REFRIGERACION

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER

EXPOSITORES:

CHECYA ALATA DENNIS - RODRIGUEZ QUISPE JULIO

DE LA CRUZ MEZA ADDERLY - SANTANA BAUTISTA EFRAIN

PONCE GUTIERREZ VICTOR

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA

ASIGNATURA

REFRIGERACIN Y AIRE ACONDICIONADO

CICLO DE REFRIGERACION

TEMA

Dr. ING. HUATUCO GONZALES, Mario

CATEDRTICO

CICLO DE REFRIGERACION

COMPRESOR

1.- INTRODUCCION

El campo de la refrigeracin incluye los refrigeradores domsticos, la congelacin de carnes, frutas y legumbres, enfriamiento de locales, fabricacin de hielo, procesos industriales y plantas criognicas, por mencionar slo algunas. Para lograr esto, lo que se hace es un proceso mediante el cual un dispositivo retira energa de un depsito de temperatura baja para llevarlo a un depsito de temperatura alta, sin embargo, de acuerdo con la segunda ley de la termodinmica, esto es imposible de lograr a menos que se utilice trabajo.

CICLO DE CARNOT

2.- MARCO TEORICO

La utilizacin del fro es un proceso conocido ya desde muy antiguo; en el siglo XII los chinos utilizaban mezclas de salitre con el fin de enfriar agua; en los siglos XVI y XVII, investigadores y autores como Boyle, Faraday (con sus experimentos sobre la vaporizacin del amonaco) etc, hacen los primeros intentos prcticos de produccin de fro.

En 1834, Perkins desarrolla su patente de mquina frigorfica de compresin de ter y en 1835 Thilorier fabrica nieve carbnica por expansin, Pictet desarrolla una mquina de compresin de anhdrido sulfuroso, Linde otra de amonaco, Linde y Windhausen la de anhdrido carbnico, Vincent la de cloruro de metilo, etc. Desde el punto de vista de sus aplicaciones, la tcnica del fro reviste un gran inters dentro de la evolucin industrial a que obliga el continuo alza de la vida. La refrigeracin tiene un amplsimo campo en lo que respecta a la conservacin de alimentos (Barcos congeladores de pescado en alta mar, plantas refrigeradoras de carnes y verduras), productos farmacuticos y materias para la industria (Plantas productoras de hielo, unidades de transporte de productos congelados, barcos, aviones, trenes, camiones,

etc),

3.-TCNICAS Y SISTEMAS DE PRODUCCIN DE FRO

3.1.- SISTEMAS BASADOS EN EL CAMBIO DE ESTADO DE UNA SUSTANCIA.-

En estos sistemas interviene el calor latente del cambio de estado y se puede hacer la siguiente subdivisin:

Por fusin, en que la produccin de fro, o lo que es lo mismo, la sustraccin de calor a la carga a refrigerar, se utiliza para pasar a una sustancia del estado slido al de lquido.

- Por sublimacin, en que el paso se efecta de slido a gas mediante la adicin de calor, siendo el ejemplo ms representativo el anhdrido carbnico, para la produccin de nieve carbnica.

- Por vaporizacin, en donde se engloban todos los procesos en los que un lquido pasa a fase de vapor

al suministrrsele una cierta cantidad de calor, pudindose distinguir dos casos,

Algunas mquinas frigorficas se pueden clasificar, segn este sistema recogida de vapores, en la siguiente forma:

Mquinas de absorcin, en las que los vapores que se forman aadiendo calor al sistema, son absorbidos y recuperados mediante un absorbente lquido.

Mquinas de compresin, en las que los vapores son aspirados y comprimidos mediante un compresor y licuados en un condensador; los compresores pueden ser de mbolo o rotativos, con o sin refrigeracin intermedia. Los equipos frigorficos a base de compresores de mbolos y funcionamiento automtico,

son los que se utilizan casi exclusivamente en los frigorficos industriales.

Mquinas de eyeccin, en las que los vapores son arrastrados por el efecto Venturi que genera el paso de otro fluido a gran velocidad. Sistemas basados en la expansin adiabtica.

3.2 SISTEMAS BASADOS EN LA EXPANSIN ADIABTICA DE UN FLUIDO GASEOSO.-

En estos sistemas se consigue el enfriamiento del mismo, mediante dos tipos de mquinas,

a) Para la produccin de aire lquido, (efecto Joule-Thomson)

b) Las mquinas refrigeradoras de aire, en las que el aire comprimido al expansionarse en un expansor (turbina o cilindro de trabajo), se enfra, realizando al mismo tiempo un trabajo, que puede ser aprovechado

para la compresin del aire.

