Evaporadores Condesadores

7/26/2019 Evaporadores Condesadores

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34

Juan F. Coronel Toro ([email protected], http://www.jfcoronel.org)

Profesor Titular de UniversidadDpto. ngenier!a "nerg#tica, Universidad de $evilla

Tema 10: Evaporadores


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%. ntroducci&n

'. oportaiento gen#rico de los evaporadores'.%. Transisi&n de calor'.'. Proceso de evaporaci&n del refrigerante dentro de los tu*os

+. "nfriadores de l!uido+.%. Descripci&n+.'. "voluci&n del l!uido en el evaporador

-. "nfriadores de aire-.%. Descripci&n

-.'. "voluci&n del aire en un evaporador-.+. "scarche desescarche de evaporadores

. 0#todos de alientaci&n de refrigerante



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10. Evaporadores

10.1. Introduccin

100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600101

102

103

104

105

h (kJ/kg)

P(

kPa)

75C

50C

25C

0C

-25C

-50C

0,2 0,4 0,6 0,

1,5

1,6

1,7

1,

1,!

2kJ/kg

-"

R22

4

3

1

2

Productoo

Proceso

1luidocaliente

1luidofr!o

+

opresor

- %

'

ondensador

"vaporador

23lvula dee4pansi&n

%7.%. ntroducci&n

"l evaporador es el coponente ue lleva a ca*o el o*jetivo de la producci&n de fr!o: S"nfriar unacorriente fluida o un producto

$on interca*iadores con ca*io de fase

Tipos de evaporadores: "nfriadores de aire (;ater!as de fr!o en e4pansi&n directa) "nfriadoras de l!uido (5efrigerantes secundarios: agua, saluera, anticongelante, etc.),

nterca*iadores de carcasa tu*os o de placas.


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10.2. Comport. genrico de evaporadores10.2.1. Transmisin de calor

TaTeTiTr

ese

e

AhR

1=

Lk

D

D

R i

e

t2

ln

=

e

esuc

esucA

RR ,,=

i

isucisuc

ARR ,, =

1luido caliente

1luido enfriado

5efrigerante

6e

6i hi

he

Ti

Te

Tae

78

%8

'8

6ire a 98

10. Evaporadores

ii

i

AhR

1=

%7.'. oportaiento gen#rico de los evaporadores

>*jetivo:


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3$

10.2. Comport. genrico de evaporadores10.2.2. Proceso de evaporacin de refrigerante dentro de los tuos

Fraccin de vapor

h(W/mK)

!uido ;ur*uja grupos 6nular


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3%

10.!. Enfriadoras de l"#uido10.!.1. $escripcin

10. Evaporadores

%7.+. "nfriadoras de l!uido"nfr!an usualente refrigerantes secundarios (6gua, glicol, salueras, anticongelantes) o directaentealg=n producto l!uido (leche, cerveFa, etc.)

%7.+.%. Descripci&nEvaporadores de carcasa .'o:

1oras ha*ituales de construcci&n:5efrigerante por dentro de los tu*os

6ire acondicionado. a aor!a de las plantas enfriadoras de agua ue utiliFan halogenados conuna v3lvula de e4pansi&n terost3tica. a e4cepci&n son las plantas con copresor centr!fugoue usan la carcasa a ue introduce enos p#rdida de carga en el refrigerante.

5efrigerante en la carcasa (por el e4terior de los tu*os)5efrigeraci&n industrial. "ste tipo de evaporadores se suelen llaar enfriadoras inundadas.Dos foras de separar el vapor una veF se a evaporado: ? Dejar una Fona sin tu*os donde se acuula el vapor ? olocar otro tanue donde se produce la separaci&n l!uido?vapor

Una tercera opci&n es pulveriFar el refrigerante l!uido so*re los tu*os (3s calientes), se aLadeel coste de operaci&n de la *o*a de recirculaci&n pero se ejora el coeficiente de transferenciadel evaporador se disinue la carga de refrigerante necesaria (u interesante por su costeen halogenados por otivos de seguridad en aoniaco).


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10.!. Enfriadoras de l"#uido10.!.1. $escripcin

10. Evaporadores

Paso %nico

Paso m%ltiple

Paso %nico

Paso m%ltiple

Evaporadores de p&acas:

"st3n ganando *astante popularidad en los =ltios aLos. "l refrigerante circula entre dos placas elfluido a refrigerar circula entre las dos placas adacentes usualente a contracorriente. 0u usadoen la industria alientar!a de*ido a su facilidad para la lipieFa. Para evitar las fugas derefrigerante las placas a trav#s de las cuales pasa el refrigerante est3n soldadas perietralentedos a dos.

as ventajas fundaentales de este tipo de evaporadores son:

6ltos coeficientes de transferencia de calor.

;aja carga de refrigerante. 6lta copacidad (ocupan poco espacio).

