Universidad Fermín Toro

Escuela de Ingeniería

Cabudare, Estado Lara

Actividad 03

Alumno: Gustavo Suarez

CI:25142717

Sistema de refrigeración por absorción es un medio de producir frío que, al igual que en el sistema de refrigeración por compresión, aprovecha que las sustancias absorben calor al cambiar de estado, de líquido a gaseoso. Así como en el sistema de compresión el ciclo se hace mediante un compresor, en el caso de la absorción, el ciclo se basa físicamente en la capacidad que tienen algunas sustancias, como el bromuro de litio, de absorber otra sustancia, tal como el agua, en fase de vapor. Otra posibilidad es emplear el agua como substancia absorbente (disolvente) y amoníaco como substancia absorbida (soluto).

Su funcionamiento

El ciclo más comúnmente empleado es el de agua-bromuro de litio por tener mayor eficiencia.2 Se emplea el bromuro de litio porque tiene gran capacidad de absorber agua y porque puede deshidratarse mediante el calor.

Bajando a los detalles de este ciclo, el agua (refrigerante), que se mueve por un circuito a baja presión, se evapora en un intercambiador de calor, llamado evaporador. La evaporación necesita calor, que obtiene en un intercambiador en el que refrigera un fluido secundario (normalmente, también agua), que se lleva por una red de tuberías a enfriar los ambientes o cámaras que interese. Tras el evaporador, el bromuro de litio absorbe el vapor de agua en el absorbedor, produciendo una solución diluida o débil de bromuro en agua. Esta solución pasa al generador, donde se separan disolvente y soluto mediante calor procedente de una fuente externa; el agua va al condensador, que es otro intercambiador donde cede la mayor parte del calor recibido en el generador, y desde allí pasa de nuevo al evaporador, a través de la válvula de expansión; el bromuro, ahora como solución concentrada en agua, vuelve al absorbedor para reiniciar el ciclo.

Aunque no aparece en la figura, también se suele utilizar un intercambiador de calor, poniendo en contacto, sin mezcla, los conductos absorbedor-generador y generador-absorbedor, para precalentar la solución de agua-bromuro de litio, antes de pasar al calentador (generador), mientras que, a su vez, la solución concentrada de bromuro de litio se enfría cuando va hacia el absorbedor, ya que la absorción se realiza mejor a baja temperatura. De hecho en

el absorbedor debe haber un intercambiador para enfriarlo con la torre de enfriamiento.

Al igual que en el ciclo de compresión, el sistema requiere una torre de enfriamiento para disipar el calor sobrante (suma del aportado por la fuente externa y el extraído de los locales o espacios refrigerados). El fluido caloportador que va a la torre discurrirá sucesivamente por dos intercambiadores situados en el absorbedor y en el condensador.

Como se puede ver en el esquema, los únicos elementos mecánicos existentes en el ciclo son una bomba que lleva la solución concentrada al generador y otra, no representada, para llevar el caloportador a la torre de enfriamiento.

El ciclo amoniaco-agua es en todo semejante, salvo que en este caso el refrigerante es el amoniaco y el absorbente es el agua. