Topico de Refrigeracion Industrial

7/30/2019 Topico de Refrigeracion Industrial

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LA REFRIGERACION INDUSTRIAL.

-GENERALIDADES EN REFRIGERACION.

- REFRIGERACION DEL PRODUCTO- SISTEMAS DE PRODUCCIN FRIGORFICA.

- SISTEMAS DIRECTOS.SISTEMAS INDIRECTOS


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INDICE

1.- OBJETO DEL ARTICULO

2.- GENERALIDADES EN REFRIGERACIN2.1.-MTODOS DE REFRIGERACIN2.1.1.- EXPANSIN DIRECTA DE REFRIGERANTE SOBRE PRODUCTO2.1.2.- ENFRIAMIENTO PREVIO DE MEDIO

2.2 .-ENFRIAMIENTO PREVIO DEL MEDIO CONDUCTOR2.2.1 - MEDIOS CONDUCTORES : AIRE

PLACASSALMUERA

2.2.2 - MTODOS DE ENFRIAMIENTO DEL MEDIO CONDUTOR:2.2.2.1.-EVAPORACIN:ENVIO REFRIGERANTE PRIMARIO A INTERCAMBIADOR

(EVAPORADOR)a)POR EXPANSIN SECA REFRIGERANTE EN EVAPORADORb)POR EXPANSIN INUNDADA REFRIGERANTE EN EVAPORADOR.

-Gravedad-Bombeo.

2.2.2.2.- ENVIO REFRIGERANTE SECUNDARIO A AEROENFRIADORPOR CIRCULACIN DE FLUIDO PREVIAMENTE ENFRIADO

2.2.2.3.- ENFRIAMIENTO DEL AIRE COMO MEDIO CONDUCTOR2.2.3 - ENFRIAMIENTO DEL AIRE COMO MEDIO CONDUCTOR

2.2.3.1.- EVAPORACIN2.2.3.2.- AGUA GLICOLADA O SIMILAR2.2.3.3.- FLUIDOS MENOS VISCOSOS A BAJA T (TIFOXIT...)

2.2.3.4.- DLUIDOS DI-FASE (SORBETE...)2.3.-EL ENFRIAMEINTO PROPIO DEL PRODUCTO.2.3.1 VELOCIDAD DEL ENFRIAMIENTO2.3.2 DEPENDENCIA DEL PRODUCTO2.3.3 DEPENDENCIA DEL MEDIO CONDUCTOR

2.4 LA PRODUCCIN FRIGORFICA2.4.1 SISTEMAS FRIGORIFICOS

A) QU SISTEMA?

B) QU COMPRESOR?C) CUNTAS ZONAS DE ASPIRACIN)

c-1 CIRCUITO INDIVIDUALIZADO TOTALc-2 CIRCUITO CENTRALIZADO TOTALc-3 DOBLE CENTRALIZACIN : ALTA-MEDIA/ BAJA-MUY BAJAc-4 TRIPLE CENTRALIZACIN : ALTA-MEDIA /BAJA/MUY BAJAc 5 CUADRUPLE CENTRALIZACIN : ALTA MEDIA BAJA MUY


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3.-SISTEMAS VIA REFRIGERANTE SECUNDARIO

3.1 GENERALIDADES3.2 CIRCUITO FRIGORIFICO ENFRIADOR DEL REFRIGERANTE

SECUNDARIO.3.2.1 CIRCUITO FRIGORIFICO TOTALMENTE DESTINADO AL ENFRIAMIENTO

DEL REFRIGERANTE SECUNDARIO.3.2.1.1 APLICACIN EXCLUSIVA SALAS DE TRABAJO (AIRE ACONDICIONADO)3.2.1.2 APLICACIN REFRIGERACIN (COMUN ALTA/MEDIA O DIFERENCIADA):

- REFRIGERACIN Y AIRE ACONDICIONADO

- REFRIGERACIN EXCLUSIVO3.2.1.3 APLICACIN BAJA TEMPERATURA

3.2.2 CIRCUITO FRIGORIFICO MIXTO: SUCUNDARIO/EXPANSIN DIRECTA3.2.2.1 REFRIGERANTE SECUNDARIO SERVICIOS POSITIVOS Y EXPANSIN

DIRECTA , SERVICIOS NEGATIVOS ( CONDENSADO POR FLUIDOSECUNDARIO).

3.2.2.2 REFRIGERANTE SECUNDARIO SERVICIOS POSITIVOS Y EXPANSINDIRECTA SERVICIOS NEGATIVOS ( CONDENSACIN STANDARD).

3.3 EL FLUIDO SECUNDARIO3.3.1 FLUIDO SECUNDARIO MONO-FASE3.3.2 FLUIDO SECUNDARIO DI-FASE

3.4 SELECCIN DEL REFRIGERANTE SECUNDARIO ( MONO-FASE)3.4.1 PRINCIPALES PREMISAS DE SELECCION3.4.2 PRINCIPALES REFRIGERANTES SECUNDARIOS

3.4.2.1.-APLICACIN ALTA Y MEDIA T3.4.2.2.-APLICACIN ESPECIFICA BAJA T

3.5 CIRCUITOS HIDRALICOS :

3.5.1 REFERENTE A LA APERTURA DEL SISTEMA3.5.2 REFERENTE AL SISTEMA DE BOMBEO3.5.2.1 SISTEMAS CON NICO CIRCUTO DE BOMBEO ( PRIMARIO )3.5.2.2 SISTEMAS CON DOBLE CIRCUTO DE BOMBEO ( PRIMARIO +

SECUNDARIO).3.5.3 REFERENTE A LA ALIMENTACIN A CADA AEROENFRIADOR(INTERCAMBIADOR

SECUNDARIO)3.5.3.1 CIRCUITOS PASIVOS3.5.3.2 CIRCUITOS ACTIVOS

3.5.4 REFERENTE AL N DE TUBOS :3.5.4.1 CIRCUITOS DI-TUBO(2 TUBOS) :- CIRCUITO NORMAL- CIRCUITO INVERTIDO- CIRCUITO EN ANILLO

3.5.4.2 CIRCUITOS MONO-TUBO3 5 5 REFERENTE A ACUMULACIN :


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1.- OBJETO DEL ARTICULO

El presente estudio-artculo tiene como premisa bsica dotar de normalidadal sistema de refrigeracin por utilizacin de fluido secundario en el sectordenominado LA PROFESIN DE LA REFRIGERACIN.

No es de ninguna manera nuestra intencin querer incidir en usos o tendenciasdel mercado, sino aportar apuntes tcnicos, intentando que estn llenos delsentido comn, para que esta vertiente de la Refrigeracin pueda ser tenidaen cuenta sin una visin conceptual y tecnolgica entendida comodesconocida y / o distante.

Slo cuando una tecnologa es conocida con detalle y sin prejuicios escuando cada diseador, proyectista y/o instalador puede decidir libre yobjetivamente en base a sus propios criterios, que siempre deben conducir ala satisfaccin de las necesidades del cliente.

Antes de incidir de lleno en el tema base del artculo desarrollaremos de formamuy resumida y casi esquemtica ciertos conceptos, los cuales, no porconocidos, no dejan de tener inters en el prembulo del tema que nos atae: LA REFRIGERACIN en base a FLUIDOS SECUNDARIOS.


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2.- GENERALIDADES EN REFRIGERACIN

Nunca debemos olvidar que en la esencia de todo sistema frigorfico seencierra una necesidad bsica : el tratamiento ( enfriamiento, conservacin,secado ) de un producto.

Partiendo siempre, en todo diseo, de esta base podremos encontrar muchassimilitudes tecnolgicas en los procesos, an con tcnicas frigorficas diversas.Con la premisa bsica del enfriamiento de producto podemos distinguir 2tecnologas claramente diferenciadas :

2.1 MTODOS DE REFRIGERACIN

A: EXPANSIONANDO DIRECTAMENTE EL REFRIGERANTE SOBRE EL PRODUCTO.

B: ENFRIANDO INICIALMENTE UN MEDIO CONDUCTOR : AIRE, AGUA, SALMUERA,PLACAS Y QUE SEA ESTE MEDIO EL QUE TRATE ( REFRIGERE) AL PRODUCTO.

2.1.1 EXPANSIONANDO DIRECTAMENTE EL REFRIGERANTE SOBRE EL PRODUCTO.

IDEA BSICA : La pulverizacin del alcohol en nuestra mano, porinmediata evaporacin de ste, nos produce una rpida sensacin de fro.

Cuando el Fren, por causa imprevista, nos es pulverizado en nuestramano, tenemos una rpida sensacin de fro, que incluso puede llegar adaarnos.

Esta tcnica puede ser aplicada ( lgicamente con otros refrigerantes ycontroles) para la refrigeracin del producto.

USO PRCTICO : Ej. Tneles continuos de congelacin rpida en base aexpansin directa de nitrgeno en el producto ( Evap. ; -195C a p atm).

VENTAJAS :Rpidez Congelacin.Ausencia importante de elementos mecnicos del tipo Compresin


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Necesidad de mnimos espesores de producto; en caso contrario elevadaprdida efectiva de refrigerante, y/o dao superficial del producto para llegar

al tratamiento interior adecuado,.

2.1.2 ENFRIAMIENTO PREVIO DEL MEDIO CONDUCTOR

Es de suma importancia la consideracin del enfriamiento * del medioconductor, ya que una vez tratado ste, el posterior enfriamiento del productoser prcticamente invariable ( como idea bsica) tanto si hemos utilizado un

sistema de expansin directa del refrigerante en el evaporador como por elcontrario si se ha utilizado un sistema con envio de fluido secundario alintercambiador. (Aeroenfriador )

* Nota: En este artculo se utilizar la palabra enfriamiento como sinnima de la palabratratamiento (concepto ms extenso).


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2.2 ENFRIAMIENTO PREVIO DEL MEDIO CONDUCTOR

2.2.1 MEDIOS CONDUCTORES :

Como principales medios conductores podemos considerar : AIRE, PLACAS,SALMUERA, AGUA

2.2.2. MTODOS DE ENFRIAMIENTO DEL MEDIO CONDUCTOR2.2.2.1EVAPORACIN : Envio de refrigerante primario al intercambiador. Es alldonde se producir la evaporacin. Podemos considerar 2 sistemasdiferenciados :a) Por expansin seca del refrigerante en el evaporador : Este es el sistema

ms generalizado.

b) Por evaporacin inundada ( gravedad o bombeo) del refrigerante en elevaporador. Este sistema, no de uso tan generalizado, se ha utilizadoprincipalmente en las grandes instalaciones industriales con NH3principalmente. No existe ningn inconveniente su utilizacin con R404A oR507.

2.2.2.2 ENVIO DE REFRIGERANTE SECUNDARIO A AEROENFRIADOR : El envio derefrigerante secundario, previamente enfriado en circuito frigorfico, a

aeroenfriador producir el enfriamiento del medio conductor.