5angos de U: %77 a +777 B/CV para 6gua/5?'' '77 a -77 B/CV para 6gua/6oniaco

Pueden ontarse en las tres configuraciones:

"4pansi&n directa (Pro*leas en la uniforidad del flujo de refrigerante) "vaporador inundado 5ecirculaci&n de l!uido


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10.!. Enfriadoras de l"#uido10.!.2. Evolucin del l"#uido en el evaporador

T(8)

Tf,ent

Tevap

Tf,sal

"voluci&n en el evaporador

10. Evaporadores

Q=UATmedia=UATlm

Tlm=DTLM=TentTsal

lnTentTsal =

Tf ,entTevapTf ,salTevap

lnTf ,entTevapTf , salTevap

=

QQmax=

mfcpTf ,entTf , sal

m fcp Tf , entTevap=1e

UAm fcp

Q=Qmax=[1eUAm fcp]mfcp Tf , entTevap =fm fcp, UATent

%7.+.'. "voluci&n del l!uido en el evaporador

Diferencia de teperaturas:Para un evaporador dado tra*ajando con un caudal de fluido constante, e4iste un factor ue relaciona

la potencia t#rica transferida con el salto de teperaturas a la entrada al evaporador. Por ello enlos cat3logos solo es necesario ostrar la potencia t#rica transferida en funci&n del caudal delsalto a la entrada.

Teperatura de evaporaci&n &ptia:

$! se desea una isa potencia frigor!fica.

6uento Erea de evaporador: 0aor coste inicial 0aor teperatura de evaporaci&n para antener la isa teperatura en la c3ara ? 0enor Pc

? 0enor coste de operaci&n.

Por lo tanto la deterinaci&n del 3rea adecuada se convierte en un proceso de optiiFaci&n del costetotal (coste inicial W coste de operaci&n).


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10.&. Enfriadoras de aire10.&.1. $escripcin

5efrigeraci&n industrial

6ire 6condicionado

5efrigeraci&n coercial

10. Evaporadores

%7.-. "nfriadoras de aire

0ucho 3s a*undantes en refrigeraci&n industrial ue las enfriadoras de l!uido.

Tipo T< de& aire T< de evap=de ap&icacin a &a en.rada de& re8ri6=6ire acondicionado '7 a -78 + a %%83aras de fresco 7 a 8 ?%7 a ?%83aras de congelado ?+7 a ?'78 ?+ a ?'8

Principales coponentes: Tu*os, aletas, *andeja de condensado, carcasa ventiladores.

Tu*os: 6cero al car*ono, co*re (


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10.&. Enfriadoras de aire10.&.1. $escripcin

10. Evaporadores

%7.-.% Descripci&nPrincipales coponentes: Tu*os, aletas, *andeja de condensado, carcasa ventiladores.

T'os:

o*re (


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10.&. Enfriadoras de aire10.&.2. Evolucin del aire en un evaporador

6ire h=edo

ondensado

"ntrada (")

ondensado

$alida ($)$aturado ($6T)

;pass (;P)

-10 -5 0 5 10 15 20 250,000

0,002

0,004

0,006

0,00

0,010

0,012

0,014

0,016

T '(C)

*

'+gv,+gas)

Presin - 101! +Pa

20#

40#

60#

0#

0,7

5

0,

$3/kg

0,

5

/'+0

,+gas)

0

10

20

30

40

50

E, !

"#T"

hh $

a%

h &

"studio de una secci&n

10. Evaporadores

%7.-.'. "voluci&n del aire en un evaporador

Es.'dio de 'na seccin:

"l aire h=edo en contacto con una superficie a una teperatura inferior a su teperatura de roc!ocondensa. 6pareciendo una capa de condensado so*re el tu*o

as condiciones de la salida pueden entenderse coo la eFcla de dos aires (saturado *pass) enproporciones 1; (%?1;). 1; I S1actor de ;pass.

1;=

;P"

=h

$

h$6T

h"h$6T=

h$

ha4


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"studio de todo el evaporador

-10 -5 0 5 10 15 20 250.000

0.002

0.004

0.006

0.00

0.010

0.012

0.014

0.016

T '(C)

*'

+gv,+gas)

Presin - 101! +Pa

T ($%)

Tevap

Evo&'cin en e& evaporador

"

$6T-

+

+

$6T-

"

$

$

TE

T"

$6T+

$6T'

$6T%%'

+

'%

$6T%$6T' $6T+

'

%

10. Evaporadores


Es.'dio de& evaporador:

"l proceso ue tiene lugar en el evaporador no es 3s ue una consecuci&n de uchos procesosincreentales iguales al descrito anteriorente. $upongaos ue en un evaporador de - filas seproducen - procesos increentales iguales al anterior.

$i la teperatura de la superficie en todo punto es inferior a la teperatura de roc!o del aire a laentrada entonces aparece una capa de condensado so*re los tu*os la teperatura de esta agua esinteredia entre la del aire la del refrigerante. [ coo la teperatura del aire desciende la de la

superficie ta*i#n.


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10. Evaporadores

-10 -5 0 5 10 15 20 250.000

0.002

0.004

0.006

0.00

0.010

0.012

0.014

0.016

T '(C)

*'

+gv,+gas)

Presin - 101! +Pa

h $

h )

a4

h

"

$

T6DP

6DP

5>;

Tevap

evap



;), podeos asiilar el coportaiento de todo el evaporador al de una secci&nincreental cuas condiciones de saturaci&n sean las del punto de corte de la 5>; de la curva desaturaci&n.

Teperatura de 6DP (6paratus dew point) punto de roci& de la *ater!a (condiciones edias delcondensado)

$e puede por tanto definir un 1actor de *pass del evaporador an3logo al definido para una secci&n.

"l calor 34io ue se podr!a interca*iar, es el ue tendr!a lugar cuando el 6DP fuera igual a la deevaporaci&n ade3s el factor de *pass fuera cero.