4.- CICLO DE REFRIGERACIN

El funcionamiento del sistema se determina examinando su ciclo termodinmico. Este ciclo termodinmico est representado por la serie completa de procesos o cambios fsicos que experimenta el refrigerante en el sistema. En cada componente del equipo de la planta, cambian algunas de las propiedades fsicas del refrigerante; esto es, cambian las condiciones. Estos cambios se conocen con el nombre de procesos. Debido a que el refrigerante circula en un circuito cerrado, a la serie de cambios se le llama ciclos. Esto es, cuando el refrigerante retorna al mismo lugar en el sistema, recobra tambin la misma condicin fsica. A esta situacin se le aplica el nombre de operacin de estado uniforme.

4.1.- CICLO DE COMPRESIN DE VAPOR DE CARNOT

Por carecer de irreversibilidades, tericamente se pueden realizar de forma

reversible un conjunto de procesos termodinmicos que a partir del trabajo

de Carnot permiten extraer la misma cantidad de calor del foco fro que en el

motor trmico es cedido y devolver al foco caliente el calor que en el motor

haba sido extrado. El conjunto de mquinas de fluidos que permiten invertir

de forma reversible el ciclo del motor trmico constituyen la mquina

frigorfica de Carnot. Una mquina frigorfica es un conjunto de mquinas de fluidos que permiten extraer calor de un foco fro y ceder calor a un ciclo caliente consumiendo una cantidad neta de trabajo.

4.2 .- PARTES DEL CICLO FRIGORIFICO

El refrigerante circula en una instalacin frigorfica

de compresin en un ciclo cerrado con las siguientes

cuatro estaciones:

Evaporacin A

Compresin B

Condensacin C

Expansin D

4.3.- PROCESO DEL CICLO DE REFRIGERACIN

COMPRESOR: Una mquina generadora comprime el fluido de manera isoentrpica consumiendo trabajo y consiguiendo pasar el fluido desde la presin baja a la presin alta del ciclo. En el ciclo de Carnot el compresor trabaja en rgimen hmedo.

CONDESADOR: El fluido a alta presin es enfriado sin prdida de presin contra el foco caliente que se encuentra a la misma temperatura que el fluido de refrigeracin (TC). El calor cedido (Qc) provoca que el refrigerante pase de fase vapor a fase lquida sin irreversibilidades mecnicas ni trmicas.

EXPANSOR: Una mquina motora expande isotrpicamente el fluido extrayendo trabajo y bajando el nivel de presin desde la presin alta a la presin baja.

EVAPORADOR: El fluido refrigerante a baja presin es calentado desde el foco fro de manera reversible (sin salto de temperatura con le foco fro (TF) y sin prdida de presin) absorbiendo del foco fro el calor del ciclo (Qe) para cambiar a fase vapor.

4.4 .- CICLO DE COMPRESION DE VAPOR IDEAL.El compresor tiene dos funciones en el ciclo de refrigeracin por compresin. En primer lugar succiona el vapor refrigerante y reduce la presin en el evaporador a un punto en el que puede ser mantenida la temperatura de evaporacin deseada. En segundo lugar, el compresor eleva la presin del vapor refrigerante a un nivel lo suficientemente alto, de modo que la temperatura de saturacin sea superior a la del medio de enfriamiento disponible para la condensacin del vapor refrigerante

4.5.- CICLO DE COMPRESION DE VAPOR REALEn los ciclos reales de refrigeracin - eso lo experimentarn cuando lleven sus prcticas o en el laboratorio- nos daremos cuenta que en realidad los sistemas no son isobricos; por lo que tendremos cadas de presin a travs de los tubos de los condensadores como en los evaporadores.Asimismo, en el caso de los compresores, algunos de estos no tienen por qu ser adiabticos, por lo que en algunos casos su entropa puede disminuir. Pero ese calor calentar el ambiente y entonces la entropa del ambiente tiene que subir en mayor proporcin para que SIEMPRE la entropa aumente (Segunda Ley ).

4.6.- CICLO REAL Y IDEAL EN EL DIAGRAMA (T-S)

5.- CALIDAD DE LA MEZCLA

Se observar que la ubicacin del punto B en el diagrama p h, confirma que parte del refrigerante se ha evaporado en el proceso de expansin. Este vapor se conoce como el gas de vaporizacin sbita. El porcentaje de masa de gas de vaporizacin sbita se conoce como la calidad de la mezcla.

6.- COMPRESOR

En el proceso ideal de compresin no existe intercambio de calor entre el refrigerante y el medio circundante (llamado un proceso adiabtico); adems, no

existe friccin. Se puede demostrar que en un proceso adiabtico sin friccin, no

hay cambio en la entropa del gas, cuando ste se comprime. Un proceso a entropa constante, tambin se le conoce como un proceso isotrpico Dada la dificultad de extraer toda la carga de fluido frigorfero en estos compresores, particularmente en los centrfugos, lo que se hace es aadir un porcentaje de vapor saturado seco a la presin intermedia, para provocar su enfriamiento en un estado intermedio de la compresin; la mezcla de estos vapores da lugar a un vapor intermedio menos recalentado que los de mezcla.

2.CLASIFICACION DE LOS COMPRESORES

6.1.- CALOR DE COMPRESION Y EL TRABAJO DE COMPRESION .-

Cuando se comprime el refrigerante, aumenta su presin, temperatura y su entalpa. El calor de compresin ( C. C. ) se define como el aumento de la entalpa del refrigerante, como resultado de la compresin.

6.2.- POTENCIA TEORICA REQUERIDA POR EL COMPRESOR

Generalmente conviene ms determinar la cantidad de potencia necesaria para accionar el compresor, que determinar el trabajo requerido. Esta potencia se puede hallar a partir del trabajo de compresin y de flujo msico, utilizando la siguiente ecuacin:

6.3 .- DESPLAZAMIENTO TEORICO REQUERIDO POR EL COMPRESOR

Una vez que se ha determinado el flujo msico del refrigerante, se puede calcular el flujo volumtrico. Este flujo volumtrico vara, dependiendo del punto en el sistema donde se determine, puesto que el volumen especfico del refrigerante vara tambin. Por lo general, el flujo volumtrico se calcula a la entrada de la

succin del compresor.

7.- CLASIFICACION DE COMPRESORES

7.1.- CLASIFICACION EN FUNCION DE LA FORMA DE LA COMPRESOR

Potencia de 5 a 800 kW

Simple y doble efecto

En lnea, radiales, en V, W

1450 - 2900 rpm

Caudales > 1500 m3/h: varios compresores

Parcializacin por etapas

7.1.1.- COMPRESORES ALTERNATIVOS

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Compresor alternativo

7.1.2. COMPRESORES ROTATIVOS DE PALETA Y EXCNTRICA

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Compresor rotativo

7.1.3 . COMPRESORES ROTATIVOS DE ESPIRAL (SCROLL)

Potencia de 5 a 40 kW

Bajo nivel sonoro

1450 rpm

Parcializacin mltiples

compresores

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Compresor tipo scroll

7.1.4. - COMPRESORES ROTATIVOS DE TORNILLO (SCREW)

Potencia de 100 a 1000 kW (Mx. 4000 kW)

1450 -10000 rpm

Lubricacin muy importante

Parcializacin continua

hasta 10% o por etapas

8.- COMPORTAMIENTO DE COMPRESORES ALTERNATIVOS

Carrera descendente:

Proceso d-a: Reexpansin del gas en el interior del cilindro.

Proceso a-b: Aspiracin o admisin de refrigerante.

Carrera Ascendente:

Proceso b-c: Compresin

Proceso c-d: Descarga de refrigerante

8.1- PARMETROS FUNDAMENTALES

8.2.- PARAMETROS FUNDAMENTALES EN EL COMPRESOR

CONDENSADOR

1) Definicin

El condensador es un intercambiador donde se transmite al medio secundario (agua o aire) el calor de los vapores de refrigerante que proviene del compresor, all el refrigerante se licuara, durante este paso se produce un cambio de estado (vapor a lquido), este proceso se denomina disminucin de calor latente, una vez que hemos finalizado el cambio de estado, estaremos an dentro del condensador y como el refrigerante ser liquido 100% sufriremos un variacin de calor sensible donde obtendremos un sub_ enfriamiento.

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CONDENSADOR

2) Funcin del condensador

Equipo cuya funcin es la de retirar el calor que posee el refrigerante que sale de la descarga del compresor, para luego transportar el refrigerante liquido hacia la vlvula de expansin.

Reciben el vapor recalentado proveniente del compresor y deben ser capaces de eliminar el recalentamiento y efectuar la condensacin.

Son los equipos encargados de transferir al ambiente el calor absorbido en el evaporador y en la etapa de compresin

El refrigerante que circula por su interior pasa de estado gaseoso a liquido.

En conclusin podemos decir que: en una MQUINA FRIGORIFICA, el condensador tiene por objetivo la disipacin del calor absorbido en el evaporador y de la energa delcompresor.

3) Funcionamiento

Al producirse el contacto del gas refrigerante con las paredes del condensador que se halla a una temperatura muy inferior a la del gas, comienza este a perder calor que pasa al ambiente provocndose la condensacin del gas.

En el interior del condensador el gas refrigerante pierde el calor que absorbi durante el proceso de su evaporacin desde el espacio a enfriar, as como tambin hace entrega del calor absorbido durante su circulacin a travs de la lnea de retorno al compresor y el calor absorbido durante el fenmeno de compresin en el interior del compresor.

Debido a esta entrega o prdida de calor y a la elevada presin a que se lo somete, el gas se condensa y constituye una fuente de agente refrigerante en estado lquido en condiciones de ser entregado repetidamente en el interior de un equipo de refrigeracin, produciendo en consecuencia el efecto de enfriamiento buscado.

En realidad el fenmeno o proceso de condensacin no se realiza en forma uniforme a todo lo largo del condensador ni finaliza exactamente a la salida de este.

