos térmicos entre aire de cámara frigorífica y evaporador.
Visto lo que antecede, se constata que el descrito procedimiento de control adaptativo para sistemas de refrigeración representa una innovación de características desconocidas hasta ahora para el fin a que se destina, razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un plano, en que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:
La figura número 1.- Muestra un diagrama de flujo del procedimiento de control adaptativo para sistemas de refrigeración que no es objeto de la presente invención, donde se observan las etapas que comprende.
A la vista de la figura 1 descrita y única, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede apreciar cómo el método de control adaptativo para sistemas de refrigeración que no es objeto de la invención contempla las siguientes etapas en el orden que se señala:
- Una primera etapa (1) en que se procede a predeterminar el valor por defecto del coeficiente fs y predeterminar el tiempo máximo de desescarche (tmax), el cual comprende valores razonables para el desescarche de un evaporador de una cámara frigorífica (entre 45 y 5 min). Por defecto se asigna, por ejemplo, tmax=18 minutos y es parametrizable. El coeficiente fs se ajustará hasta que el tiempo de desescarche alcance el valor de tmax, que es ajustable (parametrizable);
- Una segunda etapa (2) en que se procede a descongelar el evaporador;
- Una tercera etapa (3) en que se ejecuta un modo estándar de funcionamiento del ventilador, durante un tiempo preestablecido o típico de funcionamiento normal de la regulación (control) de la generación de frío en la cámara frigorífica. Dicho tiempo es necesario para la estabilización de temperaturas en la puesta en marcha de la cámara frigorífica. Generalmente se fija en media hora, aunque es parametrizable;
- Una cuarta etapa (4) en que se ejecuta el modo de funcionamiento de medida, durante un tiempo preestablecido; - Una quinta etapa (5) en que se efectúa el cálculo de dicho primer valor o valor de referencia de la tasa NTU con el evaporador seco, sin escarcha, cálculo que se realiza al inicio de la regulación del frío, después de un desescarche y siempre después del tiempo preestablecido. Por lo tanto se asegura que el evaporador no tiene escarcha (gracias al desescarche) pero la cámara está en condiciones térmicas estabilizadas a su aplicación usual (gracias al tiempo preestablecido);
- Una sexta etapa (6) en que se ejecuta un modo de funcionamiento sin hielo del sistema de refrigeración inicial/después de desescarche, en que utiliza únicamente la capacidad frigorífica del refrigerante;
- Una séptima etapa (7) en que se efectúa el cálculo de uno de los segundos valores de la tasa de NTU y la obtención de los valores del coeficiente fc de nivel relativo de escarcha a partir de dicho segundo valor y de dicho primer valor; - Una octava etapa (8) en que se efectúa el cálculo del valor de dicho coeficiente fc; con tres posibles opciones de etapa siguiente:
- Una novena etapa (9), si el evaporador no tiene escarcha, en que se ejecuta el modo sin hielo recurrente, es decir, utilizando únicamente la capacidad frigorífica del refrigerante; volviendo luego a la etapa (7) en que, de nuevo, se efectúa el cálculo de uno de los segundos valores de la tasa de NTU para obtener un nuevo valor del coeficiente fc de nivel relativo de escarcha.
- Una décima etapa (10), si el evaporador tiene un poco de escarcha, en que se ejecuta el modo de funcionamiento con hielo apropiado dependiendo del valor de dicho coeficiente fc, es decir, se selecciona uno de los distintos modos con hielo, en que se aprovechan el calor latente almacenado en el hielo de la escarcha para producir ahorro energético, volviendo luego a la etapa (7) en que, de nuevo, se efectúa el cálculo de uno de los segundos valores de la tasa de NTU para obtener el nuevo coeficiente fc de nivel de escarcha;
- Una undécima etapa (11) de descongelado del evaporador, si éste tiene excesiva escarcha; y
- Una duodécima etapa (12), cuya realización está condicionada a que se haya realizado la undécima etapa (11), en la que se evalúa el valor del coeficiente fs de nivel de escarcha, y si se determina que es necesario, se adapta/actualiza su valor, tras la que se vuelve a la etapa (6) en que se ejecuta el modo de funcionamiento sin hielo del ventilador inicial/después de desescarche.
Cabe señalar que, para llevar a cabo dichas etapas de funcionamiento, el procedimiento de control adaptativo contempla la entrada al sistema de los siguientes parámetros:
- Temperatura del evaporador
- Temperatura del espacio refrigerado
- Tiempo real (Real Time Clock)
- Señal de compressor ON/OFF
- Señal de solenoide ON/OFF
- Señal de desescarche ON/OFF
- Máximo tiempo de desescarche permitido
- Coeficiente de activación a desescarche inicial (fs)
- Tiempo de seguridad sin desescarche
- Histéresis ligada a la consigna de temperatura del espacio refrigerado
- Máximo tiempo permitido fuera de consigna

Claims (1)

REIVINDICACIONES
1.- Procedimiento de control adaptativo para sistemas de refrigeración que, siendo del tipo que gestiona los ventiladores en función del nivel de escarcha en el evaporador, está caracterizado por comprender la detección del nivel de escarcha en el evaporador mediante un método de cálculo de un indicador FVT que representa la facilidad a la variación de temperatura que tiene el evaporador, según la siguiente expresión:
Te end — Te ini
FVT = ---------------=----- ■;-----=------------- r
timestep ■ £ abs((Tevap — Talre)).
donde (Te_end - Te_ini) es la diferencia entre las temperaturas del evaporador al final y el inicio, respectivamente, de un proceso de calentamiento del evaporador, (Tevap — Talre) son las sucesivas muestras de gradiente térmico entre la temperatura del evaporador Tevap y la de la cámara frigorífica del sistema de refrigeración Taire que ocurren durante dicho proceso de calentamiento y que se miden con cada timestep o tiempo en segundos entre muestras i de gradiente térmico;
y porque el método comprende llevar a cabo dicha detección del nivel de escarcha mediante la obtención de un coeficiente adimensional del nivel relativo de escarcha en el evaporador fc y la monitorización de la evolución temporal del mismo, donde el procedimiento comprende obtener dicho coeficiente adimensional del nivel relativo de escarcha en el evaporador fc mediante la siguiente relación FVThielo/FVTseco, donde FVThielo incluye los valores del indicador FVT obtenidos cuando el evaporador tiene escarcha y FVTseco los valores del mismo cuando el evaporador no tiene escarcha.
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