2.2.2.3 ENFRIAMIENTO DEL AIRE COMO MEDIO CONDUCTOR:

2.2.2.3.1 Evaporacin.2.2.2.3.2 Agua glicolada o similar.2.2.2.3.3 Especiales baja T.

2.2.2.3.4 Familia fluido sorbete.Como principal medio conductor ( por extendido) tenemos el aire. Losconceptos de intercambio bsicos podrn conservarse ya se trate deevaporacin o de fluido secundario.


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constante ( ver deslizamiento en refrigerantes no azeotropos) hasta suevaporacin y recalentamiento ( no recalentamiento en sistemas

inundados).

2.2.3.2. Agua glicolada o similar : Cuando es el agua glicolada o similar elsistema utilizado para enfriar el medio conductor; En este caso ya nopodemos aprovechar la energa de cambio de estado de un refrigerantesino el calor especfico del liquido para intercambiar la energa del aire. Elaire al estar a una T superior y el agua glicolada a una T inferior ( por el

principio bsico de la 2 ley de la termodinmica) intercabiarn energaproducindose el calentamiento del agua glicolada y el enfriamiento delaire. En el diseo del intercambiador se deberan respetar las premisasbsicas de diseo diferenciado respecto del refrigerante a Expansin seca.

2.2.3.3. Fluidosmenos viscosos a baja T . ( TIFOXIT). Existen ciertos fluidosque pueden tener mejores prestaciones a medida que bajamos la T delproceso. La necesidad de elevar la concentracin del glicol ( o similar) paraevitar la congelacin, lleva altas viscosidades con necesidad de grandesbombas y prdidas de carga. Se han desarrollado y se desarrollandiferentes sustancias, las cuales permiten poder bajar la T del fluidosecundario sin tan elevadas prdidas de carga por la elevada viscosidad.

2.2.3.4. Fluidos SORBETE : DI-FASE. Existen ciertos fluidos en estadoparcialemente congelado = SORBETE ( granizado ) que pueden aportar

soluciones interesantes a considerar en el uso de fluidos secundarios. Enestos fluidos ya podemos aprovechar el calor latente con las ventajas queello comporta. Incluso podra incidirse en el diseo del circuito hidralico deforma muy interesante y novedosa.


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2.3 EL ENFRIAMIENTO PROPIO DEL PRODUCTO.

El medio conductor ya tratado, el cual debe proceder a su vez a tratat elproducto, es el punto tecnolgicamente ms importante para el xito en todoproceso frigorfico.

Independientemente del sistema utilizado para el intercambio trmico en elintercambiador entre refrigerante y medio conductor, el enfriamiento delproducto ser INVARIABLE. Es decir, una vez tratado el medio conductor y

conducido a unas condiciones termohigromtricas correctas, el PRODUCTOno se ver influenciado por el sistema utilizado de intercambio en elintercambiador.

LA TECNOLOGA DE ENFRIAMIENTO DEL PRODUCTO

ES INDEPENDIENTE

DEL SISTEMA FRIGORIFICO UTILIZADO COMO ENFRIADORDEL MEDIO CONDUCTOR EN EL INTERCAMBIADOR.

2.3.1 Velocidad de enfriamiento.

En todo proceso de enfriamiento existe una velocidad lmite de enfriamiento (congelacin, secado ) intrnseca al producto y parmetros de funcionamiento,la cual ( en general) no podemos exceder. La velocidad de enfriamientodepender principalmente de :


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2.3.2 Dependencia del Producto.

Dos productos de igual tamao, pero de distinta composicin, podrn tenervelocidades de enfriamiento distintas, an con el resto de parmetros defuncionamiento idnticos. Asi pues cada producto tendr una velocidad deenfriamiento propia ( para cada condicin de funcionamiento) quedepender en gran medida del mismo : Textura superficial. Conductividad interna propia. .

Para un mismo producto tambin nos influenciar en la velocidad deenfriamiento el concepto entendido como grosor o calibre.

2.3.3 Dependencia del Medio Conductor.

La velocidad de enfriamiento del producto tambin depende del medioconductor y de sus temperaturas.El factor global de intercambio trmico depender principalmente de :

Velocidad del medio conductor : a mayor velocidad aumentamos elcoeficiente de transferencia de calor.

Gradiente de temperatura : a mayor diferencia (gradiente) de temperaturaentre producto y medio conductor aumentamos el coeficiente detransferencia de calor.

Medio conductor : el propio medio conductor incide en el coeficiente detransferencia, en lo que se refiere al coeficiente de conveccin entre medioconductor y producto. As vemos claramente como un agua a 5C enfriarmucho ms rpidamente una fruta que el aire a 5 C. No obstante, los

valores anteriores tienen limites :

Limite de velocidad medio conductor. (Elevadas prdidas de carga yconsumos energticos, costes de implantacin,...)

Limite del gradiente de T. (Efectos sobre la humedad, calidad externaproducto congelacin superficial )


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2.4 LA PRODUCCIN FRIGORFICA

2.4.1 Sistemas Frigorficos.

Seguidamente vamos a desarrollar, de manera resumida pero suficientementeaclaratoria, diferentes sistemas frigorficos a expansin directa; sobre cadauno de ellos vamos a realizar diferentes comentarios sobre su idoniedad oreprobacin.

A la hora de proyectar un sistema frigorfico nos podemos plantear, entre otras,las siguientes preguntas :

a) Qu sistema ?b) Qu tipo de compresor?c) Cuntas zonas de aspiracin?d) Cmo adecuar la potencia en cada instante ?

e) Cmo deshacer el hielo?f) Aprovechamiento del calor?g) Qu tipo de condensacin?h) Qu tipo de regulacin?i) .

Seguidamente vamos a desarrollar cada una de ellas :

a) QU SISTEMA ?

Sistema de Expansin directa o via fludo secundario? Sistema individualizado o centralizado? En expansin directa : expansin seca o inundado? Qu tipo de refrigerante?

Cmo solucionar el retorno de aceite? .b) QUE COMPRESOR ?

Hermticos Pistones


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c) ZONAS DE ASPIRACIN ?

Sabemos que descendiendo la presin de aspiracin disminuimos elrendimiento del compresor.

En base a esta premisa, sera conveniente ( a nivel de ahorro energtico)aprovechar los compresores en su punto de evaporacin lo ms alto posible.

Vemos seguidamente un posible conjunto de necesidades frigorficas a

distintos niveles de temperatura de servicios.

Seguidamente vamos a considerar distintos sistemas frigorficos diferenciados,en funcin de la Aspiracin ( y descarga = condensacin).


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c-1 Circuitos frigorficos individualizados

En base a un circuito individualizado para cada servicio ( sofistificacintcnica al nivel necesario de cada circuito en base a la fig.1y fig.1 bis ) Totalcircuitos : igual al nmero de servicios independientes.

Como ventajas principales tenemos : Independencia de circuitos. La avera en un circuito no afecta al resto. Ante fuga de refrigerante problemtica slo en el circuito afectado. Aprovechamiento mximo de la ms alta evaporacin posible en cada

compresor. Regulacin simple. Fcil mantenimiento. Personal no excesivamente avanzado en circuitos frigorficos (

centralizados). Como desventajas principales tenemos :

Mxima potencia elctrica instalada

FIG URA 1

C IRC UITO FRIG O RIFIC O BASIC O

C O N D EN S AD O R

E VA P O R A D O R

RESTR

IC

TO

R

V.V.E V AP O R A D O R

C UADRO ELECTRIC O Exp. Sol.

C O N D EN SA D O R

CONDENSADOR

P.D.A

P.A.B

C R.L

V

F

REG.*

2 P A

S.A

P.D .A

P.A.B C

S.A.C

R.L

V

F

REG . 2 PA*


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c-2 Circuito centralizado total

Las necesidades totales, en cada momento, de la suma de las necesidadesfrigorficas no sern siempre constantes. Como idea extrema a la expuesta anteriormente podemos considerar una

Central nica con aspiracin nica, a la presin necesariamente ms bajapara satisfacer los servicios de -40C. ( Ver fig.2)

Como ventajas principales tenemos :

Posibilidad de una nica lnea de liquido y una nica linea de aspiracin :menor mano de obra.

Como desventajas principales tenemos :

Trabajar en la zona de aspiracin ms baja para satisfacer servicio demenos T.

Mximo consumo energtico. Mxima potencia instalada al no poder aprovechar la presin ms alta

posible de aspiracin en cada zona. Dificultad en retornos de aceite. U f d f i t f t l l b l d l i t l i

FIG URA 2

C ENTRALIZAC IO N:

.- ASPIRA C IO N

.- C O ND ENSACIO N

C 1 C 2 C 3 C 4

D E SERVIC IO S : 12 C / 0 C / -22 C / -40 C

A C O N D EN SA DO R

(N O TA:

- SISTEM A C O NSTAN TE

-SISTEM A FLO TAN TE

NO

RE

COMEN

DADO


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c-3 Doble centralizacin

En base a la problemtica observada en c-2 podemos diferenciar 2 zonas deaspiracin : Zona 1 : Alta/ Media

Zona 2 : Baja / Muy Baja

(Ver fig.3)

Este sistema puede aplicarse con descarga diferenciada o con descargacomn (ver c-6 a )

Comentarios a c-3Este sistema, a nuestro entender, puede ser admitido en t positiva ( con laobjecin de existencia de 2 niveles de t de evaporacin) ; pero msdifcilmente se nos hace admisible en temperatura negativa, al tener queevaporar toda la zona 2 a la presin ms baja necesaria para satisfacer alservicio de -40C

FIG URA 3

C ENTRALIZAC IO N:

.- 2 A SPIRAC IO N ES

.- 2 D ESC ARG AS

C 1 C 2 C 3 C 4

D E SERVIC IO S : 12 C / 0 C /

A C O N D EN SAD O R 1

(N O TA:

- SISTEM A C O NSTANTE



(N O TA:



D E SERV IC IO S : -22 C / -40 C

ZO N A 1 ZO NA 2


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Las principales ventajas y desventajas pueden evaluarse entre las dosinstalaciones extremas vistas en c-1 y c-2. Evidentemente estas son relativas ,

como hemos citado en las anteriores notas, a la importancia de las potenciasfrigorficas, relativas de cada zona con respecto a la otra.


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c-4 Triple Centralizacin

Para subsanar el perjuicio energtico de los 2 niveles de baja temperaturapodemos disear una triple centralizacin con :

Zona 1 : Alta / MediaZona 2 : BajaZona 3 : Muy Baja

(Ver fig.4)

Este sistema puede aplicarse con descarga diferenciada o con descargacomn ( Ver c-6G).

C ENTRALIZAC IO N :

.- 3 A SPIRA C IO N ES

.- 3 D ESC ARG AS

C 3 C 4 C 5 C 6

D E SERVIC IO S : -22 C

A C O N D EN SAD O R 3A C O N D EN SAD O R 2

D E SERV IC IO S : -40 C

ZO N A 2 ZO N A 3

D E SERV IC IO S : 12 /0 C

(NO TA: PARA TO DO S


-SISTEM A FLO TAN TE)


C 2C 1

ZO N A 1

FIG URA 4

LO S C O N D E N SA D O R ES


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C-5 Cudruple Centralizacin

Al sistema de c-4 slo le falta la separacin de la zona de alta y media paraobtener un sistema de equipos centralizados, donde en cada zona se busca lams alta presin de aspiracin posible:

Zona 1 : AltaZona 2 : MediaZona 3 : Baja

Zona 4 : Muy Baja(Ver fig.5)

Vean que de este sistema al sistema visto en c-1 no existe excesivadiferenciacin por lo que respecta al aprovechamiento energtico del puntoms alto de aspiracin del compresor.