Durante el proceso, tal como se ver en la Figura (a) existe vapor caliente a alta presin en una parte del condensador y lquido caliente a alta presin en el principio del serpentn.

4)Tipos de condensadores

Los tipos de condensadores ms corrientes, segn la forma de disipacin del calor y del medio utilizado, son:

a) Condensador por Aire, de circulacin natural o forzada, en el que es disipado directamente al aire por transferencia del calor sensible.

b) Condensador por Agua de Doble Tubo a Contracorriente, o Multitubulares, en los que el calor sensible es transferido por agua. Esta agua puede ser recuperada y recirculada al condensador despus de ser enfriada mediante cesin de calor sensible y latente en una torre de enfriamiento.

c) Condensadores Evaporativos, con la utilizacin de serpentines de rociado simple o a contracorriente para disipar el calor en el aire por transferencia sensible y latente.

Tngase presente que el calor de evaporacin medio del agua (calor latente de evaporacin) es de unas 600 kcal/ kg, es decir,cada kg de agua evaporada absorbe 600 kcal. Con lo cual el consumo de agua se reduce muchsimo en relacin a otros condensadores que slo usen calor sensible.

El aire, por ejemplo, tiene un valor medio de calor especfico de 0,24 kcal/ (kg. C) seco, es decir,absorbe solamente 0,24 kcal por cada kgy variacin de 1 C.

a) Condensadores por aire

el calor especfico del aire seco o con ciertos valores de humedad relativa, que se encuentra disponible para enfriar el refrigerante, es relativamente bajo.

Este aspecto, aadido a que el coeficiente de transmisin trmica entre el aire y un vapor condensante, como es el refrigerante procedente del compresor, es tambin pequeo, hace que los caudales de aire que hay que mover para producir la condensacin a una determinada temperatura sean importantes.

Esta sera una razn que limitara en principio la aplicacin de condensadores por aire a potencias frigorficas no excesivamente grandes.

No obstante, y debido a la escasez cada vez mayor y por tanto a las restricciones en el consumo de agua, as como su precio, han proliferado las mquinas frigorficas que utilizan el aire en la condensacin.

Modo de funcionamiento:

Generalmente, el aire se hace circular de manera forzada, orientndolo o canalizndolo sobre el conjunto de tubos aleteados mediante electro-ventiladores. La gama de potencias resulta muy amplia, desde pocos miles hasta ms de 300.000 kcal/h, siendo la velocidad del aire del orden de 2 a 6 m/s aproximadamente.

b) Condensadores Por Agua

Inicialmente era clsica la utilizacin del condensador de doble tubo a contracorriente, consistente en dos tubos de distinto dimetro colocados concntricos; el refrigerante circula por el espacio que definen los dos tubos, y el agua por el conducto interior en sentido contrario. Pueden conseguirse valores globales de coeficiente de transmisin de calor relativamente altos, del orden de 600-700 kcal/ (h. m2. C), o ms.

Se instalan tambin como intercambiadores de calor para conseguir un subenfriamiento adecuado.

Una manera perfeccionada, basada en el mismo principio, es la utilizacin de varios tubos colocados vertical u horizontalmente. Los dimetros y la colocacin de los tubos varan entre unos valores que en la actualidad son prcticamente estandarizados.

Conviene aumentar al mximo la superficie de intercambio, cosa que se consigue incorporando aletas de refrigeracin a los tubos, con lo cual se logra disminuir el tamao total.

El consumo de agua suele ser mayor en los condensadores verticales que en los horizontalesy, por lo general, tambin suelen ser de mayor costo, hay que tener cuidado con los tipos de agua (dureza) que se utilizan para evitara posibles incrustaciones.

c) Condensadores Evaporativos

Cuando el gasto de agua sea un factor importante, por su escasez o por su costo, pueden emplearse este tipo de condensadores.Su consumo oscila alrededor del 10% o menos de agua de condensacin de la que sera necesaria en un condensador multitubular del tipo horizontal.

Se compone de ventilador, unido mediante correas a un motor elctrico, serpentn de condensacin, motobomba y filtro de agua, distribuidor y otros accesorios necesarios para su funcionamiento.

Hay que tener en cuenta que con este sistema la temperatura de condensacin es ms elevada y eso afecta al rendimiento del compresor.

Se emplea tanto aire como agua, sale por la parte superior.

El agua al salir de las boquillas cae sobre el condensador y le extrae el calor a los tubos por donde circula el refrigerante condensndolo.

Parte de esa agua se evapora, de donde grandes cantidades de aire son movidas por uno o ms ventiladores y le extraen calor al vapor de agua el cual se condensa y cae sobre el depsito para volver a ser utilizada.

5) Proceso de condensacin

Durante el proceso, tal como se ver en la Figura, existe vapor caliente a alta presin en una parte del condensador y lquido caliente a alta presin en la otra.