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-10 -5 0 5 10 15 20 250.000

0.002

0.004

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0.00

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0.012

0.014

0.016

T '(C)

*'

+gv,+gas)

Presin - 101! +Pa

h se

n

h

"

$

6DP

5>P;

T

h lat

T

w

10. Evaporadores



$e puede definir una eficiencia de la *ater!a a partir de los saltos de entalp!a. Por proporcionalidadentre tri3ngulos ta*i#n podeos e4presar la eficiencia a trav#s de los saltos de teperatura.

a cantidad de calor total interca*iada puede dividirse en dos coponentes. Puesto ue la entalp!a esuna funci&n de estado los ca*ios producidos en la isa s&lo dependen de los estados iniciales finales no del caino recorrido. Podeos dividir el proceso en otros dos ficticios, prierodeshuidificaci&n a teperatura constante el segundo enfriaiento a huedad constante. Dando

lugar al calor latente sensi*le puestos en juego


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4$

-10 -5 0 5 10 15 20 25

0.000

0.002

0.004

0.006

0.00

0.010

0.012

0.014

0.016

T '(C)

*'

+gv,+gas)

Presin - 101! +Pa

"

Troc!o

$UP

$

TE

Tevap

T"

"voluci&n en el evaporador

T*

" $


10. Evaporadores



$i la teperatura de la superficie de los tu*os aletas es en todo punto superior a la de roc!o del airede entrada, el aire en contacto directo con la superficie no estar3 saturado por tanto no aparecer3pel!cula de agua l!uida condensada.

"l punto de salida estar3 en la l!nea recta ue une estos dos puntos todas las ecuaciones cl3sicas decoportaiento de evaporadores ser3n v3lidas, puesto ue solo e4iste transferencia de calor no deasa, es decir, el aire se enfr!a pero no se deshuidifica.


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4%

10.&. Enfriadoras de aire10.&.!. Escarc/e desescarc/e de evaporadores

5etorno de!uido / vapor

2?%

2?'

2?+

2?-

p

2?6

2?;

6lientaci&nl!uido

asdesescarche

5efrigerantecondensado

0#todos de desescarche:

0ediante 6ire 0ediante resistencia el#ctrica 0ediante gas caliente 0ediante agua

6*ierta (p)6*iertaerradaerradaDesescarche

errada (p)errada6*ierta6*ierta5efrigeraci&n

+4+3+2+1-peracin

10. Evaporadores

%7.-.+. "scarche desescarche de evaporadores

uando la teperatura de la superficie del evaporador es enor de 78 enor a la teperatura deroc!o del agua, aparece escarcha (hielo) so*re la superficie del evaporador.

"fectos de la escarcha:%. 5educir el paso de aire (el 3s iportante) enor secci&n li*re, enor caudal de aire con 3s

p#rdida de carga.'. 5educir el coeficiente de transferencia de calor, 3s de*ido a la enor velocidad del aire ue a la

foraci&n de una nueva capa de hielo con una resistencia a la transferencia de calor.Para conseguir una enor foraci&n de escarcha de*en utiliFarse DT peueLas con un espaciado de

aletas grande. a *andeja de recogida de condensado de*e ser conectada a un sif&n de no ser as!puede enviarse aire fuera o toar aire caliente del e4terior.

0#todos de desescarche:%. 0ediante 6ire: uando la teperatura del espacio es superior a '8 se para el paso de refrigerante

(con o sin ventilador). argo periodo de desescarche.'. 0ediante resistencia el#ctrica: 5esistencias el#ctricas insertadas en los evaporadores coo falsos

tu*os. 0enor coste inicial aor coste de operaci&n. Para sisteas peueLos.+. 0ediante gas caliente: "l evaporador se convierte teporalente en un condensador.

1uncionaiento noral 2?% 2?' a*iertas, 2?+ 2?- cerrada. 1uncionaiento desescarche 2?% 2?' cerradas, 2?+ a*ierta 2?- anteniendo una presi&n euivalente a unos %78. 23lvula anti?retorno ; para ipedir ue en funcionaiento noral se congele a *andeja 6 para evitar golpesde presi&n so*re 2?'.

-. 0ediante agua: "l 'Z #todo 3s usado consiste en pulveriFar agua so*re el evaporador parado.

% a %.+9 /s de agua por C de superficie de evaporador%98 para el agua es *uena, aor teperatura deasiada nie*la$o*rediensionar la *andeja l!nea de recogida de condensadoTu*er!a de pulveriFaci&n con inclinaci&n para vaciado (congelaci&n del agua) v3lvula de aperturaen el e4terior de la c3ara.
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/mailto:[email protected]


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10.. 3todos de alimentacin de refrigerante

10. Evaporadores

%7.. 0#todos de alientaci&n de refrigerante:

E>pansin direc.a (?) Del evaporador s&lo sale vapor usualente recalentado. Una 23lvula de e4pansi&n terost3tica (TO2) controla el caudal de refrigerante para

antener un grado de recalentaiento del vapor (- a M8). ;ajo coste inicial

Evaporador in'ndado Deposito o tanue controlado por una v3lvula de flotador.

irculaci&n del refrigerante por convecci&n natural.2entajas: $uperficie ejor aprovecha ? aor h Produce vapor saturado no so*recalentado ? aor >P enor teperatura de

descarga)nconvenientes:

0aor carga de refrigerante. 0aor coste inicial. 6cuulaci&n de aceite en el dep&sito evaporador ue de*e ser eliinado.

ecirc'&acin de &7'ido gual ue el evaporador inundado pero con *o*as de recirculaci&n. Usado para grandes instalaciones


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51

51



Tema 10: %ondensadores


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Tema 11: Condensadores

%. Tipos de condensadores en refrigeraci&n industrial

'. oportaiento gen#rico de condensadores'.%. "l proceso de condensaci&n

'.'. 1lujo de calor evacuado en el condens.

'.+. Transisi&n de calor en condensadores

+. ondensadores de aire

-. Torres de refrigeraci&n

. ondensadores evaporativos

Tema 11: %ondensadores

>*jetivos:


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11. Co'de'sadores

11.1. Tipos de condensadores en refrigeracin industrial

%%.%. Tipos de condensadores en refrigeraci&n industrial

"nfriados por aire (interca*iadores a flujo cruFado aleteados con ventiladores a4iales). 0enorcoste inicial enor coste de anteniiento.

"nfriados por agua (a aor!a condensan el refrigerante en la carcasa, puede estar conectado auna torre de refrigeraci&n o a una red de agua *ruta: poFo, r!o, etc. Ta*i#n se usaninterca*iadores de placas). 0enor teperatura de condensaci&n ue las de aire de*ido a ue lafuente del enfriaiento es la teperatura de *ul*o h=edo en lugar de la de *ul*o seco del airee4terior. uando la distancia entre el copresor el lugar donde se evacua el calor es grande, esejor *o*ear agua ue refrigerante (vapor).

"vaporativos. "s el ue enor teperatura de condensaci&n consigue.

"n coparaci&n con el sector del aire acondicionado en refrigeraci&n industrial se usan enoscondensadores de aire 3s evaporativos.


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11.2. Comportamiento genrico de condensadores

%.777

%.'77

%.-77

%.977

%.A77

'.777

?' ?'7 ?% ?%7 ? 7 %7

.evap ($%)

00

30

40

50

60

tcond(8)

"voluci&n en los tu*os

hcond

(B/CD)

1lujo anular

$u*enfriaientol!uido

lenado

enfriaientovapor

Erea (C)

T(8)

fluido

refrigerante

condensaci&nsu*enfria.l!uido

Erea (C)

T(8)

fluido

refrigerante

Tent

Tsal

Tcond

11. Co'de'sadores

%%.'.%. "l proceso de condensaci&n

a condensaci&n en carcasa so*re *ater!as de tu*os horiFontales es un proceso *astante coplicado. 5?'', 5?%+-a: %777 B/CV, 6oniaco: 777 B/CV.

"n los condensadores de aire en los evaporativos el refrigerante condensa en el interior de los tu*os.os patrones son coplicados dependen de la velocidad la velocidad pueden distinguirse lassiguientes fases:? 1ase de spra? 1lujo anular? 1ase de llenado (depende de la velocidad del vapor)? 1ase final de *ur*uja.

%%.'.'. 1lujo de calor evacuado en el condensador

"l prier paso cuando se tiene ue diensionar (seleccionar) un condensador es calcular el calor uede*e evacuar este en condiciones de diseLo.

oeficiente de evacuaci&n de calor & relaci&n de eliinaci&n de calorJeat?5ejection 5atio:

%%.'.+. Transferencia de calor en condensadores6 diferencia de los evaporadores la tep. del refrigerante no es constante. a cantidad de calor

interca*iada en las Fonas sin ca*io de fase es *ajo a*as se copensan, por tanto no e4iste

ucho error si seguios usando IU6 DT05esistencia de ensuciaiento hasta:

HRR!anot=Tcond

TevapHRR=

Qc

Qf

=Q

f#c

Qf

=1 1

!$%TcondTevap

1,7

Rsuc=0,00004m&'/(

UAsuc= 1

1

UAlim

Rsuc

Asuc


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Purgade agua

6lientaci&nde agua

6ire

PulveriFadores

6ire

11.&. Torres de refrigeracin

11. Co'de'sadores

%%.-. Torres de refrigeraci&n

>*jetivo: "nfriar el agua procedente del condensador.

Para ello pulveriFan dicha agua so*re una corriente de aire e4terior.

a configuraci&n aire/agua 3s usual es contracorriente aunue ta*i#n e4iste el flujo cruFado (airehoriFontal so*re agua caendo en vertical)

De*ido a ue una fracci&n del agua se evapora es a*sor*ida por el aire de*e e4istir una toa para

reposici&n de agua.


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T (8)

w

a,ent

Tw

a,sal

T (8)

w

a,ent

Tw,ent

a,sal

Tw,sal T (8)

w

a,ent

Tw,ent

a,sal

Tw,sal

11.&. Torres de refrigeracin

11. Co'de'sadores

$i interca*iaos el aire con una corriente de agua a la teperatura de *ul*o h=edo del aire,entonces el aire evoluciona siguiendo la Sl!nea recta entre a*os puntos. "ste proceso espracticaente isent3lpico por lo tanto el agua restante ni se enfria ni se calienta. "s decir: "lenfriaiento sufrido por el aire es de*ido a la energ!a necesaria para evaporar el agua ue esaLadida al aire.

$in e*argo si el agua se encuentra 3s caliente ue la t\ de *ul*o h=edo del aire, entonces la lede la l!nea recta nos uestra ue el aire sufre un auento de entalp!a ue por tanto el agua tieneue sufrir una disinuci&n de la isa, es decir el agua se enfr!a.

"n el caso de las torres con flujos a contracorriente el aire e4terior reci#n entrado en la torre por suparte inferior se encuentra con un agua en su punto de salida (a enfriada) el aire a la salida es elue est3 en contacto con el agua 3s caliente (agua a la entrada).


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;o*a recirculaci&nde agua

Purgade agua

6lientaci&nde agua

6ire2entilador

PulveriFadores

$eparadores degotas

as calientedel copresor

!uidocondensado

11.. Condensadores evaporativos

11. Co'de'sadores

%%.. ondensadores evaporativos

$on una eFcla entre los condensadores de aire la torres, el refrigerante circula por el interior de lostu*os so*re los cuales se pulveriFa agua ue es recirculada. $on los ue consiguen enoresteperaturas de condensaci&n por ello son los 3s usados en refrigeraci&n industrial, reuierenta*i#n ue no e4ista ucha distancia entre los copresores el condensador. as teperaturas *ajasde condensaci&n ahorran potencia de copresi&n *ajan las teperaturas de descarga (aoniaco).Poseen purga de agua en continuo para reducir la concentraci&n en inerales del agua, caudal de purgapr3cticaente igual al evaporado, luego el caudal de reposici&n es del orden de ' veces el caudalevaporado.as tres varia*les fundaentales son:a teperatura de *ul*o h=edo del aire e4terior."l caudal de aire."l caudal de agua pulveriFado.

2alores t!picos:7.' C de 3rea de tu*o por HB evacuado en el condensador97 /h de agua pulveriFada por HB evacuado en el condensador%77 ]/h de aire por HB evacuado en el condensadoraida de presi&n del aire: ' a -7 c. a.audal de agua evaporada: %. /h por HB evacuado en el condensadoros condensadores se eligen entrando con la teperatura 34ia de *ul*o h=edo la teperatura decondensaci&n. "ntrado con estos dos par3etros los cat3logos dan los HB ue son capaces de evacuar.ontrol de capacidad:o ejor es no instalar ning=n control de capacidad dejar ue la teperatura (presi&n) decondensaci&n *aje por euili*rio del circuito. 0uchas veces la presi&n de condensaci&n no puede *ajar

indefinidaente: Pro*leas de alientaci&n de las v3lvulas de e4pansi&n. Teperatura necesaria parael desescarche, etc...uando se hace control de capacidad se hace reduciendo el caudal de aire (0otores de velocidadvaria*le, otores de dos velocidades, copuertas de aire, apagado teporal del ventilador (=ltiplesventiladores). uando la teperatura del aire *aja aparecen pro*leas de congelaci&n se sueletra*ajar sin agua (condensador seco).
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/mailto:[email protected]


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5$

5$



Tema 12: T'eras epsi.os


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5%

Tema 12: Tuer"as $epsitos

%. Tu*er!as de refrigerante%.%. Tipos de l!neas en una instalaci&n de refrigeraci&n

%.'. P#rdida de carga%.+. Diensionado de tu*er!as

%.-. P#rdida de carga en v3lvulas accesorios

%.. 0ontantes en l!neas de aspiraci&n

%.9. 0ateriales aislaientos

'. Dep&sitos

'.%. os dep&sitos en los sisteas de refrigeraci&n industrial'.'. $eparaci&n vapor / l!uido

'.+. 5ecipientes de l!uido a alta presi&n

Tema 12: T'eras epsi.os

Una de las isiones del ingeniero cuando diseLa una instalaci&n frigor!fica es diensionar, elegir el aterial, lalocaliFaci&n, la inclinaci&n el anclaje de las diferentes l!neas dep&sitos de refrigerante.


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60

12. *er+as epsos

12.1. Tuer"as de refrigerante

5e G '+77 5#gien lainar

'+77 G 5e G -777 5#gien de transici&n

4000 e 56imen .'r'&en.o("cuaci&n de ole*rooH)

o*re: I7,77777%

6cero coercial: I7,77776cero estirado: I7,77777%

P#rdidas de presi&n (carga) por roFaiento en tu*er!as circulares:"cuaci&n de Darc?Beis*ach:

J

ptot=pd , tpd ,ap e p e=g H

pd ,t=fLD v2

2[Pa] hd ,t=hd , t

g=LD v

2

2g[m.c.refrigerante]

f=fRe, /D

f= 64Ref=0,01

64

Re1

f=2 log/D3,7 2,51Ref

%'.%. Tu*er!as de refrigerante

%'.%.%. Tipos de l!neasTipos de l!neas en una instalaci&n de refrigeraci&n industrial: !nea de aspiraci&n: evaporador?copresor, vapor a *aja presi&n, aisladas t#ricaente para

evitar p#rdidas condensaciones superficiales !nea de descarga: copresor?condensador, vapor a alta presi&n, sin aislar (s&lo se a!slan por

otivos de seguridad) !nea de l!uido: condensador/dep&sito?v3lvula de e4pansi&n, l!uido a alta presi&n, sin aislar

(su*enfriaiento positivo) >tras l!neas: !neas l!uido?vapor, ...Para diensionar las tu*er!as (di3etros) se de*e: 0iniiFar la p#rdidas de presi&n (o carga) para reducir el consuo 6segurar unas velocidades !nias de circulaci&n ue aseguren el retorno del aceite a los

copresores.%'.%.'. P#rdidas de cargaas p#rdidas de carga se descoponen en tres: P#rdidas de carga din3icas por roFaiento en tu*os,

p#rdidas de carga por roFaiento en accesorios p#rdidas de carga est3ticas por diferencia dealtura.

as p#rdidas de presi&n en tu*er!as circulares, se calculan seg=n la ecuaci&n de Darc?Beis*ach,e4presado en Pa o en .c. de refrigerante. a velocidad se calcula coo la velocidad edia a partirdel caudal volu#trico.

