Investigacion U2 Refrigeracion

8/17/2019 Investigacion U2 Refrigeracion

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INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE GUASAVE

Carrera:

Ingeniería Mecánica

Asignatura:

Refrigeración y aire acondicionado

Tema:

Investigación unidad 2:

Elementos del sistema de refrigeración por compresión

Profesor:

Jesús Alerto Mac!ado "oronado

Presenta:

Juan "arlos #ánc!e$ Angulo

Grupo:

%&'


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Íni!e

Introducción

(nidad 2: Elementos del sistema de refrigeración por compresión

2)') "lasificación y funcionamiento de compresores)

• Reciprocantes

• Rotativos

• #croll o espiral

• Rotativo de paleta o pistón rodante

• *ornillo

• "entrífugo

2)2) "lasificación y funcionamiento de condensadores)

• "ondensadores por aire

• "ondensadores por agua

• Evaporativos

2)+) "lasificación y funcionamiento de los dispositivos de e,pansión)

• *uo capilar

• -álvula de e,pansión .manual/ termostática/ electromecánica y automática)0

• El restrictor)

2)1) "lasificación y funcionamiento de evaporadores)

•Enfriamiento de aire: "irculación natural y for$ada

• Enfriamiento de líuidos: de inmersión/ de dole tuo o contracorriente/

multituulares/ especiales)

"onclusión)

3iliografías)


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E"ementos e" sistema e refrigera!i#n por !ompresi#n

$%&% C"asifi!a!i#n ' fun!ionamiento e !ompresores

4os compresores de despla$amiento positivo o volum5tricos: aumentan la presión delvapor de refrigerante reduciendo el volumen interno de una cámara/ consumiendo para

ello un traa6o mecánico)

4oa compresores de despla$amiento cinemático o dinámicos: Aumentan la presiónconvirtiendo presión dinámica en presión estática) 7rimero se acelera el fluido yposteriormente se frena)

4os compresores más usados en refrigeración industrial son los alternativos y los detornillo)

7ara climati$ación se usan alternativos y de espiral para máuinas peue8as yalternativos/ de tornillo y centrífugos para máuinas de mayor tama8o)

9eido a la importancia en el consumo de energía del compresor/ es necesario distinguir

los diferentes tipos de compresores ue se utili$an en los euipos ue se encuentran enel mercado)

"ompresores reciprocantes

4os euipos de refrigeración utili$an principalmente compresores reciprocantes deido alas altas compresiones ue se reuieren para las aplicaciones de a6a y mediatemperatura) Así/ e,isten versiones estándares y de alta eficiencia de este tipo decompresores)

Estos compresores son los menos eficientes/ pero tienen un costo relativamente menor comparados con otros/ aunue son muy ruidosos) peran al reducir el volumen de unespacio sellado llamado cilindro/ por medio de un pistón en movimiento) 9ee e,istir un

espacio entre la cae$a del pistón y las válvulas para evitar ue c!ouen las pie$as entresí/ por lo ue !ay una peue8a cantidad de refrigerante ue se re;e,pande y le restaespacio al cilindro durante la aspiración de nuevo refrigerante) A esto se le conoce comoeficiencia volum5trica del compresor y depende de la diferencia entre la presión dedescarga y la de succión)

7ara medir estas variales se estalece la


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) >erm5ticos: el motor y el compresor están dentro de una misma carcasa sellada? sonmuc!o más aratos ue cualuier otro tipo/ pero son los menos eficientes del mercado enaplicaciones de sistema de refrigeración)

#on prácticamente desec!ales al no poder ser desarmados para reparación) #e usan entodo tipo de aplicación/ pero no son los preferidos en grandes dimensiones/ deido a ueno se pueden reparar fácilmente) #on los compresores más populares en el mercado por su a6o costo/ pero están siendo despla$ados por tecnologías más eficientes y a un costocompetitivo)

c) #emi;!erm5ticos: el motor y el compresor están dentro de una misma carcasa/ peroposeen compuertas o pie$as de acceso para reali$ar mantenimientos y reparacionesinternas) #on muc!o más costosos ue los !erm5ticos/ pero con la venta6a de ser reparales y son especialmente uenos en el campo de la refrigeración industrial)