Diagrama P vs h

Por medio de los diagramas Presin/entalpa es posible trazar ciclos frigorficos de compresin de diversa naturaleza, determinar capacidad y seleccin detallada de los componentes y la potencia total del sistema.

D

A

B

C

Transformacin D-A : el fluido se vaporiza . En punto D tenemos un vapor hmedo con un ttulo menor que en A. Para realizar este proceso se requerir un evaporador. En este proceso se absorbe la cantidad de calor Q2.

Transformacin A-B: es una compresin adiabtica. El fluido aumenta su temperatura porque aumenta su presin.

Transformacin B-C: condensacin. El fluido pasa de vapor saturado en B a lquido saturado en C, a igual temperatura y presin. Para realizarla se requerir un condensador y el fluido entregar la cantidad de calor Q1 a la fuente de temperatura T1

Transformacin C-D. es una expansin adiabtica reversible, durante la cual el fluido al disminuir la presin se evapora parcialmente y disminuye su temperatura, quedando finalmente como vapor hmedo en el estado 1.

Un compresor accionado por un motor aumentara la presin del fluido desde p2 a p1, segn la transformacin (AB), alcanzndose la temperatura T1; esta compresin sera seguida de una condensacin isoterma (BC) en la que el calor q1 es evacuado al foco trmico caliente; el agua fra del condensador juega el papel de foco caliente de la mquina frigorfica, circulando en contracorriente con el fluido que viene del compresor y absorbiendo el calor q1.

viene del compresor y absorbiendo el calor q1. El fluido una vez licuado se expansiona isentrpicamente en un expansor (CD), disminuyendo su presin y temperatura, con lo que se vaporiza parcialmente, llegando en estas condiciones al evaporador, estado D, inicindose la vaporizacin isoterma (DA), durante la cual el calor q2 puede ser absorbido del recinto a enfriar, o de una disolucin de ClNa (salmuera), que circulara en contracorriente con el vapor a una temperatura Tr mayor que T2. Esta sustancia se puede enfriar hasta - 15C sin congelar, actuando como fuente fra; la salmuera as refrigerada circulara por conducciones apropiadas para la refrigeracin de otro sistema.

La parte evaporada del fluido condensable vuelve al compresor, inicindose de nuevo el ciclo.

El coeficiente de efecto frigorfico viene dado, como sabemos, por:

El fluido que recorre el ciclo debe licuar fcilmente, por lo que su temperatura crtica tiene que ser superior a las temperaturas mximas de funcionamiento del fluido.

E l calor cedido al foco caliente es (condensacin):

VALVULAS DE EXPANSION

DEFINICION:

Las vlvulas de expansin termostticas son desarrolladas para regular la inyeccin de refrigerante lquido a los evaporadores. Esta inyeccin de refrigerante estar siempre regulada por un elemento termosttico que est situado en la parte superior de la vlvula de expansin la cual es controlada en funcin del recalentamiento del refrigerante.

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Valvula de expansion

Existe una gran variedad de vlvulas de expansin termostticas, ej.: R-22, R 404-A, R-717 (amoniaco).

En todas ellas el objetivo es entregar la mxima eficiencia del evaporador con un sobrecalentamiento adecuado.

DESCRIPCION:

consta de un elemento termosttico (1) separado del cuerpo por medio de una membrana, el elemento termosttico est en contacto con el bulbo (2) a travs de un tubo capilar, un cuerpo con un asiento y orificio (3) y un muelle o resorte.

TIPOS DE VALVULA DE EXPANSIN:

Manual; en la que la regulacin se realiza mediante untornillo. En este tipo devlvulasel sobrecalentamiento no depende de la temperatura deevaporacindel refrigerante en su estadogaseoso, sino que es fijo.

Termosttica; denominadaVETo TXV, la cual acta por medio de un elemento de expansin controlado por unbulbo sensor, el cual regula el flujo del refrigerante lquido a travs del orificio de la VET

Termosttica con compensacin de presin externa; denominadaVETX, es una derivacin de la VET para equipos medianos o grandes o que trabajen a altaspresiones y variaciones decarga trmica. Adems estas deben ser utilizadas en sistemas donde el evaporador tiene varios circuitos, y/o est acoplado a undistribuidor de refrigerante.

Electrnica o electromecnica; trabaja mediante un control electrnico, en el cual sensores de temperatura envan seales a unCI(circuito integrado) y ste mediante esos datos mantiene un sobrecalentamiento dentro de los parmetros permitidos para el funcionamiento del equipo.

Automtica; la que mantiene una presin constante en elevaporador inundadoalimentando una mayor o menor cantidad de flujo a la superficie del evaporador, en respuesta a los cambios decarga trmicaque se tengan en el mismo.

FUNCIONAMIENTO:

P1: la presin del bulbo que acta en la parte superior de la membrana y en direccin de apertura de la vlvula.

P2: la presin del evaporador, que influye en la parte inferior de la membrana y en la direccin de cierre de la vlvula.