Sin embargo la diferenciacin existe en el concepto centralizado zonal lo quepermite utilizar el factor de simultaneidad en cada zona.

Nota: Ver notas expuestas en punto c-3

C E N T R A L IZ A C IO N :

.- 4 ASPIRAC IO NES

.- 4 D E SC A R G A S

C 3 C 4 C 5 C 6

DE SERVIC IO S : 0 C

A C O N D EN SAD O R 3A C O N D EN SA DO R 2


ZO N A 2 ZO N A 3

DE SERVIC IO S : 12 C

(NO TA: PARA TODO S

A C O N D EN SA DO R 1

-SISTEM A FLO TAN TE)

- SISTEM A CO N STANTE

C 2C 1

ZO N A 1


C 7

FIG URA 5

C 8

ZO N A 4

A C O N D EN SA DO R 4

LO S C O N D E N S A D O R E S


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c-6 DESCARGA CENTRALIZADA CON ASPIRACIONES DIFERENCIADAS.

En los sistemas c-3, c-4 y c-5 vistas anteriormente hemos supuesto sistemasdiferenciados en aspiracin y en descarga.Podemos considerar los mismos sistemas con descarga comunes : ( Ver fig.6).

Esto conlleva :

Desventajas

Circuitos frigorficos ya no totalmente independientes; una avera en zonade alta (condensador o falta de refrigerante ya no afecta a una nicazona sino al sistema en su globalidad.

Ventajas :

C 2 C 3 C 4 C 5

D E SERVIC IO S : 0 C D E SERVIC IO S : -2 2 C

ZO N A D ESC A R G A C O M U N

D E SERVIC IO S : 12 C

(NO TA: PARA TO DO S

A C O N D EN SA D O R UN IC O

-SISTEM A FLO TANTE)

- SISTEM A C O N STAN TE

C 1


FIG URA 6

LO S C O N D E N SA D O R E S

C 6


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c-7 SISTEMAS BOOSTER

Los sistemas Booster corresponden al diseo de compresores en serie deforma de la descarga del primero ( Baja presin = Booster) incide en laaspiracin del segundo ( Media presin).(Ver fig. 7).

Estos sistemas permiten una presin intermedia la cual nos puede ser til paradistintos conceptos:

a) Punto de aspiracin intermedio apto para la aspiracin de servicios demedia temperatura.

b) Punto de aspiracin intermedio apto para el subenfriamiento de los gasesaspirados del segundo compresor ( por inyeccin de liquido) permitiendotemperaturas de descarga controladas y menores .(Compresores de 2 etapas).

c) P nto de aspiracin intermedio apto para el s b enfriamiento del liq ido


C 1


C 3C 2


C 6


C 4 C 5

- SISTEM A C O NSTANTE(NO TA:

-SISTEM A FLOTAN TE

A C O ND ENSA D O R C O M UN


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c-8 SISTEMAS EN CASCADA

El sistema en cascada nos permite una mejora energtica considerable delsistema en la baja temperatura al poder obtener unas temperaturas decondensacin ms bajas ( gracias al intercambio con la evaporacin de laetapa alta ).

(Ver fig. 8)


C 1


C 3C 2


C 6


C 4 C 5

- SISTEM A C O NSTAN TE

(N O TA:

-SISTEM A FLOTAN TE

A CO N DEN SAD O R CO M UN

D E REC IPIENTE LIQ UID O ALTA

REC IPIEN TE LIQ UID O

A

BAJA

E VA P O R A D O R

C O N D E N SA D O R

"INTERC AM BIAD O R"

FIG URA 8


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(Ver fig.9)

C O M PRE SO R

FIG URA 9

RL

AC UM ULA D O R

B O M B A

I

S.A

C O N D E N SA D O R

EVAPO RATIVO

EVAPORADO R


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C-10 SISTEMAS ECONOMIZADORES

Las nuevas exigencias, tanto del mercado como de legislacin, conducen adiseos de instalaciones con mayor eficiencia energtica.

Esto lo podemos conseguir en base a sistemas que contribuyan al ahorroenergtico:

Sistemas economizadores en instalaciones concompresores de doble etapa y/o Booster.

Sistemas economizadores en instalaciones concompresores de tornillo ( media, baja o muy bajatemperatura).

Sistemas con condensaciones lo ms bajas posibles: Sistemas con condensaciones flotantes. Condensadores con dimensionado correcto,

capaces de mantener correctas T. Decondensacin, incluso en las aplicaciones msextremas.

Sistemas cascada Sistemas con evaporaciones lo ms altas posibles:

Evaporadorescorrectamente dimensionados. Sistemas con minimizacin de las prdidas de

carga.

Sistemas con diferenciacin en aspiracin:MULTI.ASPIRACIN

Sistemas de evaporacin flotante, compatibles


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d) ADECUACIN DE LA POTENCIA A CADA INSTANTE ?

En cada zona de aspiracin hemos visto la necesidad de :

Presin de aspiracin lo ms alta posible para obtener la mejor eficienciaenergtica.

Saltos excesivos de temperatura ( bajas presiones) pueden provocarnosestados no deseados en producto ( secado )

Es por ello que cuando se disea una instalacin centralizada es muyconveniente la correcta seleccin de la misma y que no existandisparidades manifiestas entre la potencia frigorfica solicitada y la potenciafrigorfica ofertada. (Adecuacin entre oferta y demanda)

En la fig. 10 pueden ver la curva de centralizacin ideal. Esta regulacin depotencia puede ser realizada via diferentes sistemas de actuacin :

Compresores a pistones.

Potenc ia

N Se rvicio s

C e ntra l id ea l

Fig. 10


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En fig. 11 pueden ver un sistema tipo c) de adecuacin de la potencia a lanecesidad. ( Fig.11)

CENTRALIZACION CON COMODIN

Potencias: secuencias

10% 30% + 15%10% + 15% 30%10% + 30% 15%10% + 30% + 15%10% + 30% + 30%10% + 30% + 30% + 15%

C 1 C 2 C 3 C 4

D E SERVIC IO S

A C O N D EN SA D O R

(N O TA:

- SISTEM A C O N STAN TE


10% 15%+

15%

15%+

15%

15%+

15%


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Compresores de tornilloa) Por seleccin de compresores con reduccin de capacidad mecnica.b) Por seleccin de compresores con reduccin de capacidad por variacin

de velocidad ( frecuencia tensin)c)

En los sistemas con variacin de la capacidad de forma mecnica debeconsiderarse la eficiencia energtica.

As como en compresores de pistones la reduccin de potencia absorbida escasi proporcional a la reduccin de capacidad, en sistemas con compresoresde tornillo la potencia absorbida permanece prcticamente constante a partirde una cierta disminucin de la capacidad,(En sistemas de regulacinmecnica ).

- A nivel orientativo no ser interesante la disminucin de la capacidadpor debajo del :

o 50% en Medias temperaturaso 75% en Bajas temperaturas


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e) COMO DESHACER EL HIELO?

Seguidamente vamos a enumerar diferentes tipos de deshielo ( tambindenominado desescarche) con indicacin de su aplicacin:

-------------------------------------------------------------------------------------------

Tipo Deshielo Instalacin InstalacinIndividualizada Centralizada

Deshielo por aire T mayor 0C T mayor C

Deshielo Resistencias Reducidas T mayor o igual 0C T mayor o igual 0C Totales T mayor/igual o menor 0C T mayor/igual o menor 0C

Deshielo agua Agua T mayor o igual 0C T mayor o igual 0C Agua caliente T mayor/igual o menor 0C T mayor/igual o menor 0Crecuperada

Gas caliente T mayor 0C (*) T mayor/igual o menor 0C Directo Acumulador trmico T mayor/igual o menor 0C T mayor/igual o menor 0C

Inversin ciclo (**) T mayor/igual o menor 0C T mayor/igual o menor0C

(*): Gas caliente limitado en cantidad y tirmpo.(**) : Posible, pero costoso y sofisticado;.(Nota: Variantes a lo anterior pueden ser consideradas).


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f) EL APROVECHAMIENTO DEL CALOR

El deseo de mejora de la eficiencia energtica de los sistemas frigorficos nosllevan cada da ms a aprovechar el calor disipado en zona de alta T.

Como principales aprovechamientos energticos que nos aumenten laeficiencia de nuestra instalacin tenemos :

a) Calentamiento de agua ( A.C.S)

b) Calentamiento de Agua ( Calefaccin)c) Calentamiento de Agua ( Deshielo)d) Deshielos gas caliente en sistemas centralizados-e)


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g) Condensaciones flotantes

Es comunmente frecuente ver que las condensaciones en los sistemas derefrigeracin se disean y controlan para mantener un valor constante.

Esto supone un claro desaprovechamiento energtico de la instalacin.

Basta con recordar que a temperaturas de condensacin ms bajas elcompresor tiene un rendimiento notablemente superior.

Los diseos a presin constante no son realizadas por el capricho delproyectista, sino con la finalidad tcnica de mantener una presin mnima quepermita alimentar las vlvulas de expansin de forma correcta.

Sin embargo, hoy en da, ya existen diferentes tecnologas (vlvulas deexpansin electrnicas, vlvulas de expansin multiorificio, duplicidad devlvulas de expansin en paralelo ) las cuales nos permiten trabajar con

condensaciones flotantes.

De esta forma aprovechamos muchas horas de instalacin concondensaciones bajas y sin perjuicio de la falta de alimentacin de losevaporadores por causa de las vlvulas de expansin.

AHORRO ENERGTICO Y ECONMICO


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3.- SISTEMAS VIA REFRIGERANTE SECUNDARIO

3.1 Generalidades

En el captulo anterior ya hemos visto que el producto era enfriado por unmedio conductor ( aire, salmuera, placas)

Este medio conductor debe haber sido enfriado previamente en unintercambiador de calor; si por el interior de este intercambiador hacemospasar un fluido frio ( en lugar de expansionar el refrigerante, previamenteenfriado en la ENFRIADORA), al cual llamaremos refrigerante secundario,podemos obtener el intercambio trmico deseado entre este fluido frio y elmedio conductor.

Como similitud a sistemas ms conocidos podemos sealar:

Calefaccin por radiadores :Caldera ------ EnfriadoraBomba ------- BombaRadiadores ---- Aeroenfriadores ( )

Acondicionamiento Aire por Fan-coilsEnfriadora ----- Enfriadora

Bomba ----- BombaFan-coils ----- Aeroenfriadores (.)

En Fig.12 pueden ver el concepto ms bsico de instalacin frigorfica conrefrigerante secundario. En fig. 13 sistema ms sofisticado a nivel hidralico (ver apartado 3-5).

