Los refrigeradores industriales se utilizan comúnmente para hacer circular un fluido a temperatura constante en un circuito cerrado con instrumentos y herramientas enfriados por líquido con el fin de aumentar la repetibilidad y reproducibilidad del proceso.
Cómo los refrigeradores de recirculación mantienen temperaturas constantes
Los componentes básicos de un refrigerador consisten en una bomba para hacer circular el fluido, un depósito para contener un volumen de fluido frío en el refrigerador, un sistema de refrigeración para enfriar el fluido y un módulo de control de la temperatura. (Ver Figura 1).
Se puede utilizar un controlador de temperatura estándar como módulo de control de la temperatura. Los controladores están disponibles de numerosos fabricantes con una variedad de opciones. Todos incluyen una pantalla de temperatura, se montan en panel y aceptan entradas de temperatura de detectores de temperatura de resistencia (RTD) o termopares. También hay varias opciones de comunicación disponibles. Una característica útil de muchos controladores es la función de autoajuste proporcional-integral-derivativo (PID). Esto permite al usuario dejar que el controlador calcule la respuesta óptima a las perturbaciones del sistema. Las perturbaciones se presentan en forma de cargas de proceso variables, cambios en el punto de ajuste y ruido. Una vez completado el autoajuste, es posible que el usuario deba realizar algunos ajustes adicionales en los parámetros para asegurarse de que la temperatura del fluido del proceso esté dentro de los límites de control del proceso. Esto no necesariamente completa el trabajo de ajustar el refrigerador con la herramienta. El usuario debe saber que la función de autoajuste intentará configurar el controlador de temperatura en el único punto de funcionamiento que se está evaluando.
La dinámica del proceso a menudo se ve afectada por condiciones que solo existen en determinados momentos o en circunstancias específicas. Si estas condiciones especiales pueden detectarse o predecirse de alguna manera, se necesita un método de control adaptativo (alimentación) para complementar el control reactivo (retroalimentación) usado en un esquema de control típico. Los refrigeradores para aplicaciones con estas necesidades avanzadas a menudo funcionan mejor con controladores lógicos programables (PLC) y terminales de interfaz de operador (OIT). (Ver Figura 2).
El uso de un PLC proporciona flexibilidad para satisfacer las necesidades de un entorno de control más exigente. Permite la integración perfecta de medidas de proceso no relacionadas con la temperatura del proceso, como presiones, caudales, temperatura ambiente, etc. o eventos críticos como sobrecarga de la bomba, apagado de seguridad, etc. en un esquema de control adaptativo. Los PLC también proporcionan un medio de recopilación y comunicación de datos. Se conectan fácilmente a los sistemas host a través de una gran variedad de opciones de comunicación.
Hay disponibles varias conexiones de bus de campo (Profibus, DeviceNet, Lonworks, etc.), así como enlaces Ethernet y seriales no patentados. Esto permite al usuario integrar mejor el refrigerador con la herramienta. Si bien el control de la temperatura es una función crítica para muchos procesos industriales, la estabilidad de la temperatura también es crítica para otros. Una mayor estabilidad generalmente se correlaciona con un mayor costo.
Muchas aplicaciones requieren una temperatura estable a ±0.5 °C de un punto de ajuste dado a una carga de calor especificada. Este nivel de estabilidad se puede lograr midiendo la temperatura en el depósito e iniciando el ciclo de una válvula de apertura/cierre en el sistema de refrigeración. (Ver Figura 3). Un algoritmo PID básico en el módulo de control de la temperatura inicia el ciclo de la válvula de apertura/cierre según sea necesario. El depósito proporciona un volumen de fluido a temperatura constante para ayudar a reducir el impacto de cualquier pequeño cambio de temperatura debido a los cambios de carga de calor de la herramienta.
Si bien el depósito ayuda a mantener una temperatura constante para el fluido que se suministra a la herramienta, también enmascara grandes picos de temperatura en el fluido que regresa de la herramienta. Estos cambios son el resultado de distintas cargas de calor. Por ejemplo, un láser en funcionamiento puede agregar una carga de calor constante de 300 W al fluido durante 5 minutos. La potencia del láser puede funcionar a 500 W durante 5 minutos y luego volver a bajar a 300 W durante otros 5 minutos. Este ciclo puede repetirse una y otra vez. Aumentar la carga de calor en un 67 % cambiará repentinamente la temperatura del fluido que regresa al refrigerador. Dado que la temperatura del fluido en el depósito cambia más lentamente, el módulo de control de la temperatura es más lento para responder a estos cambios.