P3: la fuerza del resorte, que influye en la parte inferior de la membrana y la nica variable que es controlable por parte del tcnico.

CMO SELECCIONAR LA VLVULA DE EXPANSIN

Los siguientes datos son importantes para la seleccin de la vlvula de expansin:

Cada de presin a travs de la vlvula

Igualacin de presin interna o externa

Refrigerante

Capacidad del evaporador

Presin de evaporacin

Presin de condensacin

INSTALACIN

La mejor posicin de montaje del bulbo es en una tubera de aspiracin horizontal, en una posicin entre la una y las cuatro de las agujas del reloj.

La ubicacin depende del dimetro exterior de la tubera.

NOTA:

El bulbo no deber montarse nunca en la parte baja de una tubera de succin, debido a la posibilidad de que la existencia de aceite en el fondo de la tubera produzca seales falsas.

El bulbo debe poder medir la temperatura del vapor de succin recalentado y, por lo tanto, no debe situarse de manera que est sometido a fuentes extraas de calor/fro.

Si el bulbo est sometido a corrientes de aire caliente, se recomienda su aislamiento.

El bulbo no debe montarse detrs de un intercambiador de calor, ya que en esta posicin dar seales falsas a la vlvula de expansin.

MODELO DE LA VLVULA DE EXPANSIN (TN2)

La vlvula de expansin termosttica es modelada como un orificio a travs del cual se expande el refrigerante desde la presin de condensacin hasta la presin de evaporacin.

El flujo a travs de este componente puede ser obtenido mediante la ecuacin.

El coeficiente de flujo Cv depende del grado de apertura de la vlvula, tomando un valor mximo cuando la vlvula est totalmente abierta.

El parmetro Ao se conoce como el rea de vena contracta. Ambas variables, Ao y Cv , son de difcil evaluacin por separado.

Debido a esto, se define un nuevo parmetro, que involucra estas dos variables, llamado constante caracterstica KA[m2 ].

EVAPORADOR

DEFINICION

Es un lugar de la instalacin donde se produce el intercambio entre el refrigerante y el medio a enfriar; es el encargado de absorber el calor de los alimentos, aire u otros fluidos para despus pasrselo al refrigerante que entra en estado liquido evaporndose en el proceso debido a la absorcin de calor.

Se debe asegurar que la temperatura del refrigerante, en especial de saturacin o evaporizacin en este caso, este por debajo o inferior de la temperatura del recinto, esto con el fin que el refrigerante pueda absorber el calor del recinto. Para poder evaporar ha de haber 7C a 10C de t entre la temperatura de evaporacin o saturacin a la presin dada debe ser menor de 7C a 10C con relacin a la temperatura del recinto o espacio refrigerado.

Para que esto ocurra

t o DT= temperatura reciento /espacio refrigerado- Temperatura saturacin a presin de baja o de evaporacin.

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EVAPORADOR

clasificacin

En funcin del estado de fluido a la salida

En funcin del fluido a enfriar

Secos:

El refrigerante abandona el equipo en estado de vapor recalentado.

Inundados:

El compresor se conecta en la pared superior, tomando el vapor a saturacin, dad su coexistencia con fase liquida

De aire:

Conveccin natural (estticos)

Conveccin forzada

De liquido

En los evaporadores inundados la transmisin de calor es uniforme, en los secos es una mezcla de gas y liquido pulverizado. La cantidad de calor que absorbe el evaporador depende de la superficie de temperatura (entre el exterior y la temperatura de evaporacin) y el coeficiente de transmisin de calor (K) que es el material que empleamos.

Q

= superficie(m2)

Q= Cantidad de calor (W, Kcal)

recalentamientos

En refrigeracin ocurren dos tipos de recalentamiento muy especiales:

A) RECALENTAMIENTO TIL O SOBRECALENTAMIENTO DEL EVAPORADOR

Es el que se da en el evaporador, se le llama til, debido a que despus que se ha evaporado completamente el refrigerante, el reciento le agrega calor a este refrigerante en vapor saturado recalentando e incrementando su temperatura. Un recalentamiento til se considera bueno cuando esta entre los 5C y los 8C

RECALENTAMIENTO TIL= temperatura a la salida del evaporador temperatura de evaporacin.

En los casos en que este recalentamiento sea alto es debido a:

Demasiada carga trmica en el recinto.

Evaporador pequeo

Poco flujo de refrigerante por el sistema.

B) RECALENTAMIENTO INTIL, AMBIENTAL O DE SUCCIN.

Cuando el refrigerante sale del recinto por las tuberas de succin, este mismo esta a temperaturas bajas, al salir del ambiente le agrega un calor extra, lo que influye en un aumento de su temperatura, que adems de incrementar su volumen especifico, disminuye la eficiencia volumtrica del compresor. Por esta razn estas tuberas se aslan trmicamente. Un recalentamiento intil se considera bueno cuando esta entre los 5C y los 12C

RECALENTAMIENTO INTIL= temperatura a la entrada del compresor temperatura salida del evaporacin.