ENFRIADO RA

A G UA C A LIEN TER E C U P E R A C I N

LAD

A

-10

C

FIG URA 12

SISTEM A SEC U N D A R IO BA SIC O SISTEM A SEC U N D A R IO :C IRC UITO PRIM ARIO + SEC UN D ARIO

ENFRIADO RA

FIG URA 13


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Como elementos primarios principales tenemos :

a) Enfriadora : Equipo frigorfico el cual tiene como misin el enfriamiento delfluido secundario a la T necesaria para satisfacer las necesidades en elaeroenfriador.

b) Circuito hidralico :

b-1 Bomba recirculacin : La bomba tiene como misin aportar el caudal

del fluido secundario necesario tanto al evaporador de la enfriadora como alaeroenfriador. Nota.- La bomba, en la fig. 12, tanto podra estar en impulsin aenfriadora como en retorno. (En una sola bomba ms normal en impulsin aenfriadora).

b-2 Accesorios bomba : Como principales accesorios de la bombapodemos encontrar: Vlvulas de seccionamiento y de regulacin, filtros deimpurezas, vlvulas no retorno, vaso se expansin entre otros

b-3 Aeroenfriador : Intercambiador de calor entre el fluido secundario y elmedio conductor.

b-4 Tubera y Valvulera de Control : Para el recorrido del fluido secundariose disponen de la tubera y el aislamiento preciso tanto para :

No condensacin Ahorrro energtico Cumplimiento de la normativaAs mismo vlvulas de accionamiento electromecnico sern las encargadasdel control del intercambio en el aeroenfriador.

Ventajas principales

Mnimo volumen de refrigerante Refrigerante confinado exclusivamente en la sale de mquinas


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Desventajas principales

Ms caro de Instalacin Doble intercambio : Disminucin posible del COP; menos eficienciaenergtica.

Existencia de Bombas Encarecimiento del Aislante Existencia de Circuito hidralico Mano de obra abierta a profesionales no estrictamente frigoristas : (

Intrusismo?) Generalmente mayor consumo.


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3.2 CIRCUITO FRIGORIFICO ENFRIADOR DEL REFRIGERANTE SECUNDARIO

A modo similar de los visto en el punto 2.4.1.C vamos a desarrollar, de formamuy esquemtica, diferentes opciones de circutos frigorficos para laaplicacin en refrigerantes secundarios.

3.2.1. CIRCUITO FRIGORIFICO TOTALMENTE DESTINADO AL ENFRIAMIENTO DELREFRIGERANTE SECUNDARIO.

3.2.1.1. APLICACIN EXCLUSIVA SALAS DE TRABAJO (Aire acondicionado)

En base a circuito frigorfico individual ( ver fig.1 desarrollada) o en base acentral nica de servicios de 12C ( ver fig.5 zona 1) se desarrolla enfriadora,con temperatura de impulsin del fluido ( agua glicolada o similar) a unos 0C.

3.2.1.2 APLICACIN COMUN EN ALTA/MEDIA T o DIFERENCIADA .

En base a circuito frigorfico individual ( ver fig.1 desarrollada) o en base acentral nica de servicios de 12C y 0C ( ver fig.3, zona 1) se desarrollaenfriadora, con temperatura de impulsin del fluido ( agua glicolada o similar)cercana a los -10C.

En fig. 14 pueden ver sistemas de enfriamiento de fluido secundario

diferenciado por niveles de temperatura con mximo aprovechamientoenergtico de los compresores y condensacin comn ( ver ventajas en2.4.1.c-6). En fig. 15 con condensaciones independientes.

C 1 C 2 C 3 C 4

A C O N D EN SAD O R

( N O T A :

- SIS T EM A C O N S TA N T E

-SISTEMA FLO TANTE

E VA P O R A D O R

E1

E VA P O R A D O R

E2

- 1 D E S C A R G A

E N F R IA D O R A :

- 2 Z O N A S A S P IR A C IO N D I F E R E N C I A D A S


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3.2.1.3 APLICACIN EN BAJA TEMPERATURA

Para la aplicacin de fluido secundario a baja temperatura ,las tecnologastanto de fluidos como de sistemas, no estn tan altamente desarrollados comoen alta y media temperatura.

Por lo que al circuito frigorifico se refiere ( a excepcin del evaporador enfuncin del fluido -ver punto 3.3) no existirn diferencias notables por lo que alcircuito frigorifico se refiere.

3.2.2 CIRCUITO FRIGORFICO MIXTO : REFRIGERANTE SECUNDARIO EXPANSINDIRECTA.

3.2.2.1. REFRIGERANTE SECUNDARIO SERVICIOS ALTA - EXPANSIN DIRECTASERVICIOS BAJA TEMPERATURA ( condensado por fluido secundario)

Podemos aprovechar un sistema de refrigerante secundario para los serviciosde ALTA MEDIA y que este mismo fluido nos sirva para la condensacin delos servicios de baja. ( Ver fig. 16).

Este sistema nos permite una correcta eficiencia en los servicios de baja alpoder condensar a presiones relativamente ms bajas ( con las necesidadesde presin para la correcta alimentacin del fluido refrigerante a los serviciosde baja ).

Aprovechamos las ventajas de las instalaciones de fluido secundario paraalta y media temperatura ; all donde pueda existir cierta incertidumbretecnolgica y de aplicacin ( Bajas temperaturas) realizaremos instalacin aexpansin directa con una muy baja temperatura de condensacin

(eficiencia energtica) ( Ver. Fig. 16 y 17).Los niveles de temperatura considerados son relativos.

ENFRIADO RA:1 ASPIRAC ION CO N M EZCLASF IG U R A 1 3


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3.2.2.2. REFRIGERANTE SECUNDARIO A SERVICIOS POSITIVOS Y EXPANSINDIRECTA A SERVICIOS NEGATIVOS.

Como sistema semejante al 3.2.2.1. pero sin utilizacin del refrigerantesecundario para los servicios negativos nos conduce a una instalacin mixtacuyas ventajas y desventajas zonales quedan claramente referenciadas enbase a criterios de puntos anteriores ( ver. Fig. 18).


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3.3.- EL FLUIDO SECUNDARIO

3.3.1 FLUIDOS SECUNDARIOS MONO-FASE

Es aquel fluido ( generalmente liquido) que se emplea como fluido transmisorde energa trmica, y que vara de temperatura al ganar o perder energatrmica, sin cambio de fase.

3.3.2 FLUIDOS SECUNDARIOS DI-FASE ( MIXTO)

Es aquel fluido que se emplea como fluido transmisor de energa, y que varade temperatura y tambin cambia de estado ( mixto) al ganar o perderenerga trmica.

a) Liquido-vapor (Liquivap) : ( no considerados inicialmente,en estudio, ensistemas de refrigeracin).

b) Liquido-slido (Liquisol) : fluidos comnmente llamados tipo sorbete. (Di-Fase mixto).

En el presente desarrollo vamos a centrarnos especialmente en losdenominados Mono-fase, por ser los ms conocidos y extendidos. Sinembargo tambin daremos ciertas pinceladas referente a los sistemas tipoDi-fase.

A modo de ejemplo muy claro adjuntamos tabla presentada por MaximeDuminil, en la Revue Practique du Froid, estableciendo el paralelismo bsicoentre sistemas indirectos utilizados para calor y la utilizada para fro.


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3.4. SELECCIN DEL REFRIGERANTE SECUNDARIO (MONO-FASE)

3.4.1. PRINCIPALES PREMISAS DE SELECCIN.

Las principales premisas de seleccin de los refrigerantes secundarios para suuso como fluidos secundarios, puede resumirse en :

a) Compatibilidad con las normativas de seguridad y medio-ambiente.

b) Compatibilidad con los materiales y elementos del circuito hidralico a laspresiones y T de trabajo.

c) Punto de congelacin de unos 3K ( ms seguridad hasta 8K) por debajo dela T ms baja a la que est expuesto.

d) A la T de exposicin ms baja, el refrigerante debe tener una viscosidad

relativamente baja, a fin de permitir mnimas prdidas de carga yvelocidades de fluido correctos para una buena tansmisin trmica.

e) La presin de vapor del refrigerante nunca debe ser superior a la mximapresin permitida en el circuito a la mxima temperatura de exposicin.

f) En refrigerantes con baja presin de vapor deben tomarse las medidas de

presurizacin oportunas para evitar fenmenos de vacios ( cavitaciones).Es por ello que debern habilitarse sistemas de expansin y presionessuperiores a la de vapor y por supuesto a la atmosfrica.

g) El refrigerante utilizado debe ser de uso y reposicin lo ms normalizado yeconmico posible.

3.4.2 PRINCIPALES REFRIGERANTES SECUNDARIOS.

En la siguiente tabla exponemos unos valores iniciales de ante-proyectoreferente a temperaturas de uso y especificaciones sanitarias.


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En cada aplicacin deberemos seleccionar el refrigerante que mejor noscumpla con :

Fluidez : la ms baja posible. Viscosidad : La ms baja posible Corrosivo : No a los materiales en uso. Inflamabilidad : No Toxicidad : No Precio : El mejor posible Punto de congelacin ( sin formacin de granulos anteriores) mnimo

aconsejado :

Aire acondicionado : 0CSala trabajo 1 : -8CSala trabajo 2 : -16CCmara conservacin : -18CCmara congelados : -35CTnel de congelacin : - 47CArmario congelados : -42C

COMO PRINCIPALES LIQUIDOS INCONGELABLES, DE POSIBLE UTILIZACIN ENINSTALACIONES ACTUALES PODEMOS SEALAR :

3.4.2.1 APLICACIN ALTA Y MEDIA TEMPERATURA.

a) No sector alimentario No necesidad estricta de seguridad antecontaminacin de producto.

*Mono-etilenglicol (etilenglicol)*Mono-Etlenglicol formulado ( NAPGEL) Ya con inclusin de aditivosanticorrosivos. Cloruro Clcico


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3.4.2.2. APLICACIN ESPECIFICA APLICACIN BAJA TEMPERATURA

Existen ciertos fluidos, especificamente formulados para la baja temperaturaqu en funcin de su porcentaje de mezcla con agua puedan trabajar hasta -55C.Estos fluidos deben tener condiciones de uso favorables para la refrigeracinde acuerdo a lo comentado incialmente.En nuestro conocimiento, y ya de actual aplicacin podemos sealar elTIFOXIT ( no pretendemos dar publicidad y otros fluidos se similarescaracteristicas tambin pueden se vlidos ).

TIPO DE CALOR REFRIGERACINFLUIDOSECUNDARIO

MONOFSCO AGUA a baja presin Agua ( Climatizacin)

Agua recalentada a Soluciones acuosassobre presin (Refrigeracin)Liquidos orgnicos - Con sales

- Orgnicos : glicoles- Liquidos orgnicos

DIFSICO Calefaccin con vapor : Sin aplicacin prctica Ida vapor - En Investigacin


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3.5 CIRCUITOS HIDRALICOS

La arquitectura de un circuito hidralico puede ser contemplada desdediferentes vertientes; el conocimiento de cada una de ellas es la que nospermitir, en cada caso, disear cada circuito hidralico que mejorsatisfaga los requerimientos de proyecto : tcnico-econmicosgeneralmente.

