SISTEMAS DE COMPRESIÓN DE VAPOR EN CASCADA Y EN ETAPAS MÚLTIPLES

Existen dos variaciones del ciclo básico de refrigeración por compresión de vapor. La primera es el ciclo encascada, el cual permite el empleo de un ciclo de compresión d vapor cuando la diferencia de temperaturasentre el evaporador y el condensador es muy grande. La segunda variación incluye el uso de compresión enetapas múltiples con interenfriamiento, lo que reduce el trabajo de compresión.

CICLO EN CASCADAExiste discusión acerca de los métodos para obtener temperaturas extremadamente bajas (criogénicas)Mediante una combinación de compresión de vapor y estrangulamiento. Esos métodos son valiosos eindispensables para la licuefacción y solidificación de los gases. No obstante, existen aplicaciones industrialesque exigen temperaturas solo moderadamente bajas, por lo que se necesitan sistemas menos complicados.Esto es especialmente cierto cuando se desean temperaturas en el intervalo de -25 a -75 ºC (-10 a -100 ºF).En general, por desgracia no es posible usar un solo ciclo de compresión de vapor par obtener estastemperaturas moderadamente bajas. La diferencia de temperatura entre el condensador y el evaporador es eneste caso muy grande. En consecuencia, la variación de la temperatura de saturación con respecto a la presiónde vapor de un solo refrigerante no cumpliría con los valores deseados par el evaporador y el condensador.Para superar esta dificultad sin abandonar la compresión de vapor, emplea un sistema en cascada. Un ciclo encascada es simplemente una disposición en serie de ciclos simples de compresión de vapor, de tal manera queel condensador de un ciclo a temperatura baja entregue calor al evaporador de un ciclo a temperatura superior.Aun cuando ahí se muestran solo dos unidades, el empleo de tres o cuatrounidades en serie es practico, en caso necesario. Normalmente se utiliza un refrigerante distinto en cada unode los ciclos, con el objeto de satisfacer los requisitos de cada intervalo de temperatura y presión. Al elegir losdos refrigerantes, por ejemplo, es importante que la temperatura del estado triple del fluido en el ciclo B sea menor que la temperatura crítica del fluido en el ciclo A.. Esquema del equipo y diagrama Ts para un ciclo de refrigeración en cascada.En las instalaciones se muestra el diagrama Ts de un sistema ideal en cascada doble que emplea el mismorefrigerante en cada ciclo. (Si se utilizan dos refrigerantes distintos en un sistema en cascada, deben utilizarseTambién dos diagramas Ts diferentes). A pesar de no ser la práctica común, como se hizo ya la observación, el

empleo del mismo refrigerante en cada ciclo permite examinar las virtudes de un sistema en cascada. Lasposiciones de los ciclos A (1-2-3-4) y B (5-6-7-8) se indican con claridad en la figura. En general losgastos másicos de los refrigerantes en los dos ciclos no son los mismos, sean los refrigerantes iguales odistintos. El gasto másico mA esta determinado por las toneladas de refrigeración requeridas en el refrigeradordel ciclo A. Además la rapidez de transferencia de calor desde el condensador del ciclo A debe ser igual a larapidez de transferencia de calor del fluido en el evaporador del ciclo B, si el intercambiador de calor de todoel conjunto está bien aislado. Un balance de energía para el intercambiador de calor que liga el condensadorcon el evaporador revela que por tanto, el cociente de los gastos másicos en cada ciclo está determinado por los cambios de entalpía de cadafluido a su paso por el intercambiador de calor.Si fuese posible emplear un solo ciclo de refrigeración en todo el intervalo de temperaturas, se representaríamediante el ciclo 1-a-7-b-1 en la figura 5. El diagrama Ts hace evidente dos hechos importantes. En primerLugar, para el ciclo único el trabajo del compresor aumenta en una cantidad igual al área 2-a-6-5, encomparación con el del sistema en cascada. En segundo lugar, hay una disminución en la capacidad deRefrigeración, cuando se utiliza una sola unidad para el mismo gasto másico del evaporador de temperaturaBaja. Esta pérdida se representa mediante el área 4-b-d-c en el diagrama Ts. Estos dos hechos darían por resultado un COP mayor par el sistema en cascada en comparación con el del ciclo individual.

Método de funcionamiento de ciclo

En pocas palabras. El ciclo de refrigeración en cascada hace referencia a que si se disminuye la temperatura de condensación a una presión determinada, mas adelante en el dispositivo de expansión se generara una caída de presión al igual que su temperatura. Usando este principio, el ciclo de refrigeración en cascada usa un sistema frigorífico aparte para absorber el calor del condensador que ha sido ganado el proceso de evaporación y en la compresión del vapor refrigerante en su paso por el compresor.Mediante ese sistema, el calor presente en el condensador es absorbido por el evaporador de segundo sistema de refrigeración presente. Una solución fácil y practica de cómo realizar este proceso es utilizando un intercambiador de calor especialmente formulado para las capacidades frigoríficas respectivas a los sistemas de enfriamiento involucrados. este método es mucho mas optimo que la extracción de calor por procesos convectivos, ya que el entorno de absorción en el dispositivo condensativo es de menor temperatura que el aire que circula mediante el.