"ompresores rotativos

9eido a las presiones reueridas para alcan$ar las a6as temperaturas en los sistemas

de refrigeración comercial ;!asta 2&>7; se utili$an casi e,clusivamente compresoresreciprocantes y rara ve$ se encuentra un tipo diferente/ como compresores rotativos) 4osrotativos tienen eficiencias volum5tricas muy elevadas y son muy eficientes) 4oscompresores rotativos pueden ser como los ue se e,ponen a continuación:

#croll o espiral

A diferencia del reciprocante/ el compresor tipo espiral o scroll comprime el refrigeranteentre dos espirales: una fi6a y otra móvil/ en un movimiento circular) 9e esta forma/ el flu6o


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#u dise8o incluye variación de capacidad para traa6ar eficientemente cuando la cargasea menor a la de dise8o .etapas llegan !asta un 2D@ de capacidad respecto al valor nominal0)

"entrífugo

4os compresores centrífugos son muy similares/ a simple vista/ a las omas de aguacentrífugas y operan a6o el mismo principio) 9entro de la carcasa se !ace girar unarueda .estator0 con paletas o alaes inclinados) El movimiento de la rueda acelera al

refrigerante y aumenta su velocidad y presión/ comprimi5ndolo al ingresar a la tuería)

Estos compresores son muy eficientes/ pero su aplicación es limitada por su alto costo ysu gran escala de capacidad) #e usan primordialmente en aire acondicionado o paracomprimir grandes volúmenes de gases como o,ígeno/ nitrógeno e !idrocaruros) "omoposeen muy pocas pie$as móviles y el estator no toca la superficie de la carcasa/ sufrenpoco desgaste y reuieren menos mantenimiento)

$%$% C"asifi!a!i#n ' fun!ionamiento e !onensaores

4os tipos de condensadores más corrientes/ según la forma de disipación del calor y del

medio utili$ado/ son:

• "ondensador por Aire/ de circulación natural o for$ada/ en el ue es disipado

directamente al aire por transferencia del calor sensile)

• "ondensador por Agua de 9ole *uo a "ontracorriente/ o Multituulares/ en los

ue el calor sensile es transferido por agua) Esta agua puede ser recuperada yrecirculada al condensador despu5s de ser enfriada mediante cesión de calor sensile y latente en una torre de enfriamiento)

• "ondensadores Evaporativos/ con la utili$ación de serpentines de rociado simple o

a contracorriente para disipar el calor en el aire por transferencia sensile ylatente)

*5ngase presente ue el calor de evaporación medio del agua .calor latente deevaporación0 es de unas && calF Gg/ es decir/ cada Gg de agua evaporada asore &&cal) "on lo cual el consumo de agua se reduce muc!ísimo en relación a otroscondensadores ue sólo usen calor sensile)

El aire/ por e6emplo/ tiene un valor medio de calor específico de &/21 calF .Gg) C"0 seco/es decir/ asore solamente &/21 cal por cada Gg y variación de ' C")


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"ondensadores por aire

"omo ya se !a visto/ el calor específico del aire seco o con ciertos valores de !umedadrelativa/ ue se encuentra disponile para enfriar el refrigerante/ es relativamente a6o)

Este aspecto/ a8adido a ue el coeficiente de transmisión t5rmica entre el aire y un vapor

condensante/ como es el refrigerante procedente del compresor/ es tami5n peue8o/!ace ue los caudales de aire ue !ay ue mover para producir la condensación a unadeterminada temperatura sean importantes)

Esta sería una ra$ón ue limitaría en principio la aplicación de condensadores por aire apotencias frigoríficas no e,cesivamente grandes)

Ho ostante/ y deido a la escase$ cada ve$ mayor y por tanto a las restricciones en elconsumo de agua/ así como su precio/ !an proliferado las máuinas frigoríficas ueutili$an el aire en la condensación)

eneralmente/ el aire se !ace circular de manera for$ada/ orientándolo o canali$ándolosore el con6unto de tuos aleteados mediante electro;ventiladores) 4a gama de potencias

resulta muy amplia/ desde pocos miles !asta más de +&&)&&& calF!/ siendo la velocidaddel aire del orden de 2 a mFs apro,imadamente)

"ondensadores por agua

Inicialmente era clásica la utili$ación del condensador de dole tuo a contracorriente/consistente en dos tuos de distinto diámetro colocados conc5ntricos? el refrigerante

circula por el espacio ue definen los dos tuos/ y el agua por el conducto interior ensentido contrario) 7ueden conseguirse valores gloales de coeficiente de transmisión decalor relativamente altos/ del orden de &&;&& calF .!) m2) C"0/ o más)

#e instalan tami5n como intercamiadores de calor para conseguir un suenfriamientoadecuado)

(na manera perfeccionada/ asada en el mismo principio/ es la utili$ación de varios tuoscolocados vertical u !ori$ontalmente) 4os diámetros y la colocación de los tuos varíanentre unos valores ue en la actualidad son prácticamente estandari$ados) "onvieneaumentar al má,imo la superficie de intercamio/ cosa ue se consigue incorporandoaletas de refrigeración a los tuos/ con lo cual se logra disminuir el tama8o total)

El consumo de agua suele ser mayor en los condensadores verticales ue en los!ori$ontales y/ por lo general/ tami5n suelen ser de mayor costo/ !ay ue tener cuidadocon los tipos de agua .dure$a0 ue se utili$an para evitara posiles incrustaciones)


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"ondensadores evaporativos

"uando el gasto de agua sea un factor importante/ por su escase$ o por su costo/ puedenemplearse este tipo de condensadores)

#u consumo oscila alrededor del '&@ o menos de agua de condensación de la ue sería

necesaria en un condensador multituular del tipo !ori$ontal)

#e compone de ventilador/ unido mediante correas a un motor el5ctrico/ serpentín decondensación/ motooma y filtro de agua/ distriuidor y otros accesorios necesarios parasu funcionamiento)

$%(% C"asifi!a!i#n ' fun!ionamiento e "os ispositi)os e e*pansi#n

(n dispositivo de e,pansión es un elemento ue disminuye la presión de un fluidopasando de un estado de más alta presión y temperatura a uno de menor presión ytemperatura) Al producirse la e,pansión del líuido en un amiente de menor presión/ seevapora parcialmente reduci5ndose la temperatura al asorer calor latente de 5l mismo)

A su salida se pretende tener un aerosol/ peue8as gotas de refrigerante en suspensión/ue facilite la posterior evaporación) Entre los distintos *ipos de dispositivos de e,pansiónencontramos:

KEl tuo capilar .en los refrigeradores dom5sticos y peue8os sistemas climati$adores)0

K4a válvula de e,pansión .manual/ termostática/ electromecánica y automática)0

KEl restrictor)

(no de los principales prolemas ue se presentan en este sistema es el fenómenoconocido como Llas!;gas/ el cual altera su funcionamiento) #e denomina Llas!;gas a laformación de uru6as de gas en las líneas de líuido ue vienen desde el condensador aldispositivo de e,pansión) Este fenómeno es producido cuando el volumen específico a lapresión de traa6o/ es inferior al volumen ue puede ocupar el gas en el tuo del líuido/se produce entonces una evaporación parcial del refrigerante ocupando ese espacio) Estopuede producirse por:

; Insuficiente refrigerante en el circuito)

; 4ínea de líuido de sección e,cesiva/ o de longitud e,cesiva)

A continuación se dan a conocer los distintos tipos de dispositivos de e,pansión con suscaracterísticas y aplicaciones)