As las consideraciones bsicas de diseo pueden fijarse en :

3.5.1 Referente a la apertura del sistema.3.5.2 Referente al sistema de bombeo.3.5.3 Referente al dinamismo del sistema.3.5.4 Referente al n de tubos del circuito.3.5.5 Referente a la inercia / acumulacin

3.5.1. REFERENTE A LA APERTURA DEL SISTEMA.

Un sistema hidralico puede ser abierto o cerrado, en funcin de si existeapertura del mismo a la presin atmosfrica o por el contrario est confinadototalmente en el interior del sistema.

En todos los sistemas hidraulicos se requiere necesidad de variacin delvolumen del recinto de confinamiento a fin de que los cambios externos detemperaturas no produzcan sobre presiones no deseables en el interior delcircuito hidralico.

En los sistemas abiertos la expansin se produce ( en general) en depsito ala propia presin atmosferica. Uno de los puntos a tener presentes en estossistemas, a nivel de fluido secundario, es la posibilidad del cambio deconcentracin del mismo por evaporacin no homogenea del mismo,cambiando por consiguiente sus parmetros intrnsecos ( puntos decongelacin, viscosidad )

En sistemas cerrados este problema queda reducido, en la prctica, en sutotalidad sal o f gas no deseadas En los sistemas cerrados se dispondr


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La variacin puede ser calculada en base a :

VV = VR * ( Cvt max - 1 )----------------Cvt min

Siendo : VV : variacin de volumenCvtm : coeficiente de expansin volumtricoVR: Volumen total

Ejemplo : Si volumen total :VR= 4000 ltsSi Ethylen glicol con :

CVT max ( 60C) : 0.00065Cvt min (-20C) : 0.00063

VV = 4m3 + ( 0.00065 - 1 ) ==== 0.127 m3 = 127 lts----------------0.00063

As el sistema de expansin utilizado debe, como mnimo, satisfacer estavariacin sin cambio de presin en el sistema.


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3.5.2. REFERENTE AL SISTEMA DE BOMBEO.

3.5.2.1 SISTEMAS CON NICO CIRCUITO DE BOMBEO ( primario).

Referente a consideraciones respecto al circuito de bombeo podemosconsiderar sistema con bomba nica que alimenta tanto al enfriador delfluido secundario como a los sistemas intercambiadores (aeroenfriadores) ( ver fig. 19)

Este sistema es utilizado por su ecomoma de instalacin; sin embargo es deun elevado consumo ya que la bomba debe suministrar en cada momento el

caudal mximo ( de servicios o intercambiador) con la prdida de cargamxima ( servicios + intercambiador enfriadora).

La seleccin de la bomba solo es tcnicamente y correctamente posible si seconoce la distribucin fluido y servicios

FIG URA 19

- BOM BA UNICA CAUDAL C ONSTANTE

C IRC UITO HIDRA ULIC O :

ENFRIAD O RA

( D EPO SITO IN ERC IA)

PO SIBLE BY-PASS

PO SIBLE DEPO SITO

INERCIA + VASO EXPANSION

A SERVICIOS DE SERVICIOS


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En ambos casos la variacin se realiza para mantener una presin constanteen circuito ante variaciones de demanda ( sistemas de regulacin todo/nada2 tubos,...)

En su diseo debe verificarse la idoneidad de todos los materiales en losposibles puntos de funcionamiento.

A diferencia del sistema sin regulacin puede permitir un correcto control delsistema y un cierto ahorro energtico ( en especial en regulacin develocidad).

Como agravante principal, en sistemas de bomba nica con variacin real delcaudal de la bomba, existe la posible falta de fluido en el intercambiadorprimario de la enfriadora con los graves perjuicios de funcionamiento que estopuede conllevar.

FIG URA 21

ENFRIADO RA


A SERVICIOS DE SERVICIOSA SERVICIOS DE SERVICIO S

FIG URA 20

CIRCUITO HIDRA ULICO :

- BOM BA UNICA C AUDAL VARIABLE


ENFRIADO RA

INERCIA + VASO EXPAN SION

PO SIBLE DEPO SITO

VALVULA TRES VIAS

PVALVULA PROPO RCIONAL

REGULADA PO R PRESION

- BOM BA UNICA C AUDAL VARIABLE

CIRCU ITO HIDRAULICO :

VARIACION DE VELOC IDAD

VB O M B A

B O M B A

VARIADO R ENFUNCIO NDE LA PRESION


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3.5.2.2. SISTEMAS CON DOBLE CIRCUITO DE BOMBEO ( primario + secundario).

En la fig.22 podemos visualizar un bsico sistema con doble circuito debombeo.

Primario : Un circuito primario donde la bomba seleccionada ( primaria) slodebe suministrar el caudal requerido por la enfriadora ( intercambiadorprimario) con la necesidad nica de vencer su prdida de carga ms elmnimo circuito de ida y vuelta de depsito de inercia.

Secundario : Un circuito secundario ( a nivel de fluido secundario esfisicamente el mismo, tanto en primario como secundario) dispone de bombapara alimentacin exclusiva de servicios tanto en caudal como en prdida decarga. Aqu, a modo individual, son aplicables los conceptos expresados en elpunto 3.5.2.1.

Como grandes ventajas tenemos :

a) Bomba primaria seleccionada especificamente para la enfriadora.b) Bomba secundaria seleccionada especificamente para la instalacin a

servicios.c) Control independiente de las 2 bombas.d) Bomba primaria puede parar en caso de conseguido nivel de

temperatura.

C IRC UITO HIDRAULIC O :

- PRIM AR IO


ENFRIAD O RA

- SECU ND ARIO


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3.5.3.-REFERENTE A LA ALIMENTACIN A CADA INTERCAMBIADOR SECUNDARIO

3.5.3.1. CIRCUITOS PASIVOS.

La alimentacin hidralica a cada intercambiador secundario (aeroenfriador) se consigue nicamente mediante sistemas pasivos:Vlvulas de accionamiento electro-mecnico con aperturas y cierres ,ya sea en sistemas con o sin by-pass.

En fig. 23 pueden ver sistema pasivo, a dos tubos, con vlvula de 2 vias sin by-pass. La apertura o cierre de la vlvula de regulacin (termosttica) afectaral resto del circuito y debern utilizarse las tcnicas en 3.5.2.1.

En fig. 24 pueden ver sistema similar al de la fig.23 pero con by-pass enintercambiador secundario.

FIG URA 2 3

SISTEM A:

- DI TUBO- PA SIV O

B O M B A G E N ER A L

- 2 VIA S

VALVULA

2 VIASTO D O /N A D A

O

P R O P O R C IO N A L

AE RO EN FRIAD O R

T

FIG URA 2 4

SISTEM A:

VALVULABY-PASSVALVULA

B O M B A G E N E R AL

- BY-PA SS ( 2 VIA S)- PASIVO- DI TUBO

2 VIAS

VALVULA

2 VIASREGULAC IO N


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Como ventaja principal de este sistema con respecto a su predecesorsealamos la mnima afeccin al caudal y a la presin en el resto delcircuito.El fluido cuando no es requerido en el aeroenfriador es desviado por el by-pass, procurando un caudal y prdida de carga lo ms semejantes posibles alos obtenidos cuando exista el paso por el intercambiador.

NOTA.- Los sistemas todo/nada, en refrigeracin, pueden aportar ciertasventajas en la regulacin de la instalacin y mayor similitud a los sistemas deexpansin directa ; y tambin economa de diseo.

En especial por lo que se refiere al momento del paro de ventiladores; ensistemas proporcionales ste fenmeno prodra producirse escasamente y noser del agrado del instalador o usuario.

En fig. 25 sistema similar al anterior con vlvula de 3 vas repartidora.

En fig. 26 sistema similar al anterior con vlvula de 3 vas mezcladora.

FIG URA 25

SISTEM A:

- DI TUBO- PASIVO

BOMBA G ENERAL

- 3 VIA S

VALVULA

3 VIAS(REPARTIDORA )

TODO /NADAO

PROPORCIONAL

- REPARTID O RA

BY-PASS VALVULAREGULACION

SISTEM A:

- DI TUB O- PASIVO- 3 VIA SM E ZC LA D O R A


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NOTA.- Es conveniente procurar, con el sistema de ventilacin parado, la nocirculacin de fluido secundario en el aeroenfriador, ya que se prodraproducir formacin no deseada de escarcha.

En fig. 27 , disposicin tpica en aeroenfriador.

FIG URA 2 7

A ER O EN FR IA D O R

IN

TERC

A

M

BIAD

O

R

A IRE


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3.5.3.2 CIRCUITOS ACTIVOS.

Los circuitos activos son aquellos en que la solicitud de intercambio trmico enel servicio ( aeroenfriador) lleva asociado la marcha de sistema debombeo.

Estos sistemas tienen como premisa bsica la de disponer elemento activo(bomba) para la alimentacin del servicio en cuestin con la cantidad justaen el momento preciso.

Ante la no demanda de refrigeraci el sistema activo permanece parado (ahorro energtico).

La bomba general suministrar el caudal preciso para la alimentacin mxima(pudiendo ser sistema de caudal constante o variable, en funcin del sistema :1 tubo o 2 tubos) venciendo nicamente la prdida de carga de la tuberaprincipal.

En fig. 28 podemos ver sistema activo con 2 tubos y caudal general variableen base a vlvula de 3 vas regulado por presin.

B O M B AG E N E R A L

S1

S2

BOM BA ACTIVA 1

(AC ELERADO RA)

BOM BA ACTIVA 2

(AC ELERADO RA)

FIG URA 28

- AC TIVOSISTEM A:

- 2 TUBO S


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3.5.4 REFERENTE AL N DE TUBOS

3.5.4.1 CIRCUITOS A 2 TUBOS ( DI-TUBO).El circuito de 2 tubos ( ida retorno), es el ms comunmente utilizado enrefrigeracin. Su utilizacin se especifca, principalmente, en los refrigerantesmonofsicos y permite una versatibilidad de diseo suficientemente amplia.

La importancia principal en el diseo de los circuitos de 2 tubos debecentrarse en :

Seleccin de dimetros. Conseguir constancia en los caudales requeridos en cada

punto de servicio.

Ya hemos visto diferentes sistemas que nos permiten variaciones de caudal apresin constante, o sistemas que nos permiten variaciones de caudal enservicio sin afeccin al resto del circuito.

Seguidamente vamos a mostrar 3 sistemas di-tubo, cuya seleccin comportamenor o mayor facilidad en la posterior regulacin de la instalalcin:

a) Sistemas ida-vuelta convencionales ( ver fig. 29)b) Sistemas invertidos (ver fig.30)c) Sistemas anillo ( ver fig. 31)

a) El sistema convencional es el menos efectivo, como norma general, delos tres sistemas. Su regulacin es la ms laboriosa. A nivel de diseo latubera puede ir disminuyendo de seccin a medida que se derivancaudales a servicios, y contrariamente el retorno. Sistema poco adaptado a

posibles variaciones.

b) El sistema invertido, ya favorece una mejor homogeneidad de lasprdidas de carga en el circuito. La premisa bsica de diseo es : el primerintercambiador en entrar es el ltimo en salir La t bera tambin p ede


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3.5.4.2 CIRCUITOS MONO-TUBO

Los circuitos monotubo son aquellos en que cada servicio toma el caudalnecesario de un nico tubo general y su caudal es vertido al mismo tubo.