"l factor de fricci&n fes funci&n del n=ero de 5e de la rugosidad relativa de la tu*er!a ? E*aco de0ood.


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61


12. *er+as epsos

%'.%.'. P#rdidas de carga

"s interesante o*servar ue la p#rdida de carga es: Proporcional con Proporcional con la densidad (vapor a alta presi&n 3s denso ue el de succi&n) Proporcional a la vC o lo ue es lo iso caudalC nversaente proporcional a D^, si se antiene el caudal a ue v es inversaente proporcional a

DC.Diagraas (uno para cada refrigerante) especiales para el c3lculo de las p#rdidas de carga pueden

encontrarse.


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12. *er+as epsos

%'.%.+. Diensionado de tu*er!as

Datos previos: Potencia frigor!fica, Teperatura de evaporaci&n, ongitudes totales de los traos deaspiraci&n, descarga l!uido

as p#rdidas de carga 34ias adisi*les se estian en la ca!da de teperatura de saturaci&neuivalente, a ue dependen enos del tipo de refrigerante saltos de presi&n iguales representanun aor salto de teperaturas a presiones *ajas.

Tu*er!as de aspiraci&n: %8 Tu*er!as de descarga: %8 Tu*er!as de l!uido a alta presi&n: 7.8. a p#rdida de carga no es crucial pero de*e

asegurarse ue no e4iste evaporaci&n antes de llegar a la v3lvula de e4pansi&n (caida deteperatura G su*enfriaiento).

Tu*er!as l!uido/vapor: uando e4iste recirculaci&n de refrigerante. $e diensiona coo s! solollevara vapor se elige el siguiente taaLo noraliFado.

Para el aoniaco las p#rdidas de cargas no son tan iportantes se diensionan las tu*er!asutiliFando los valores de velocidad recoendada. 2er ta*la.

"spesores adecuados para soportar la presi&n (las tu*er!as coerciales para refrigeraci&n soportan sinpro*lea las presiones).

as tu*er!as para refrigerantes halogenados son deshidratadas se suinistran con tapones, de*eninstalarse con la enor e4posici&n posi*le al a*iente e4terior.

"legir un di3etro aor de tu*er!a supone una enor p#rdida de carga, lo cual iplica, un enorcoste de copresi&n, pero a su veF iplica un aor coste inicial, ser!a necesario realiFar un

proceso de optiiFaci&n so*re el coste total, ue nunca de hace.


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P#rdidas de carga en v3lvulas accesorios:

"vaporador

% a '7A a %7, a %,'Jalogenados (5'', 5%+-a, ...)

% a '7% a '77, a %,'6oniaco

escar6a#spiracin7'ido

+e&ocidades recomendadas (m/s)e8ri6eran.e

"v"v

Dep&sito derecirculaci&n

6 loscondensadores

6 losevaporadores

"vaporador

12. *er+as epsos

pd , a=ka

v2

2

=f

Leq

D

v2

2

Leq=

kaD

f

vmin[m/s]=0,723[g D[m]liqvap

1]1/2

%'.%.-. P#rdida de carga en v3lvulas accesorios

oeficiente de p#rdida de carga en v3lvulas accesorios a.ongitud euivalente: 0etros de tu*er!a circular del iso di3etro ue el accesorio ue produce laisa p#rdida de carga.Ta*las de a longitud euivalente

%'.%.. 0ontantes en la l!nea de aspiraci&n.Para ue la l!nea de aspiraci&n tenga la pendiente necesaria es uchas veces necesario instalarontantes a la salida del evaporador.

Para los halogenados el aceite es isci*le con el refrigerante al final del evaporador (para el caso dee4pansi&n directa) encontraos vapor con algunas gotas de refrigerante con una u alta

concentraci&n de aceite, estas gotas de*en ser arrastradas al copresor para ello se hace necesariauna velocidad !nia en los ontantes. "sta velocidad puede o*tenerse para halogenados de lae4presi&n ep!rica de la transparencia.

Donde la densidad del l!uido es la de la eFcla aceite?refrigerante la del vapor es la del refrigeranteen las condiciones de salida del evaporador.

os evaporadores pueden funcionar a plena carga o carga parcial con una reducci&n del caudal derefrigerante esta velocidad de*e antenerse para el !nio caudal (!nia carga parcial) uecircule por el ontante. "sto supone una aor velocidad (p#rdida de carga) en su funcionaiento aplena carga.

Una soluci&n cuando la instalaci&n es grande es colocar un do*le ontante: a plena carga el caudalcircular3 por a*os ontantes a carga parcial el aceite acuulado en el fondo o*ligar3 alrefrigerante a circular por s&lo uno de los ontantes

Para el caso del aoniaco al no ser isci*le con el aceite este se acuula en las partes *ajas delevaporador donde de*en colocarse trapas de aceite para poder recuperarlo.