La estabilidad de la temperatura se puede aumentar para procesos dinámicos midiendo la temperatura del fluido a la salida del sistema de refrigeración y antes del depósito. (Ver Figura 4). El módulo de control de la temperatura detecta los picos en la temperatura del fluido y puede responder en consecuencia. La estabilidad de la temperatura del fluido que se suministra a la herramienta se puede duplicar simplemente cambiando el punto de medición. (Ver Figura 5).
Es importante tener en cuenta que si un refrigerador está diseñado para una estabilidad de ±0.5 °C utilizando una válvula de apertura/cierre (como una válvula solenoide de refrigeración), aumentar aún más la estabilidad incrementará la frecuencia de los ciclos y reducirá la vida útil de la válvula. Este problema puede ocurrir cuando se usa la función de autoajuste en un controlador de temperatura estándar. Por lo tanto, el refrigerador solo debe proporcionar la estabilidad necesaria para mantener el proceso bajo control.
Otro problema común relacionado con el control de la temperatura del refrigerador es la pérdida de temperatura ambiental o ambiente entre el refrigerador y la herramienta. Esto suele ocurrir cuando el fluido del proceso está mucho más caliente o más frío que la temperatura ambiente y hay una gran distancia y una cantidad significativa de tuberías entre el refrigerador y la herramienta. A veces, el refrigerador y la herramienta se encuentran incluso en pisos diferentes. Por ejemplo, un fluido que sale del refrigerador a 15 °C puede calentarse hasta 20 °C cuando llega a la herramienta debido al aire ambiente que eleva la temperatura del fluido. El proceso requiere que se suministre fluido a la herramienta a una temperatura constante de 15 °C, no 20 °C. Para este problema, se puede ingresar una compensación en el módulo de control de la temperatura de 5 °C. Se ingresa un punto de ajuste de 15 °C para el refrigerador, pero el refrigerador en realidad controlará a 10 °C. El proceso recibirá el fluido a los 15 °C necesarios y el refrigerador comunicará un valor de 15 °C en la pantalla o mediante notificaciones.
Hay varios procesos que son más sensibles a la temperatura, como los que se utilizan en dispositivos médicos, ciertos láseres y equipos semiconductores. Para refrigeradores recirculantes, la estabilidad a ±0.1 °C de un punto de ajuste dado a una carga de calor especificada no es poco común. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, se recomienda que se asegure de que este nivel de estabilidad sea realmente necesario para un proceso dado, ya que puede haber un mayor costo para los componentes o el desarrollo del refrigerador. Un algoritmo PID en el módulo de control de la temperatura controlará una válvula de apertura/cierre o una válvula moduladora en el sistema de refrigeración. Una válvula moduladora es generalmente una válvula gradual, que proporciona un control más preciso en el punto de funcionamiento. Además, no está limitada a una cantidad específica de ciclos durante la vida útil de la válvula, como una válvula de apertura/cierre. La válvula moduladora tarda más en abrirse y cerrarse por completo en comparación con una válvula de apertura/cierre. Por lo tanto, el refrigerador tardará más en alcanzar una nueva temperatura dado un cambio escalonado en el punto de ajuste.
El control de la temperatura puede ser complicado en los refrigeradores cuando se controlan múltiples circuitos de fluido o se opera en un amplio rango de temperatura con cargas de calor altamente variables. En este caso, se utilizan PLC y OIT, ya que se pueden programar para controlar múltiples dispositivos de control y tener múltiples circuitos PID. Estos dispositivos brindan la máxima flexibilidad ya que solo están limitados por el programa creado para ellos.
En resumen, es importante determinar cuidadosamente los puntos operativos del sistema y la estabilidad requerida. La especificación incorrecta de estos elementos puede provocar que la temperatura de la herramienta esté fuera de control y/o que se agreguen costos innecesarios. Un fabricante de refrigeradores con experiencia puede proporcionar la selección correcta de refrigerador estándar o personalizado en función de las entradas correctas.