En fig. 32 pueden ver base de diseo del sistema monotubo.

Los circuitos monotubo tienen como principal inconveniente que la t del fluidoa la entrada de cada servicio no es constante ( en los sistemas de fluidomonofase).

La temperatura del fluido va sufriendo un recalentamiento a medida de quecada servicio contribuya a l.

El diseo del circuito hidralico ( en el supuesto caso de circuito monofase)quedar sujeto a las necesidades de temperatura de cada servicio.

Este hecho puede complicar y encarecer el sistema, con un handicap muyimportante : nada adaptable a posibles cambios de servicios.

Este sistema, a nuestro entender, tiene su principal aplicacin en sistemas Di-fase ( liquisol).

T1

T2

T3

T4

T5

T6

T7

CIRCUITO M O NO TUBO

FIG UR A 3 2 T1 T2 ........................ T7

E fi 33 34 d i t d l i i it t b


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En fig. 33 y 34 pueden ver sistema de regulacin en circuitos mono-tubopasivos. En ellos deben disponerse restricciones para que el refrigerante nosiga, en su totalidad, el camino general y by-passe el servicio. Puederealizarse mediante vlvula de 2 vas con sistema restrictor en linea general ( Tejeccin) o con vlvula de 3 vas.

En fig. 35 sistema monotubo activo.


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SER V IC IO

SISTEM APARA ASEGU RARLA ALIM ENTACIO NAL SERVICIO

T

VALVULAREGULACIO N

M O NO -TUBO PASIVO.(C O N EYECC IO N)

FIG URA 33

(VALVULA 3 VIAS)

M O NO -TUBO PASIVO.

REGULACIO NVALVULA


FIG URA 34

SER V IC IO

M O NO -TUBO AC TIVO.

T

3 5 5 REFERENTE A LA ACUMULACIN


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3.5.5 REFERENTE A LA ACUMULACIN

3.5.5.1. SIN INERCIASistema hidraulico sin pulmn de refrigerante secundario, el cual nos pudierapermitir una mayor inercia trmica.

El nico refrigerante es el que se encuentra confinado en el interior de tuberase intercambiadores.

Es un sistema de ms difcil control ya que las variaciones de la temperaturadel fluido pueden ser excesivamente rpidas y conducir a funcionamientos nodeseados del sistema frigorfico ( paros / arranques de compresores )conalta inestabilidad ( Ver fig. 19).

3.5.5.2 CON INERCIA

Sistema hidralico con pulmn de refrigerante secundario el cual confiere unamayor inercia trmica de la instalacin: variaciones menos bruscas de latemperatura del fluido lo que permite una mejor regulacin y funcionamientodel sistema.

De gran aplicacin en sistemas con doble circuito de bombeo ( primario /

secundario).

Absorben, con facilidad, cambios relativamente bruscos de la demandafrigorfica.

Son ms lentos en la puesta a rgimen al tener que enfriar una masa derefrigerante superior . ( ver fig. 22).

3.5.5.3 CON ACUMULACIN ( calor sensible)

Los depsitos de ac m lacin p eden s a i ar las demandas br scas de

As podramos realizar el siguiente orden de trabajo :


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As podramos realizar el siguiente orden de trabajo :

En horas valle : enfriar refrigerante almacenado para satisfacercargas punta.

Ante cargas puntuales elevadas : circulacin adicional derefrigerante previamente enfriado.

En fig. 35 pueden ver sistema con acumulacin tpico :

- En horas valle y sin servicios la bomba BO trabajaconstantemente para el enfriamiento del acumulador.

- En horas de baja demanda la bomba BO continua sutrabajo de enfriamiento ( si es por t requerido) y la bomba B1realiza la alimentacin a los servicios que lo soliciten.

- En horas de demanda punta, la bomba B0 trabajar

o no en funcin de t y diseo estratgico; las bombasB2 y B3 sern las que, conjuntamente, alimentaran aservicios.

El sistema de acumulacin sensible requiere de grandes volmenes dealmacenamiento para que sean realmente eficaces.

B0

B2 B1

AC

MU

AD

LU

OR

E N F R IA D O R A

LA A C U M U LA C IO NSEN SIBLE


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La capacidad frigorifica requerida X es :

(150.000 . 3 ) + ( 30.000 * 14 ) = 24 X

de donde X = 36.250 Kcal/h si trabajo 24 horasconsiderando trabajo de 20 horas === 43.500 Fr / h

Los caudales msicos de cada bomba suponiendo AT general 5C y calorespecifico 3,3 KJ.

B0 : 43500 % 860 = 3,06 Kg/ seg3,3 * 5

B1 : 30000 % 860 = 2,12 Kg/seg

3,3 * 5

B2: 120000 % 860 = 8,5 Kg/seg

El volumen de depsito :

Caudal B2 = 8,5 Kg/seg

8,5 Kg/seg x 3 horas * 3600 seg = 91.800 Kg1 hora

Considerando, por concepto de estratificacin, que un 10% no ser eficaz, lamasa mnima requerida es :

91.800Kg * (1/0,9) = 102.000 Kgs.

Si consideramos un fluido con una densidad media de 1180 Kg/m3 tendramosun volumen necesario de :

3.5.5.4 CON ACUMULACIN ( calor latente)


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3.5.5.4 CON ACUMULACIN ( calor latente)

Los sistemas con acumulacin de calor latente ( ejemplo : balsas de hielo

para los enfriamientos de grandes cargas puntuales de leche ) son de graninters para el ahorro energtico.Requieren de menores espacios que los sistemas con calor sensible. El costede implantacin es enormemente elevado.Son utilizados para :

Sistemas de acondicionamiento de aire ( tanquesacumuladores en base a sistemas de enrrollamiento

tubular de cobre ) Enfriamientos de leche.

Su tratado requerira de un tratamiento especfico, el cual no desarrollaremosen este artculo, pero si de la concienciacin de su existencia.

Nota: Ambos sistemas de acumulacin requieren grandes espacios con estructuras muyresistentes.

3 6 LA CORROSIN


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3.6 LA CORROSIN

La corrosin es un fenmeno no deseado, pero que puede tener lugar por elcontacto entre un refrigerante secundario y los materiales del sistema.

Asi pues, en todo diseo se debern tener presentes sus compatibilidades :

Efecto del refrigerante. Efecto de los inhibidores y aditivos asnti-espumantes :

Toxicidad Inflamacin Estabilidad frente : AIRE Y HUMEDAD Estabilidad trmica

Solicitar documentacin/tablas de anticorrosivos.

En el mercado ( ver punto 3.1) existen ya refrigerantes secundarios conformulaciones aptas para usos comerciales e industriales muy generalizados.

3.7 RELACIN ENTRE CARGA TRMICA Y CAUDAL


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3.7 C C G C C U

El caudal msico de un refrigerante secundario a bombear para unadeterminada carga trmica viene bsicamente influenciado por :

Coeficiente de transmisin de calor Densidad del refrigerante a la t media en la zona de bombeo.

El coeficiente de transmisin vendr determinado, entre otros, por lossiguientes parmetros :

Densidad Calor especfico Viscosidad Conductividad trmica

As para la obtencin de los mejores coeficientes de transmisin con el mismoconsumo energtico en bombeo es conveniente :

Mnima viscosidad Mnina prdida de carga Velocidad adecuada

Para ello estos parmetros deben ser muy tenidos en cuenta tanto por losfabricantes de equipos como por instaladores.

Cada equipo tendr un comportamiento diferenciado a distintos niveles detemperatura y para distintos fluidos.

La influencia se centra en :

- Intercambio primario en evaporadores :multitubulares, placas

- Intercambio secundario : Aeroenfriadores,

Al l i fl id i t hid li l d t t i id d


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3.9 SALAS DE MAQUINAS


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En fig. 37 mostramos el sistema ms completo de salas de mquinas deenfriamiento de fluido secundario con refrigerante primario NH3. (Para otrosrefrigerantes R404A,.. menosrestrictivo)

Sistema de un coste de inversin estremadamente alta pero que est siendoutilizado en ciertos paises del norte de Europa : ecologa.

SER

VIC

IO

S

PM

D

UC

H

A

H

2O

+

N

H

3

+

N

H3

A

IR

E

BO

M

BA

A

G

U

A

PA

C

K

EN

FRIAD

O

RA

A IRE

A IREPM

PM

A.C

.Re

c

up

TO

RRE

PUER

TA

EM

ERG

EN

C

IA

AN

TE-SA

LA

D

U

C

H

A

D

U

C

H

A

O

JO

S

A

LA

RM

A

1

N

IVEL

2

N

IVEL

M

AN

UA

L

SO

C

O

RRO

S

BO

TELLA

S

O

X

IG

EN

O

SALA M AQ UIN A S SISTEM A SEC UN D ARIO C O N N H3 D E PRIM ARIO

FIG URA 37


62/241

3.10 EL DESHIELO

Los diferentes sistemas de deshielo, efectivos y posibles en un sistema conrefrigerante secundario, y sin enviar jams refrigerante primario ( gas caliente)a posible circuito doble en aeroenfriador ( rompemos el NO envio derefrigerante fuera de la sala de mquinas), son :

a) Deshielo por aire : temperaturas positivas(ver. Fig. 27)

b) Deshielo por agua : ( Ver fig. 38).

C) Deshielo por agua ( caliente recuperada) : (ver. Fig, 39)

D EPO SITO

P

G R U POPRESIO N

D E S A G E

DESHIELO AG UAVAL. ELECTRIC A

FIG URA 38

DESHIELO AG UA C ALIENTE RECUPERADAVAL. ELECTRIC A

d) Agua glicolada ( o similar) caliente


63/241

d) Agua glicolada ( o similar) caliente

d-1 En mismo circuito : (ver fig. 40 y 41)

d-2 En circuito diferenciado : ( ver fig. 42).

AG UA C ALIEN TERECUPERACIO N

SER VIC IO

SER VIC IO

AG UAG LIC OLADA(SERV IC IO S)

D ESHIELO AG UA G LIC O LAD A C ALIENTE:

- M ISM O C IRC UITO

FIG URA 4 0


64/241

DESHIELO AG UA C ALIENTE:

M ISM O CIRCUITO

FIGURA 41

TUBO S C IRC UITO

FLUID O SEC UN D ARIO FRIO

FLUID O C ALIEN TE DESH IELO

TUBO S C IRC UITO

C IRC UITO AG UA D ESHIELO SEPARADO

NOTA:Todos los datos indicados en el presente artculo son slo vlidos a nivel

orientativo no siendo aceptada una reclamacin por su utilizacin


65/241

orientativo,no siendo aceptada una reclamacin por su utilizacin.

Prohibida su difusin y/o reproduccin total o parcial,sin consentimiento previo dePECOMARK S.A.