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7ara cada sistema de refrigeración !ay válvulas de e,pansión designadas ue cumplencon los reuisitos ue aarca ese sistema con las cuales se pretende otener un óptimofuncionamiento en el sistema) Este tipo de válvulas es de suma importancia en el sistemade refrigeración/ ya ue con las cuáles se puede disminuir la presión y temperatura delrefrigerante/ pasando de un estado de alta temperatura y presión a uno de a6atemperatura y presión) 4as válvulas de e,pansión son muy utili$adas tanto en lugares

cotidianos como casas/ colegios/ refrigeradores/ etc? y en las grandes empresas eindustrias como para las cámaras de frio/ congeladores/ etc)

$%+% C"asifi!a!i#n ' fun!ionamiento e e)aporaores

El evaporador es la parte del sistema frigorífico en el ue el refrigerante alcan$a sutemperatura de saturación y se vapori$a/ es decir el refrigerante entra en estado líuidoen el evaporador a a6a presión/ y en consecuencia tami5n a a6a temperatura)

"omo el medio ue le rodea está a una temperatura superior/ e,iste una cesión de calor ue proviene del amiente/ la cual será asorida por el fluido refrigerante para poder asíllevar a cao su camio de estado de líuido a vapor)

En una instalación frigorífica/ una parte del calor asorido por el evapori$ador/ esutili$ado para a6ar la temperatura del aire .calor sensile0/ otra parte para condensar ytransformar en escarc!a el vapor de agua del aire .calor latente0) Este vapor de aguaproviene de la evaporación de los g5neros almacenados y de la !umedad del aire e,terior entrado por filtración y aertura de puertas)

En algunos sistemas de aire acondicionado lo ue se enfría en el sistema además de airepuede ser agua o salmuera) *ipos de evaporadores

4os evaporadores se pueden clasificar en función del cometido ue se le asigne/ es decir:; Evaporadores para enfriamiento de aire); Evaporadores para enfriamiento de líuidos)

"irculación natural

Enfriamiento de aire

"irculación for$ada

Evaporadores

9e inmersión9e dole tuo a contracorriente

Enfriamiento de líuidos 9e lluviaMultituulares

Especiales


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Evaporadores de tuos desnudos .circulación natural0

#on los tipos más simples y consisten en tuos de core de forma recta ue conducen elcalor a su trav5s:

#i el refrigerante es amoniaco como ocurre en los frigoríficos por asorción/ se utili$aacero ya ue el amoniaco reacciona con el core) El acero es normalmente empleado enlos evaporadores grandes/ como los ue se utili$an/ por e6emplo/ en los almacenes deconservación de congelados)

4os tuos de aluminio se utili$an normalmente en la faricación de evaporadores parafrigoríficos dom5sticos)

Evaporadores de placas .circulación natural0

Este tipo de evaporadores son los utili$ados en refrigeración dom5stica/ arconescongeladores/ y algunos armarios de refrigeración comercial) #on aratos de construir yse limpia fácilmente)"onsiste en dos c!apas o placas de aluminio cuya superficie se prepara previamente y sedeposita una pasta anti ad!esiva siguiendo el tra$ado estalecido en función de lasdimensiones definitivas del circuito frigorífico)tra c!apa id5ntica a la primera cure dic!o tra$ado y el con6unto se lamina en caliente y

en frío/ lo ue !ace ue se suelden molecularmente las dos c!apas/ salvo en las $onas endonde se !a depositado la pasta anti ad!esiva) 9e esta forma se otiene un panel demetal !omog5neo ue comporta en su interior un tra$ado ue no !a sido soldado)

tro evaporador de este tipo consiste en dos placas metálicas corrugadas ue estánsoldadas 6untas de tal manera ue la superficie corrugada forma una tuería por la uefluye el refrigerante) 4a amplia superficie metálica da lugar a una uena transferencia decalor !acia el refrigerante)

Evaporadores estáticos de tuo y aletas .circulación natural0

Están formados por un serpentín de tuería de core la cual se la aplican aletas dealuminio para aumentar así la superficie de transmisión del propio tuo)