Use la comunicación RS232 y aproveche los beneficios
El futuro traerá satisfacción al cliente con un nuevo nivel de demanda. Para los clientes, el servicio tiene que ser un aspecto transparente en su organización. Los sistemas de refrigeración y los refrigeradores de recirculación miden información esencial sobre el estado de todo el sistema mediante sensores y controles internos. Por este motivo, los sistemas de refrigeración y los refrigeradores se pueden usar con efectividad para notificar problemas en el sistema a través de la interfaz RS232. Este caudal de información ayuda a mantener y conservar sus equipos en todo el sistema.
Dicho de la manera más sencilla, RS232 se puede usar para controlar funciones básicas del refrigerador y verificar si el sistema tiene alguna falla. La mayoría de las personas solo usa RS232 para encender y apagar la unidad y para controlar las funciones básicas como el punto de referencia. Sin embargo, como casi todas las funciones del refrigerador están disponibles a través de la interfaz de RS232, sus capacidades son mucho más aprovechables.
El control de la temperatura puede ser complicado en los refrigeradores cuando se controlan múltiples circuitos de fluido o se opera en un amplio rango de temperatura con cargas de calor altamente variables. En este caso, se utilizan PLC y OIT, ya que se pueden programar para controlar múltiples dispositivos de control y tener múltiples circuitos PID. Estos dispositivos brindan la máxima flexibilidad ya que solo están limitados por el programa creado para ellos.
En resumen, es importante determinar cuidadosamente los puntos operativos del sistema y la estabilidad requerida. La especificación incorrecta de estos elementos puede provocar que la temperatura de la herramienta esté fuera de control y/o que se agreguen costos innecesarios. Un fabricante de refrigeradores con experiencia puede proporcionar la selección correcta de refrigerador estándar o personalizado en función de las entradas correctas.
Por ejemplo, los refrigeradores de recirculación de Boyd pueden monitorear y notificar los cambios de presión. Cuando un sistema está instalado y es operativo, la lectura existente de presión del lado del líquido se puede recoger y usarla como punto de referencia para monitorear constantemente la presión del lado del líquido. Si su equipo lee una tendencia repentina de aumento o descenso de presión durante algún período de tiempo o días —por ejemplo, por problemas en las tuberías, corrosión o filtros tapados— usted está avisado sobre cualquier problema posible antes de que ocurra.
Además, los cambios constantes en la temperatura son indicadores de problemas futuros. Si un sistema pierde paulatinamente su capacidad para mantener la temperatura durante el funcionamiento normal, esto podría leerse como que los componentes electrónicos que se refrigeran se están sobrecalentando y no están funcionando por fallas internas o, quizás, porque el refrigerador está perdiendo su capacidad de rendimiento. Los refrigeradores Boyd tienen la capacidad de medir cambios de temperatura desde 1/100 de un grado y de notificárselo a través de la interfaz de RS232.
El desarrollo de pruebas de arranque del sistema o de pruebas que se pueden ejecutar periódicamente usando las funciones de medición y control del refrigerador es una manera sumamente efectiva de identificar problemas antes de que ocurran y que esto genere inactividad. Al medir la temperatura, la presión y otros parámetros con los sensores integrales del refrigerador y la interfaz RS232, se evitan gastos y complicaciones para integrar sensores adicionales de temperatura y presión, y además se ahorra dinero y no hay períodos de inactividad cuando se hacen diagnósticos y reparaciones de fallas o problemas del sistema antes de tiempo.
Descargue el software de comunicación RS232 y cópielo en su disco duro. Extráigalo en una sola carpeta (en su computadora de escritorio); no extraiga el archivo KodiakPCHost.cab. Por los firewalls, renombre el archivo setup.exr como setup.exe. Ejecute el archivo setup.exe. Si aparece una ventana emergente con un mensaje que dice que un archivo en el sistema es más nuevo que el que se está instalando, elija mantener el archivo más nuevo. Después verifique que su puerto com 1 esté programado en 9600 baudios, 8 bits de datos, 1 bit de parada, sin paridad. Tampoco debería haber un software de control de flujo de datos. Tenga en cuenta que al extraer el archivo zip con WinZip, la versión tiene que ser al menos la 9.0. El programa es una interfaz simple que representa la pantalla principal y los controles. Debe desactivar el bloqueador de elementos emergentes para habilitar las descargas.
Learn more about Recirculating Chillers where can implement intelligent system controls like RS323 Communications.