66/241

Compresorde alta

Compresorde baja

CondensadorEvaporador

8

1 2 3 4

5

6

5p

(kPa)

4

7

7

Coleccin de ProblemasResueltos de TecnologaFrigorficaVersin 2.1 (septiembre de 2003)


67/241

Autor: Juan Francisco Coronel ToroProfesor asociado del Grupo de TermotecniaDpto. de Ingeniera Energtica y mecnica de FluidosUniversidad de Sevilla

Este documento est basado en versiones anteriores desarrolladas por:

D. Ramn Velzquez Vila D. Jos Guerra Macho D. Servando lvarez Domnguez D. Jos Luis Molina Flix D. David Velzquez Alonso D. Luis Prez-Lombard D. Juan F. Coronel ToroTodos ellos pertenecientes al Grupo de Termotecnia.

Parte de la informacin ha sido tomada de las siguientes referencias:

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING, TECHNICAL UNIVERSITY OFDENMARK, COOLPACK, A collection of simulations tools for refrigeration, Versin1.46 (2000).

STOECKER, W.F. Industrial Refrigeration Handbook. 1st ed. McGraw Hill (1998)

Problemas Resueltos - Tecnologa Frigorfica


68/241

ndice

ndice ......................................................................................................... 3Ciclo simple de compresin mecnica:Problema 1.................................................................................................. 4Ciclos mltiples de compresin mecnica:Problema 2.................................................................................................. 6Problema 3................................................................................................ 12Problema 4................................................................................................ 15Problema 5................................................................................................ 19Ciclo simple de compresin mecnica (compresores alternativos):Problema 6................................................................................................ 23Problema 7................................................................................................ 26Problema 8................................................................................................ 28Problema 9................................................................................................ 31Ciclo simple de compresin mecnica (evaporadores y condensadores):Problema 10 .............................................................................................. 33Problema 11 .............................................................................................. 36Problema 12 .............................................................................................. 39Problema 13 .............................................................................................. 42Problema 14 .............................................................................................. 44Problemas combinados:

Problema 15 .............................................................................................. 47


P bl 1


69/241

Problema 1

Ciclo simple de compresin mecnica

Una mquina frigorfica utiliza el ciclo estndar de compresin de vapor. Produce 50 kWde refrigeracin utilizando como refrigerante R-22, si su temperatura de condensacin es40C y la de evaporacin -10C, calcular:

a. Efecto frigorficob. Caudal de refrigerantec. Potencia de compresind. Coeficiente de eficiencia energticae. Relacin de compresinf. Caudal volumtrico de refrigerante manejado por el compresorg. Temperatura de descarga del compresorh. Coeficiente de eficiencia energtica del ciclo inverso de Carnot con las mismas

temperaturas de evaporacin y condensacin

Solucin:

Si trasladamos las temperaturas de evaporacin (-10C) y condensacin (40C)sobre el diagrama P-h del R-22, obtenemos los siguientes valores:

p

(kPa)

Compresor

4

1 2

3

Condensador

Evaporador

Vlvula de

expansin

1

2

4

3

h (kJ/kg)


d. Coeficiente de eficiencia energtica: 105.4kW1812

kW50Pq

COP f ===


70/241

gkW18.12Pc

e. Relacin de compresin: 328.4kPa3.354kPa52.1533

ppr

evap

condc ===

f. Caudal volumtrico de refrigerante manejado por el compresor: Este siempre setoma a la entrada al compresor y necesitamos el volumen especfico en el punto 1:

kg/m06535.0v1 =

h/m448.77s/m0215.0kg/m06535.0s/kg3292.0vmV 1RR ==== &&

g. Temperatura de descarga del compresor: Si miramos en el diagrama p-h laisoterma que pasa por el punto 2 es aproximadamente C3.64t2 = .

h. Coeficiente de eficiencia energtica del ciclo inverso de Carnot con las mismastemperaturas de condensacin y evaporacin.

263.51

K1015.273K4015.273

1

1TT

1COP

evap

condCarnot =

+

=

=


Problema 2


71/241

Problema 2

Ciclos mltiples de compresin mecnica

Una aplicacin de produccin de fro demanda una potencia frigorfica de 100.000 frig/h,su temperatura de evaporacin debe ser -30C y su temperatura de condensacin 40C. Sise pretende usar en todos los casos R-22, calcular el trabajo de compresin, el calor decondensacin y el coeficiente de eficiencia energtica en los siguientes casos:

a. Ciclo estndar de compresin mecnica simple.

b. Compresin doble directa con enfriador intermedio, inyeccin parcial. (Eficiencia delenfriador intermedio 0.8)c. Compresin doble directa con enfriador intermedio, inyeccin total.d. Compresin doble en cascada.

Solucin:

Comencemos por calcular el coeficiente de eficiencia energtica de del ciclo tericode Carnot:

474.31

K3015.273K4015.273

1

1TT

1COP

evap

condCarnot =

+

=

=

Este es el lmite mximo para las eficiencias de todos los ciclos que vamos a

estudiar a continuacin.La potencia frigorfica en todos los ciclos debe ser:

kW28.116h/kcal100000h/frig100000qf ===

a. Ciclo estndar de compresin mecnica simple.

p

(kPa

)

Compresor

1 2

Evaporador23


Relacin de compresin: 38.9kPa5163kPa5.1533

pp

r condc ===


72/241

kPa5.163pevap

Entalpas: kg/kJ147.393h1 = kg/kJ021.451h2 = kg/kJ674.249hh 43 ==

Calculemos el caudal de refrigerante a partir del balance en el evaporador:

( )( )

s/kg8105.0kg/kJ674.249147.393

kW28.116hh

qm;hhmq

41

fR41Rf =

=

== &&

Trabajo de compresin:( ) ( ) kW907.46kg/kJ147.393021.451s/kg8105.0hhmP 12Rc === &

Calor de condensacin:( ) ( ) kW192.163kg/kJ674.249021.451s/kg8105.0hhmq 32Rc === &

Coeficiente de eficiencia energtica: 479.2kW907.46kW28.116

Pq

COPc

f ===

b. Compresin doble directa con enfriador intermedio, inyeccin parcial.Compresorde alta

Condensador

Evaporador

Compresorde baja

8

1 2 3 4

5

6

5p

(kPa)

4

7

7

RBm& RAm&


kPa73.5005.1635.1533ppp evapcondint === a esta presin le corresponde una

t t i t di d C190t


73/241

temperatura intermedia de C19.0tint = .

Al utilizar la media geomtrica se consigue que la relacin de compresin en elcompresor de alta y baja sean la misma.

06.3pp

pp

revap

int

int

condc ===

Las entalpas de los puntos que hasta el momento podemos localizar sobre eldiagrama P-h son las siguientes:

kg/kJ147.393h1 = kg/kJ11.420h2 = kg/kJ44.405h3 = kg/kJ33.433h4 = kg/kJ67.249hh 65 ==

Balance de energa sobre el evaporador:( )81RBf hhmq = &

Balance de energa sobre el enfriador intermedio:( )

7RB3RA6RBRA2RB6RB

hmhmhmmhmhm &&&&&& +=++ Simplificando y sabiendo que las entalpas de los puntos 7 y 8 son iguales:

8RB3RA2RB6RA hmhmhmhm &&&& +=+

Tenemos por tanto 2 ecuaciones con 3 incgnitas ( 8RBRA h,m,m && ). Es necesarioplantear una nueva ecuacin. La eficiencia del enfriador intermedio se planteacomo:

( ) ( ) C152.8C19.0408.0C40tttt;tt

tt8.0 6557

65

75 ===

==

Con esta temperatura del punto 7 y la presin de condensacin obtenemos laentalpa de este punto:

87 hkg/kJ66.209h ==

Del balance del evaporador podemos ahora despejar el caudal de refrigerante sobreel evaporador:

( ) s/kg6337.0kg/kJ66.209147.393 kW28.116hh qm 81f

RB ==

=&

Y volviendo al balance sobre el enfriador intermedio obtenemos el caudal derefrigerante sobre el condensador:


c. Compresin doble directa con enfriador intermedio, inyeccin total.


74/241

La presin intermedia es la misma que en el caso anterior.kPa73.5005.1635.1533ppp evapcondint ===

Las entalpas de los puntos sobre el diagrama P h son las siguientes:

Compresorde alta

Condensador

Evaporador

Compresorde baja

8

1 2 3 4

567

18

5

P

(kPa)

4

23

h (kJ/kg)

67

RBm& RAm&


( )( )

s/kg8508.0hhhh

mm36

27RBRA =

= &&


75/241

( )36

Trabajo de compresin: ( ) ( ) kW978.39hhmhhmP 12RB34RAc =+= && Calor de condensacin: ( ) kW258.156hhmq 54RAc == &


Pq

COPc

f ===

d. Compresin doble en cascada.

Compresorde alta

Condensador

Evaporador

Intercambiadorintermedio

Compresorde baja

RBm& RAm&

1

6

5

p

(kPa

)

4

23

h (kJ/kg)

8

7


( )41RBf hhmq = & ( )s/kg6121.0

kg/kJ18.203147.393kW28.116

hhq

m41

fRB =

=

=&


76/241

( ) g41

Balance de energa sobre el intercambiador intermedio:

5RA3RB2RB8RA hmhmhmhm &&&& +=+ despejando:

( )( )

s/kg8658.0hhhh

mm58

23RBRA =

= &&

Trabajo de compresin: ( ) ( ) kW804.43hhmhhmP 12RB56RAc =+= &&

Calor de condensacin: ( ) kW078.160hhmq 76RAc == &


Pq

COPc

f ===

Resumen de resultados:

Caso )kW(qf )kW(qc )kW(Pc COP

Compresin mecnica simple 116.28 163.192 46.907 2.479Con enfriador intermedio, inyeccin parcial 116.28 157.231 40.963 2.839Con enfriador intermedio, inyeccin total 116.28 156.258 39.978 2.909En cascada 116.28 160.078 43.804 2.655


77/241


Presiones: kPa1500pcond = kPa5.163pevap =

Relacin de compresin: 17439kPa1500p

r cond


78/241

Relacin de compresin: 1743.9

kPa5.163p

revap

c ===

Temperaturas: C1.39tcond = C30tevap =

Entalpas: kg/kJ15.393h1 = kg/kJ38.450h2 = kg/kJ48.248hh 43 ==


( )( )

s/kg2442.1kg/kJ48.24815.393

kW180hh

qm;hhmq

41

fR41Rf =

=

== &&

Trabajo de compresin:( ) ( ) kW206.71kg/kJ15.39338.450s/kg2442.1hhmP 12Rc === &

Coeficiente de eficiencia energtica: 528.2kW206.71

kW180Pq

COPc

f ===

b. Ciclo de la figura del problema.