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12.2. $epsitos

0ateriales: 5efrigerantes halogenados: o*re 6oniaco: 6cero al car*ono (6+, 6%79)

TevapG?-98 6cero ino4ida*le


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12.2. $epsitos

2apor peueLas gotas

2apor l!uido

!uido

( ) ( )

=

=

==

242

:arrastredeFuerza

6

:gravedadFuerza

222

3

vD!

vA!"

gD

gVolumen"

vapDvapfontalDa

vapliqvapliqg

( )

Dvap

vapliq

t!

Dgv

3

4:terminalel!cidad

=

is.ancia

e8ri6eran.e +er.ica& (m) 9 40 23 10

7.' 7.++ 7.'% 7.%- 7.%7 7.7M

5?'' 7.9% %.+9 7.AA 7.9% 7.-- 7.+%7.N% %.M %.7- 7.M' 7.' 7.+N7.' 7.A7 7.-A 7.+% 7.'% 7.%

6oniaco 7.9% +.+7 %.NN %.'N 7.AA 7.9-7.N% +.- '.%M %.-+ 7.NN 7.M%


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66

66



Tema 13: #ccesorios, +;&v'&as isposi.ivos de%on.ro&


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67

Tema 1!: 4ccesorios 56lvulas $ispositivos de Control

%. istado de coponentes au4iliares%.%. 23lvulas

%.'. >tros dispositivos de control%.+. 6ccesorios

'. 23lvulas de e4pansi&n

'.%. 23lvulas de e4pansi&n terost3ticas (TO2)

'.'. 23lvulas de e4pansi&n terost3tica ecualiFadas e4ternaente

'.+. 23lvulas de e4pansi&n terost3tica de carga cruFada

Tema 13: #ccesorios, +;&v'&as isposi.ivos de con.ro&


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6$

13. esoros, vas sposvos de Co'ro

1!.1. 7istado de componentes au8iliares

23lvulasm 23lvulas de corte anuales

(servicio)m 23lvulas de solenoidem 23lvulas de retenci&nm 23lvulas de e4pansi&n

Tu*os capilares 23lvulas anuales 23lvulas auto3ticas 23lvulas terost3ticas 23lvulas de flotador 23lvulas electr&nicas

m 5eguladores de presi&nm ...


>tros dispositivos de controlm Terostatosm Presostatom Jigrostatos

6ccesoriosm $eparadores de aceitem 1iltrosm 2isores de l!uidom nterca*iadores de calorm Deshidratadoresm "liinadores de vi*racionesm Purgadores de airem ...

%+.%. istado de coponentes au4iliares

6de3s del evaporador, condensador copresor coo coponentes esenciales del ciclo heosestudiado ta*i#n las tu*er!as dep&sitos. os eleentos 3s iportantes del resto de loscoponentes de una instalaci&n frigor!fica se listan en la transparencia.

%+.%.%. 23lvulas23lvulas de corte anuales o de servicio: $u isi&n es aislar un coponente o secci&n del sisteaas 3s usadas en refrigeraci&n son:

De asiento o esf#ricas (en l!nea o en 3ngulo)

De *ola (*ajas p#rdidas de carga)23lvulas de solenoide: $on v3lvulas de corte operadas el#ctricaente,

De acci&n directa De acci&n piloto ("l solenoide a*re una canal ue conecta con la Fona de alta presi&n para

ue aude a la v3lvula a cerrar)23lvulas de retenci&n: $&lo periten flujo en una direcci&n. Pueden funcionar por gravedad o poruelle.23lvulas de e4pansi&n: $u o*jetivo es producir una fuerte ca!da de presi&n entre el condensador elevaporador controlar el caudal de refrigerante ue alienta al evaporador. $e ver3n coo un puntoindependiente

5eguladores de presi&n: controlar una presi&n 34ia o !nia. 5egulador de presi&n de evaporaci&n: pone una presi&n/teperatura !nia de

evaporaci&n. 5egulador de presi&n de condensaci&n: pone una presi&n 34ia de condensaci&n. 5egulador de presi&n de aspiraci&n: pone una presi&n 34ia en la aspiraci&n.


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6%




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23lvula de solenoide 23lvula de e4pansi&nterost3tica

Terostato a*iente

23lvula de retenci&n



23lvula reguladorade presi&n

%'.%.'. >tros dispositivos de control

Terostatos: $on sensores de la teperatura seca de una c3ara ue andan inforaci&n a lasv3lvulas de solenoide /o al copresor para producir los ciclos de arranue parada necesarios.

Presostatos: $on esencialente un interruptor el#ctrico accionado por presi&n. Presostatos de *aja,de alta, co*inados presostatos de aceite.

Jigrostatos: "leentos para controlar la huedad en las c3aras.


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71


1iltro deshidratador

$eparador deaceite

2isor

Presostato diferencial

23lvula de corte

de *ola


%+.%.+. 6ccesorios

$eparadores de aceite: $e utiliFan para separar el aceite del refrigerante en la descarga delcopresor, retornando el aceite separado al c3rter del copresor. uando los copresores est3nconectados en paralelo se conectan los c3rteres entre s! (tanto superior coo inferiorente) a uees u dif!cil ue el aceite retorne por la aspiraci&n igualente a todos los copresores.

1iltros. 2isores de l!uido: nstalado en la l!nea de l!uido despu#s del filtro secador, sirve para: 2er si

e4iste suficiente carga de refrigerante, si la p#rdida carga en la l!nea de l!uido es elevada seforan *ur*ujas de vapor, ver si e4iste huedad (indicador ue ca*ia de color) por tanto sede*e ca*iar el filtro secador.

nterca*iadores de calor: Para recalentar el vapor a la salida del evaporador su*enfriar el l!uidoa la salida del condensador (do*le tu*o a contracorriente).