Ciclo de refrigeración en doble etapa:

En el ciclo de refrigeración de doble etapa se requiere la presencia en la instalación dos compresores que marquen y hagan efectiva la función de la doble etapa. Este sistema tiene la ventaja de disminuir el sobrecalentamiento del refrigerante que se esta utilizando dentro del sistema de enfriamiento. Al reducir este fenómeno en el proceso de descarga del compresor, la temperatura que gano el fluido refrigerante en el proceso adiabático de compresión será menor, optimizando así en plenitud el proceso frigorífico. Para la construcción de la instalación de refrigeración de doble etapa se requieren otros componentes en el cual son propios de este sistema. Uno de ellos es un estanque en el cual conecta la succión y la descarga de ambos compresores de tal forma que se mantenga el circuito cerrado de circulación de refrigerante. De ese modo, el compresor proveniente desde la línea de succión del evaporador del sistema descarga el fluido de refrigerante saturado hacia el estanque de tal modo que el otro compresor del sistema descarga el líquido a alta presión dentro del estanque. Al producirse esta combinación de diferentes presiones dentro de este estanque se produce una mejora en el coeficiente de compresión en el sistema ya que los volúmenes que son succionados desde el estanque hacia el compresor son mucho mayores y así generando mucho mas valores masicos de refrigerante en camino hacia el condensador.

Conclusiones

En virtud de la información retenida y comprendida, se concluye que a medida de que se va generando una mejora en el ciclo desde el punto de vista físico en la disminución de calor en línea de alta presión, el fenómeno frigorífico tendrá a mejorar considerablemente siempre y cuando las condiciones de funcionamiento y diseño así lo permitan.

Bibliografía

Refrigeración y acondicionamiento de aire, W. F Stoecker ,editorial mcGraw Hill

SANTIAGO SUR

INFORME DE FUNDAMENTOS DE REFRIGERACION

SISTEMAS DE REFRIGERACION DE DOBLE ETAPA Y SISTEMAS EN CASCADA

NOMBRE:

INTRODUCCION

En estos días, la mejora y optimización de los sistemas de enfriamiento es indispensable, por lo consiguiente se a comenzado diseñar y analizar métodos mecánicos en el cual el sistema se mejore de manera notable. En consecuencia han proliferado sistemas llamados Sistemas de refrigeración en cascada y de doble etapa. Estos métodos permitirán lograr temperaturas mas bajas con la misma maquinaria y equipos existentes que a lo mejor se tendrán que unir a otros componentes, pero en fondo estarán en pro de la mejora y rendimiento y resultados que se quisieren arrojar.

Funcionamiento del enfriador de agua:

La unidad enfriadora de agua opera mediante el ciclo de refrigeración a base de la compresión de un vapor, y lo que específicamente realiza es extraer el calor de un espacio y rechazarlo posteriormente a otro espacio seleccionado. Para ello cuenta con cuatro (4) componentes básicos y un fluido conocido como refrigerante que circula entre ellos.

En el Evaporador se absorbe el calor para nuestro caso; se absorbe calor del agua y al hacer esto la misma baja si temperatura. Al desarrollar este proceso, el fluido que circula (el refrigerante) se evapora y lo toma el Compresor donde se le eleva la presión y la temperatura, para luego rechazar en el Condensador el calor absorbido a un medio seleccionado, en nuestro caso agua.

Al rechazar el calor el refrigerante se condensa y pasa al dispositivo de control donde se le baja la presión y la temperatura y está listo para absorber calor nuevamente en el evaporador.

En la parte exterior de la casa de máquinas se encuentra un equipo que se le conoce con el nombre de Torre de Enfriamiento. La misma es necesaria ya que como hemos indicado anteriormente, el calor que se rechaza en el enfriador lo rechazamos al agua (Ciclo de Condensación).

Evaporadores y unidades condensadoras en un ciclo de refrigeración

Wednesday, 31 March 2010 14:08 Miércoles, 31 de marzo 2010 14:08

Una de las leyes de la termodinámica es que el calor siempre fluye desde un objeto a una temperatura superior a un objeto a una temperatura más baja.

El importe de la transferencia de calor depende de cinco variables, es decir 1. 1. area, área, 2. 2. temperature difference, diferencia de la temperatura, 3. 3. heat conductivity of the material, conductividad térmica del material, 4. 4. thickness of material grosor del material de 5. 5. time. tiempo. 6. 6 Evaporadores, como su nombre indica, la transferencia de calor en forma de evaporación del refrigerante. The refrigerant will absorb heat from its surroundings by evaporating. El refrigerante absorbe el calor de su entorno mediante la evaporación. Because evaporators transfer heat it is very important that the evaporator coils are kept clean and the filters are cleaned at regular intervals as recommended by the manufacturers. Debido a la transferencia de calor evaporadores es muy importante que las bobinas del evaporador se mantengan limpios y los filtros se limpian a intervalos regulares según lo recomendado por los fabricantes.