8

1 2

34

567

5

p

(kPa)

4 2

1Rm&

2Rm&


Las entalpas de los puntos sobre el diagrama P-h son las siguientes:kg/kJ15.393h1 = kg/kJ38.450h2 = kg/kJ46.407h3 = k/kJ09430h k/kJ48248hh k/kJ95206hh


79/241

kg/kJ09.430h4= kg/kJ48.248hh

65== kg/kJ95.206hh

87==

Balance de energa sobre el evaporador:

( )811Rf hhmq = & ( )s/kg9667.0

kg/kJ95.20615.393kW180

hhq

m81

f1R =

=

=&

Balance de energa sobre el enfriador intermedio:( ) 32R71R62R1R hmhmhmm &&&& +=+

despejando:( )( )

s/kg2525.0hhhh

mm36

671R2R =

= &&

Trabajo de compresin: ( ) ( ) kW038.61hhmhhmP 342R121Rc =+= &&


kW180Pq

COPc

f ===


Problema 4


80/241


En un sistema de amoniaco con dos evaporadores y un compresor el evaporador de bajatemperatura suministra 180 kW de refrigeracin con una temperatura de evaporacin de-30C y el otro evaporador suministra 200 kW a 4C. La temperatura de condensacinpuede considerarse igual a 40C

1. Calcular la potencia de compresin requerida y la eficiencia energtica del ciclo.2. Se sustituye el ciclo anterior por un ciclo con dos evaporadores y dos compresores

(ver figura), si se pretende suministrar la misma potencia frigorfica en ambosevaporadores con las mismas temperaturas de evaporacin y la misma temperaturade condensacin. Calcular la potencia de compresin requerida y la eficienciaenergtica del ciclo.

Nota: Suponer que no existen prdidas de presin en los elementos del ciclo y que noexiste recalentamientos, ni subenfriamientos.

8

1 2

3 4

567

Evaporador

de baja

Evaporadorde alta

Condensador


5 1 28

7


81/241

El diagrama p-h de este ciclo es el siguiente:

Conocidas las temperaturas de evaporacin de cada uno de los evaporadores y latemperatura de condensacin conocemos las entalpas de los siguientes puntos:

kg/kJ43.386hhh 643 === kg/kJ46.1422h5 = kg/kJ80.1464hh 87 ==

Realizando balances de energa en ambos evaporadores podemos obtener loscaudales que circula por cada uno de ellos:

( )( ) ( )

s/kg1737.0kg/kJ43.38646.1422

kW180hh

qm;hhmq

45

fBRB45RBfB =

=

== &&

1

2

4

3

p

(kPa)

7

85

6

Condensador

Evaporadorde baja

4

3

Evaporadorde alta

6

7

Rm& RBm&


Si buscamos en el diagrama el punto 1 y seguimos su lnea de entropa constantehasta la presin de descarga tendremos: kg/kJ5.1862h2 =


82/241

El trabajo de compresin ser:( ) ( ) kW217.150kg/kJ3.14445.1862s/kg3592.0hhmP 12Rc === &

El coeficiente de eficiencia energtica del ciclo:

5297.2kw217.150kw180200

Pqq

COPc

fBfA =+

=+

=

2) Para el segundo sistema, el diagrama P-h ser el que se muestra acontinuacin:

8

1 2

3 4

567

Evaporadorde baja

Evaporadorde alta

Condensador

RBm& RAm&

RCm&

5

P

(kPa) 4

2367


Realizando un balance de energa en cada uno de los evaporadores obtenemos


83/241

( )( ) ( )

s/kg1495.0kg/kJ3.21846.1422

kW180hh

qm;hhmq81

fBRB81RBfB =

=

== &&

( )( ) ( )

s/kg1855.0kg/kJ43.3868.1464

kW200hh

qm;hhmq

63

fARA63RAfA =

=

== &&

Realizando un balance de energa sobre el enfriador intermedio:

( ) ( ) 3RARC7RB6RARC2RB hmmhmhmmhm&&&&&&

+=+

Despejando el caudal de refrigerante por el compresor de alta:

( )( )

( ) ( )( )8.146443.386

8.146443.3861855.004.16173.2181495.0hh

hhmhmhmm

36

36RA2RB7RBRC

+=

+

=&&&

&

s/kg3794.0mRC =&

El trabajo de compresin ser:( ) ( ) ( ) ( )8.14640.16273794.046.142204.16171495.0hhmhhmP 34RC12RBc +=+= &&

kW628.90Pc =

El coeficiente de eficiencia energtica del ciclo:

193.4kw628.90kw180200

Pqq

COPc

fBfA =+

=+

=


Problema 5


84/241


Un ciclo estndar de compresin mecnica simple utiliza R-22 como refrigerante. Lacapacidad frigorfica del evaporador es 180 kW a una temperatura de -30C. La presin decondensacin del refrigerante es 1533,52 kPa. Ms tarde el ciclo es revisado para funcionarcon los mismos parmetros pero siguiendo los esquemas (A) y (B), en ambos casos lapresin del deposito intermedio es 497.59 kPa.

Calcular la potencia de compresin necesaria y el COP para el ciclo simple y para las dosconfiguraciones de ciclo compresin mltiple propuestas:

Nota: Suponer que no existen prdidas de presin en los elementos del ciclo, que no existerecalentamientos, ni subenfriamientos en los evaporadores y condensadores y que loscompresores son ideales.

1

2

7

Condensador

3

4

5

6

Eva orador

(A)

1

2

9

Condensador

3

4

6

7

Eva orador

5

8

(B)


Entalpas: kg/kJ15.393h1 = kg/kJ67.249hh 43 ==

)

Compresor


85/241

S el compresor es ideal la entalpa del punto 2 ser: Kkg/kJ8034.1ss 21 == kg/kJ451h2 =


( )( )

s/kg2545.1kg/kJ67.24915.393

kW180hh

qm;hhmq41

fR41Rf =

=

== &&

Trabajo de compresin:( ) ( ) kW573.72kg/kJ15.393451s/kg2545.1hhmP 12Rc === &

Coeficiente de eficiencia energtica: 480.2

kW573.72

kW180

P

qCOP

c

f ===

Ciclo (A):

Condensador

3

4

5

p

(kPa)

4

1

2

4

3

p

(kPa

4

1 2

3

Condensador

Evaporador

Vlvula deexpansinh (kJ/kg)


La presin de intermedia a la opera el depsito es kPa59.497pint = quecorresponde con una temperatura de cambio de fase de C0tint =


86/241

Las entalpas de los nuevos puntos, suponiendo los procesos de compresinisentrpicos son las siguientes kg/kJ95.419h2 = kg/kJ37.405h3 =

kg/kJ43.433h4 =

Realizando un balance de energa sobre el evaporador obtenemos el caudal quecircula por el mismo, y por el compresor de baja presin. Como el salto de entalpaes el mismo que en el caso del ciclo simple y demandamos la misma potenciafrigorfica, el caudal debe ser el mismo

( ) s/kg2545.1m;hhmq B,R81B,Rf ==&& .

Realizando un balance de energa en el depsito intermedio obtenemos el caudalque circula por el compresor de alta:

( )

s/kg372.1kg/kJ67.24937.405kg/kJ67.24995.419

s/kg2545.1hhhh

mm

;hmhmmhm

63

62B,RA,R

3A,R6B,RA,R2B,R

=

=

=

=+

&&

&&&&

Por tanto, el trabajo de compresin ser:

( ) ( )

( ) ( ) kW119.72kg/kJ37.40543.433s/kg372.1kg/kJ15.39395.419s/kg2545.1P

hhmhhmP

c

34A,R12B,Rc

=+=

+= &&


kW180Pq

COPc

f ===

Ciclo (B):

6p

(kP

a)

4 2

37

Condensador

3

4

5

5

8


87/241


Problema 6


88/241

Ciclo simple de compresin mecnica (compresores alternativos)Se necesita evacuar 150.000 kcal/h de cierta cmara frigorfica, para lo que se decideinstalar un sistema de produccin de fro por compresin mecnica. La temperatura de lacmara no puede superar los 3C y el la diferencia de temperaturas a la entrada delevaporador se estima en 7C. Se dispone de un gran caudal de agua de pozo a 15C quepiensa utilizarse como agente condensante. El fluido frigorgeno empleado es R-134a.

Para el funcionamiento de dicha instalacin se adquiri un compresor alternativo de 2.250cm de cilindrada, el cual aspira vapor con un recalentamiento en la tubera de aspiracin de10C. Este compresor gira a 850 r.p.m. y su rendimiento volumtrico es de 0,8 para unarelacin de compresin de 3,3.

Calcular:

El grado de subenfriamiento del fluido condensado para que pueda funcionar la

instalacin con este compresor y si es posible su realizacin.

Nota: Considerar un salto mximo admisible en el agua de pozo de 5C y un salto mnimode temperaturas en el condensador (entre fluido refrigerante y agua de pozo) de 5C.

Solucin:

a. Clculo del grado de subenfriamiento

La temperatura del aire en la cmara debe ser inferior a 3C, por lo tanto

Compresor

1 2

Evaporador

Condensador

ent,ww tm&

ent,aa tm& sal,at


En cuanto al condensador la temperatura de entrada al condensador del agua depozo es de 15C, el salto mximo en esta agua es de 5C luego la temperatura del

l lid d l d d C20515t salw l t t d


89/241

agua a la salida del condensador ser, C20515t sal,w =+= y la temperatura decondensacin 5C por encima de la temperatura ms alta alcanzada en elcondensador:

C25520ttt;C5ttt sal,wcondsal,wcond =+=+===

Con estos datos intentaremos dibujar el ciclo sobre un diagrama p-h de R-134a,aunque desconocemos las entalpas de los puntos 3 y 4, ya que estas dependen del

grado de subenfriamiento que es nuestra incgnita. El punto 1 (entrada alcompresor) se encuentra a la presin de evaporacin y sobre la isoterma de 0C (-10C + 10C).

Los valores de las entalpas de los diferentes puntos son:

kg/kJ05.400h1 = kg/kJ32.391h5 = kg/kJ98.425h2 = kg/kJ?hh 43 ==

kg/m10397.0v1 =

La potencia frigorfica que debe suministrar este sistema es de 150000 kcal/h =174.42 kW.

Con los datos fsicos del compresor podemos calcular el desplazamiento volumtrico

1

2

4

h (kJ/kg)

p

(kPa)

3

5

-10C

25C


Siendo el volumen especfico sobre el punto 1 kg/m10397.0v1 = , tendremos uncaudal msico:

s/m02550V&


90/241

s/kg245.0kg/m10397.0s/m0255.0

vVm

1

1RR ===&

La potencia frigorfica sobre el evaporador es:

( )45Rf hhmq = & ;

despejando: 6.320s/kg245.0 kW42.174kg/kJ32.391mqhh Rf54 === & imposible sera

necesario subenfriar el lquido a menos cientos de grados.


Problema 7

Ciclo simple de compresin mecnica (compresores alternativos)


91/241

Ciclo simple de compresin mecnica (compresores alternativos)

Los datos de catlogo de un compresor son los siguientes:

Refrigerante: R-22Nmero de cilindros: 6

Velocidad de giro: 1740 r.p.m.Dimetro del cilindro: 67 mm

Carrera: 57 mmPorcentaje de espacio muerto: 4.8 %

Para las siguientes condiciones de operacin:Temperatura de evaporacin: 5CTemperatura de condensacin: 50CSubenfriamiento del lquido: 3CRecale

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