En los casos en que este recalentamiento sea alto es debido a:

Tubera de succin sin aislamientos

Tuberas de succin ubicados cerca de fuentes de calor.

b) Recalentamiento total

RECALENTAMIENTO TOTAL

REACALENTAMIENTO UTIL

RECALENTAMIENTO INUTIL

RECALENTAMIENTO TOTAL= Temperatura a la entrada del compresor temperatura de evaporacin.

Un recalentamiento total se considera bueno cuando esta entre los 8C y los 20C

=

+

La ventaja de un buen recalentamientoElimina la posibilidad de la llegada de refrigerante liquido al compresor. Entre las desventajas de un alto recalentamiento Incrementar la temperatura de descarga del compresorReduce la eficiencia volumtrica del compresorReduce el subenfriamiento del sistemaPuede incrementar la presin de alta del sistemaPuede incrementar el consumo elctrico del compresorPuede afectar las condiciones del lubricante del compresor

Influencia del cambio de presin de succin en la evaporacin

En la figura se muestra tres presiones diferentes de operacin de baja, en su orden de mayor a menor. P1,P2 y P3. la capacidad del evaporador es la cantidad de calor que el mismo es capaz de absorber del medio y pasrselo al refrigerante. Si aumentamos la temperatura de evaporacin, el evaporador deber ser mas grande y si disminuimos la temperatura de evaporacin, podr ser mas pequeo. Tambin nos modifica la capacidad del compresor. Cuanto mas alta sea la temperatura de evaporacin, mas pequeo deber ser el compresor y mientras mas baja sea la temperatura de evaporacin, mas grande deber ser la potencia frigorfica del compresor

Influencia de factores externos que afectan la transferencia de calor en el rendimiento del evaporador

El problema de todos los evaporadores, al igual que los condensadores, es la suciedad que se acumula que hace de aislante impidiendo que absorba el calor, hay que agregar tambin cuando se congela que tiene tambin un efecto parecido al de la suciedad, afectando la transferencia de calor.

En un ciclo normal, el vapor del evaporador sale del mismo con un recalentamiento.

Tipos de evaporadores segn la ventilacin

los evaporadores pueden ser ESTATICOS o de TIRO FORZADO segn el t que quedamos conseguir.

El aire al tocar el tubo del evaporador enfra el aire y lo pone a 5C, al pasar por el segundo tubo lo enfriamos mas y lo ponemos a 0C. el segundo tubo roba menos calor ya que hay menos t (o DT). Si pusiramos una sola fila de tubos parea conseguir La misma temperatura necesitaramos mas espacio, pero obtendramos mejor rendimiento. Los evaporadores estticos no es recomendable poner mas de dos filas de tubos, para ello necesitaremos un ventilador para que el aire circule por todos los tubos.

La presin en el evaporador no se mantiene constante a causa de las perdidas de carga. Para evitar estas perdidas de carga en evaporadores grandes se divide en secciones. Cada parte del evaporador ha de ser de igual longitud y van a parar a un colector. La humedad afecta negativamente en el rendimiento del evaporador, al enfriar el aire de 2C (70% de humedad relativa) a 30C la humedad pasa a ser del 100% y pasamos de 10gr de agua por m3 de aire a 3 gr/m3. los 7gr/m3 restantes se queda en el evaporador en forma de escarcha.

Al tocar el aire con el producto robamos calor al producto, como al aire le falta agua tambin robamos humedad del producto. La humedad relativa necesaria del producto que tenemos que almacenar para no deshidratar el producto, se debe envasar o acortar el t. a mayor velocidad de aire mayor t conseguiremos y enfriamos mas rpido, para conservar alimentos sin envasar necesitamos poco t para no deshidratarlo.

Con la temperatura de saturacin y conociendo el tipo de refrigerante, se obtiene el valor de la presin de succion o de baja. Un buen sobrecalentamiento es de 6C a 10C por encima de la temperatura de evaporacin.

La temperatura de succin o de evaporacin o de saturacin a presin de succin, para mtodo de conveniencia, debe estar de 7C a 10C por debajo de la temperatura del cuarto o del ambiente que se desea enfriar

Tipos de evaporadores segn la construccin

Evaporador de placas

Empleado en congelamiento por contacto colocando tubos pegados a las placas o dentro de estas.

Pueden armarse en grupos o en bancos para instalaciones de cuartos fros de almacenamientos

Sistema simple de construccin

Construidos generalmente de aluminio

La circulacin de aire se hace diferencia de densidades entre la aire frio y aire caliente

Evaporador de tubo aleteado y aire forzado

Los tubos pueden tener o no aletas de transferencia de calor.

Se utilizan ventilaciones para forzar el aire ya sea impulsndolo y o succionndolo.