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Estas aletas deen estar separadas entre sí convenientemente/ a fin de ue entre ellas seestale$ca una adecuada circulación de aire evitando la formación de escarc!a entre lasmismas/ ya ue de lo contrario 5sta actuaría como aislante y se impediría la perfectaasorción de calor) 4as aletas van soltadas en el tuo o ien se colocan en el tuo y acontinuación conseguir la e,pansión del tuo)

Hormalmente van instalados en el tec!o de las cámaras o en las paredes interiores de losmueles/ y la circulación del aire en este tipo de evaporadores es por gravedad) 4osevaporadores aleteados son más peue8os ue los de otro tipo para la misma capacidadfrigorífica desarrollada)

Evaporadores con tiro de aire for$ado

El aire se puede !acer pasar a trav5s del evaporador mediante convección natural o por convección for$ada) 4a convección natural es la ue se presenta en un frigoríficodom5stico donde el evaporador y el compartimiento de congelación están en la partesuperior) El aire caliente asciende desde el fondo del compartimiento donde se tienenalmacenados los alimentos y entonces se enfría en el evaporador/ produci5ndosecorrientes de convección) En los sistemas de acondicionamiento de aire 5ste es soplado oinsuflado sore el evaporador por medio de un ventilador)

En este caso el evaporador es un tuo en forma de serpentín/ con aletas ad!eridas enigual forma ue en el caso anterior/ y el con6unto va montado dentro de una ca6a metálicacon uno o varios ventiladores directamente dirigidos/ de manera ue estalecen lacirculación de aire for$ado/ aumentando así consideralemente la asorción de calor yreduciendo en consecuencia/ la superficie de evaporador ue se necesitaría para el tipode circulación por gravedad)"on este tipo de evaporador se consiguen temperaturas más uniformes en el interior de lacámara/ deido a la rápida circulación del aire)El espacio entre aletas es más reducido ue en los de circulación por gravedad/ por loue la formación de escarc!a e,cesiva podría per6udicar la eficacia del evaporador/ peroueda superado por los diferentes sistemas de desescarc!e ue entraran enfuncionamiento/ a fin de mantener lire de !ielo la atería y conseguir su má,ima eficacia

de transmisión) A este tipo de evaporadores se les conoce como evaporadores ventilados/ y pueden ser murales ue en tal caso les encontraremos instalados normalmente en una pared delrecinto refrigerado/ o ien de tec!o/ pudiendo ser amos de oca simple o de dole oca)

Evaporadores para el enfriamiento de líuidos

• Evaporadores de inmersión


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Estos evaporadores están formados por un tuo al cual se le da la forma más convenientepara su colocación en el recipiente ue se desea enfriar/ tomando el nomre deevaporadores de inmersión)El material empleado principalmente en este tipo de evaporadores es el tuo de core/aunue en instalaciones de gran capacidad tami5n se emplean serpentines de tuo deacero)

• Evaporadores de dole tuo a contracorriente

4a construcción de estos evaporadores es similar a los de condensadores acontracorriente) #u utili$ación es muy escasa/ ya ue implica ue para la limpie$a delcircuito de líuido incongelale ó del agua/ el aislamiento de cada codo sea desmontale)

• Evaporadores de lluvia ó de cortina

Este tipo de evaporadores se vienen utili$ando para el enfriamiento de líuidosalimenticios como lec!e/ cerve$a/ vino/ etc)#us condiciones de aplicación !acen ue este evaporador se divida en dos partes) En lasección primera del aparato el líuido a enfriar a6a de la temperatura de entrada .cercanaa '&&" en el caso del mosto procedente de la cua/ ó de D " en el caso de la lec!e

ue sale del pasteuri$ador0/ !asta la temperatura cercana a la temperatura del agua desuministro/ ue circula por el interior de dic!a sección de tuos)