Deshidratador (filtro secador): a huedad en refrigerantes halogenados puede producir tapones dehielo en los evaporadores v3lvulas de e4pansi&n. os filtros deshidratadores se instalan en lasl!neas de l!uido de*en ser ca*iados con cierta frecuencia.

"liinadores de vi*raciones: Tu*er!as fle4i*les colocadas a la entrada salida del copresor. Purgadores de aire: olocados en el condensador o recipiente de l!uido. "tc...


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1!.2. 56lvulas de e8pansin

!uido

0uelle

Diafraga

23lvula de e4pansi&nauto3tica

opresor

"vaporador

Teperatura dela c3ara

Tevap(8)

f(HB)

Terostato

opresor

"vaporador

Teperatura dela c3ara

Tevap(8)

f(HB)


%+.'. 23lvulas de e4pansi&n

$i suponeos una teperatura/presi&n de condensaci&n constante. "l punto de funcionaiento de lainstalaci&n esta deterinado por las ecuaciones (curvas) de coportaiento del evaporador elcopresor. Punto de euili*rio entre a*os.

$i la carga en la c3ara disinue (es decir, disinuen las necesidades de fr!o) coo el sisteacontinua dando la iso potencia frigor!fica aca*a disinuendo la teperatura de la c3ara ueodifica la curva del evaporador colocando el punto de euili*rio a una teperatura de evaporaci&nenor ( una potencia frigor!fica enor). $i la teperatura de la c3ara sigue *ajando podr!a daLarsela carga, en este oento un terostato a*iente entra en juego para el copresor (esto sucede enlas instalaciones sencillas de un solo evaporador/copresor)

6 la entrada al evaporador teneos la v3lvula de e4pansi&n ue suinistra refrigerante al evaporador.

_Tu*o capilar: onsiste en un tu*o largo delgado ue produce la p#rdida carga necesario entre elevaporador el condensador. $e utiliFa en sisteas peueLos (frigor!ficos do#sticos) con cargapoco varia*le.

_23lvula de e4pansi&n anual o de euili*rado: $on v3lvulas de aguja operadas anualente.ntroduciendo una relaci&n cte entre el caudal la p#rdida de presi&n a su trav#s.


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73

!uido

0uelle

Diafraga

;ul*o

"vaporador

Porcetagede aperturade la

v3lvula (Q)

7 Q

%77 Q

-8 M8 h (HR/Hg)

p

(HPa)

tsaltevappevap

p*ul*o

1!.2. 56lvulas de e8pansin1!.2.1. 56lvulas de e8pansin termost6ticas 'T95)


%+.'.%. 23lvulas de e4pansi&n terost3ticas (TO2)

$on las 3s usadas actualente.

Por su no*re parecen controlar la teperatura en el evaporador, pero no es as!. 5ealente lo uecontrolan es el grado de recalentaiento a la salida del evaporador (- a %78)

"l *ul*o se coloca conectado a la tu*er!a de salida del evaporador, coloc3ndose el fluido de su interior(ue suele ser el iso refrigerante de la instalaci&n) a la teperatura de salida por tanto a lapresi&n de saturaci&n correspondiente a esa teperatura de salida.

as v3lvulas terost3ticas auentan la eficiencia del evaporador puesto ue se asegura ue la aorparte del 3rea del iso est3 ocupada con el ca*io de fase. >*teniendo una teperatura deevaporaci&n 3s elevada ue consigue un enor consuo del copresor.

pevap%

muelle=p

&ul&o


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74

!uido

ierre

Diafraga

;ul*o

"vaporador

"cualiFador e4terno

h (HR/Hg)

p(

HPa)

tsaltevappevap

p*ul*o

1!.2. 56lvulas de e8pansin1!.2.2. T95 ecualiadas e8ternamente


%+.'.'. 23lvulas de e4pansi&n terost3ticas ecualiFadas e4ternaente

De*ido a la p#rdida de carga en el evaporador (% a -7 HPa) puede ser ue el so*recalentaiento seau grande. Para resolver este pro*lea puede incorporarse un ecualiFador e4terno ue opone a lapresi&n del *ul*o la del refrigerante a la salida.


42/42

%77 HPa

%77 HPa

T (8)8?+78

M8 M8

%77 HPa

%77 HPap(HPa)

T (8)8?+78

%'8 -8

1!.2. 56lvulas de e8pansin1!.2.!. T95 de carga cruada


p(HPa)

%+.'.'. 23lvulas de e4pansi&n terost3ticas de carga cruFada

6lgunos ingenieros no recoiendan el uso de v3lvulas terost3ticas en sisteas de *aja teperatura,de*ido a ue un increento de presi&n del iso orden (%77 HPa) producir3 la isa apertura en lav3lvula, si nos encontraos a *aja teperatura (?+78) el recalentaiento asociado a esa v3lvula(%'8) es ucho aor ue el so*recalentaiento para una teperatura de evaporaci&n de porejeplo 8.

Para resolver este pro*lea se utiliFan v3lvulas de carga cruFada, donde el fluido del *ul*o de lav3lvula terost3tica no es el iso ue pasa por el evaporador este refrigerante esta elegidae4presaente para conseguir el iso recalentaiento con el iso salto de presiones.

Date post:	01-Mar-2018
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Evaporadores Condesadores

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