La trasferencia de calor es mejor que en los de placa

El enfriamiento se realiza por el aire frio que pasa por el evaporador

Empleado en sistemas de neveras, cuartos fros, acondicionadores de aire

Temperatura de evaporacin = temperatura recinto- 6C a 10C

Evaporador de expansin inundada

Se encuentra lleno de refrigerante liquido

El nivel de refrigerante liquido se mantiene por un flotador o baya que esta en un acumulador y fuerza de serpentn evaporador.

Al evaporarse el refrigerante, desciende su nivel, baja el flotador y hace que pase mas refrigerante liquido al acumulado, manteniendo el nivel constante.

Parte del refrigerante liquido se evapora en el serpentn ese vapor pasa al acumulador de succin y de all al compresor.

Poseen problemas con retorno de aceite

Se les adiciona una bomba para el sistema en recirculado.

Evaporador de carcasa y serpentn

El refrigerante circula por el interior y el agua u otro lquido por el lado de la carcasa a una temperatura superior a la de congelacin del liquido circundante por el serpentn.

Empleado en bebederos y enfriadores de agua.

De fcil construccin.

De uso en sistemas chiller.

Evaporador de carcasa y serpentn

Semejante en construccin al condensador de doble tubo.

Se emplea para enfriar un liquido de enfriamiento secundario.

Para aplicaciones comerciales y acondicionamiento de aire.

Evaporadores de casco y tubo

Para aplicaciones comerciales e industriales de refrigeracin y aire acondicionado.

Se enfra un liquido secundario a grandes escalas

Temperatura de evaporacin = temperatura fluido 5C

Evaporadores segn la temperatura de saturacin

Para las bajas temperaturas de saturacin -15C para abajo. Se distinguen por que la separacin de las aletas es mayor que los evaporadores de media y alta temperatura. Esto debido a que entre mayor sea la separacin de aletas, menor es la probabilidad de una obstruccin de aire debido al proceso de escarchado.

Generalmente traen sistemas de congelacin de tipo elctrico, pero se puede adaptar para descongelacin por gas caliente.

De baja temperatura

media temperatura

Para la temperatura de saturacin entre los -15C y 0C. la separacin entre aletas es menor que el los evaporadores de baja temperatura. Traen descongelacin por sistema elctrico por lo general.

Para la temperatura de saturacin de 0C y 15C. estos evaporadores son la que tienen la mayor separacin de aletas entre si. La descongelacin es estos equipos es por aire

alta temperatura

Seleccin de evaporador

la carga del evaporador es la misma carga necesaria calculada para la necesidad que se tiene o requiere. Es importante encontrar la potencia frigorfica del mismo, teniendo en cuenta que el recalentamiento til se da dentro del mismo, por tanto se deduce que:

REACALENTAMIENTO UTIL (calor sensible)

CALOR LATENTE DE EVAPORACION

POTENCIA FRIGORIFICA EVAPORADOR

+

=

Otros factores importantes a tener en cuenta a la hora de seleccionar un evaporador es la DT del mismo. La DT del evaporador esta definido como la diferencia de temperatura entre la temperatura del aire que llega al evaporador, tomada generalmente como la temperatura de diseo del espacio refrigerado y la temperatura de saturacin del refrigerante correspondiente a la presin a la salida del evaporador.

A medida que el DT es mayor, mayor ser la capacidad del evaporador para retirar calor, para condiciones normales de diseo, en los manuales se tienen DT=7C y DT= 10C

Es evidente que un evaporador con un rea superficial pequea trabajando con una DT grande, podr tener la misma capacidad que otro evaporador que tenga un rea superficial mas grande pero que tenga DT mas pequea.

el DT tambin tiene efectos en la humedad del espacio refrigerado, mientras menor sea DT, mayor ser la humedad del espacio refrigerado, as mismo, a mayor DT, se tendr menor humedad en el espacio refrigerado.

DT= T ambiente T saturacin refrigerante

La temperatura de saturacin del refrigerante debe estar mnimo 7C a 10C por debajo de la temperatura del espacio refrigerado, para evaporadores con conveccin forzada.

A mayor DT mayor ser la absorcin del calor del evaporador

Sabiendo la temperatura de saturacin del refrigerante en el evaporador, se determina la presin de succin a la que debe operar el sistema.

La capacidad del evaporador en BTU/Hr. Kcal/Hr. Watt, etc.

La temperatura de evaporacin del refrigerante. Existen evaporadores de baja, media y alta temperatura de evaporacin

La temperatura del recinto o cmara

El tipo de refrigerante

El espaciado entre aletas. A menor temperatura de evaporacin, mayor es ka separacin entre aletas.

El caudal de aire que debe pasar por el mismo para obtener el rendimiento indicado por el fabricante

El numero de toberas para los ventiladores

El tipo de deshielo

El tiro o proyeccin que viene siendo la distancia desde la salida del evaporador hasta donde la velocidad del viento es de todava los 0,5 mts/seg.

Las dimensiones del mismo.

Otros factores para la seleccin de un evaporador

conclusin