En la segunda sección del evaporador/ el líuido se enfría !asta la temperatura deseadade conservación/ por la circulación de agua !elada otenida en evaporadoresacumuladores de frío/ ó por e,pansión directa del fluido frigorígeno)El agua de enfriamiento circula primero en un !a$ de tuos separadores y el fluidofrigorígeno por el segundo !a$ colocado dea6o de au5l) 4as dos secciones se !allan encontacto total con dos placas de acero ino,idale sore las cuales cae por lluvia el líuidoue !a de enfriarse/ reparti5ndose a todo el anc!o del evaporador por medio de undepósito distriuidor) 9espu5s de su enfriamiento/ el líuido se recoge en el tanue derecuperación)

• Evaporadores multituulares

Este tipo de evaporadores/ se emplean normalmente para el enfriamiento de líuidos por e,pansión directa del refrigerante) Están formados por un !a$ de tuos instalados en elinterior de un cilindro de c!apa de acero y pueden ser de dos tipos:Nue el refrigerante circule por el interior de los tuos y el líuido a enfriar circule por elcilindro/ o ien ue el líuido a enfriar circule por el interior de los tuos y el refrigeranteevapore en el interior del cilindro)

En el primer caso la alimentación de refrigerante a los tuos se reali$a a trav5s de unaválvula de e,pansión termostática/ y en el segundo caso con el refrigerante e,pansionadoen el circuito/ el líuido a enfriar se mantiene a un nivel por dea6o de la parte superior del

envolvente a fin de ue !aya suficiente espacio para la separación entre el refrigerantelíuido y vapor/ traa6ando en un r5gimen inundado y regulando la inyección por medio deuna válvula de flotador)4as temperaturas de funcionamiento estimadas como normales son:

; *emperatura de evapori$ación O P 2 "; *emperatura de entrada del agua O P '2 "; *emperatura de salida del agua O P "


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• Evaporadores especiales

(no de estos evaporadores son los utili$ados en enología/ el cual se destina a enfriar lassidras y los vinos a fines de clarificación)Este evaporador se compone de una cua en la ue el vino a tratar entra por la parteinferior) Esta cua está provista de un dole envolvente en cuyo interior se evapora elfluido frigorígeno) En la parte superior de este dole envolvente e,iste un depósito

adicional ue forma la cúpula de vapor/ para la salida de 5ste/ y tami5n para otener laseparación de las partículas de líuido contenidas en el mismo)

7or medio de un agitador de paletas y de rascadores/ se mantiene en movimiento el vinoue dee tratarse/ a la ve$ se enfría a una temperatura cercana al punto de congelación)

• 7lacas eut5cticas

"uando la temperatura a ue se desea utili$ar las frigorías acumuladas es inferior a &"/ ycuando los volúmenes a enfriar son relativamente peue8os como en el caso de loscontenedores/ ve!ículos de transporte para la distriución de producto fresco ycongelado/ se utili$an las placas eut5cticas)Estas placas están provistas de dos rácores de cone,ionado ue permiten su adaptación

sore el circuito de una máuina frigorífica clásica/ y de dos manguitos para el llenado dela placa con la solución eut5ctica)Están formadas por una placa de acero ue actúa de recipiente/ y unos travesa8osinteriores ue sirven de soporte al evaporador) 4a solución eut5ctica con ue se llena elinterior de las placas


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Con!"usi#n

El estudio de esta unidad nos !ace anali$ar acerca del funcionamiento de los diversos

componentes ue conforman el sistema de de refrigeración y aire acondicionado por

compresión de vapor identificando así los elementos en un sistema real ya conociendo su

comportamiento dentro del sistema)


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,i-"iograf.as

Luentes iliográficas en 79L

Luente: Ing) Miguel A) Ramíre$ alán/ "onsultor/ 2&&%)

"iclos frigoríficos)SI-);2+D

!ttp:FFTTT)fing)edu)uyFiFcursosFicaFrepartFica2FEvaporadores)pdf

!ttp:FFTTT)fing)edu)uyFiFcursosFicaFrepartFica2F"ondensadores)pdf
http://www.fing.edu.uy/iq/cursos/qica/repart/qica2/Evaporadores.pdfhttp://www.fing.edu.uy/iq/cursos/qica/repart/qica2/Evaporadores.pdf

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