The amount of heat to be absorbed can be calculated from the following formula- La cantidad de calor que se absorbe se puede calcular de la siguiente fórmula- Q = U x A x ∆t Q = U x A x Dt

Where Q = the quantity of sensible heat transferred in watts ( ie the evaporator sensible capacity ) Donde Q = la cantidad de calor sensible transferido en vatios (es decir, lo sensible de la capacidad del evaporador)

U = the overall heat transfer coefficient in W⁄m²K U = el coeficiente global de transferencia de calor en W m² K /

A = the surface area of the coil in m² A = la superficie de la bobina en m²

∆t = the temperature difference in degrees Kelvin between the medium to be cooled and the medium inside the evaporator. Dt = la diferencia de temperatura en grados Kelvin, entre el medio a enfriar y el medio en el interior del evaporador.

The surroundings or cabinet in which the evaporator is situated must be at a higher temperature above the refrigerant for evaporation to take place. El entorno o gabinete en el que se encuentra el evaporador debe estar a una temperatura más alta por encima del refrigerante de evaporación para tomar su lugar. After calculating the heat load it will be necessary to determine the size of the evaporator to remove that heat. Después de calcular la carga de calor es necesario para determinar el tamaño del evaporador para eliminar el calor.

Some important hints are as follows:- Algunos consejos importantes son los siguientes: - a) The evaporator removes heat only when the condensing unit is running a) El evaporador elimina el calor sólo cuando la unidad de condensación se está ejecutando b) The refrigeration system runs between 16 to 20 hours out of 24 hours. b) El sistema de refrigeración se extiende entre 16 a 20 horas de las 24 horas. That means the unit must have a refrigerating capacity in 16 hours of operation equal to the heat load in 24 hours. Eso significa que la unidad debe tener una capacidad de refrigeración en 16 horas de operación igual a la carga de calor en 24 horas.

It is important to balance the capacity of the evaporator to the capacity of the condensing unit, then to balance either of them to the heat load of the cabinet or surroundings. Es importante equilibrar la capacidad del evaporador a la capacidad de la unidad condensadora, a continuación, para equilibrar cualquiera de ellos a la carga térmica del gabinete y alrededores. When balancing the capacity of the evaporator to that of the condensing unit calculations must be based on the same low side pressures. Para equilibrar la capacidad del evaporador a la de los cálculos de la unidad de condensación debe basarse en las presiones del lado de baja mismo. That is true because the capacity of the evaporator increases as the evaporator temperature decreases, and the capacity of the condensing unit decreases as the low side pressure decreases. Eso es así porque la capacidad del evaporador aumenta la temperatura del evaporador disminuye, y la capacidad de la unidad de condensación disminuye a medida que disminuye la presión del lado de baja. From Fig 1. De la figura 1. below, it can be seen that this particular evaporator matches the condensing unit at a low side pressure of 31 psi. a continuación, se puede observar que este evaporador particular coincide con la unidad de condensación a una presión del lado de baja de 31 psi. The evaporator/condenser unit

combination will remove 12 500 Btu/hr when the evaporator refrigerant temperature is 32 deg F and the pressure is 31 psi. El evaporador / condensador unidad combinada eliminará 12 500 BTU / h cuando el refrigerante de la temperatura del evaporador es de 32 º F y la presión es de 31 psi. The temperature difference between the evaporator and the cabinet is 10 deg F. La diferencia de temperatura entre el evaporador y el gabinete es de 10 grados F.

Fig 1. Fig. 1. Relative effect on evaporator and condensing unit capacity of different temperatures inside an evaporator efecto relativo sobre la capacidad de unidad de condensación y evaporación de diferentes temperaturas dentro de un evaporador

Remember the condensing unit consists of the combination of the compressor, the compressor fan and the condenser. Recuerde que la unidad de condensación consiste en la combinación del compresor, el ventilador del compresor y el condensador. Usually the selection and balancing of the systems is left for the manufacturers. Por lo general, la selección y el equilibrio de los sistemas de queda para los fabricantes. In the condenser, heat absorbed by the evaporator in the cabinet or surroundings is rejected from the system. En el condensador, el calor absorbido por el evaporador en el gabinete o en sus alrededores se rechaza desde el sistema. This heat together with the heat raised by the compressor during compression is at a higher temperature than that of the cooling medium. Este calor junto con el calor planteadas por el compresor durante la compresión está a una temperatura superior a la del medio refrigerante. The cooling medium may be water or air. El medio de enfriamiento puede ser agua o aire. Before choosing a condensing unit, first decide if it is to be water cooled or air cooled. Antes de elegir una unidad de condensación, en primer lugar decidir si ha de ser refrigerado por agua o aire frío. Secondly determine whether it is to be a hermetic unit or an external drive unit. En segundo lugar determinar si se trata de ser una unidad hermética o una unidad de disco duro externo. Finally find out what electric power is available ie single phase or three phase. Por último averiguar lo que la energía eléctrica está disponible sola fase o fase es decir, tres. Using manufacturer's tables you can balance the evaporator and the condensing unit including the refrigerant to be used by the system. Uso de las tablas del fabricante que puede equilibrar el evaporador y el condensador como el refrigerante para ser utilizado por el sistema.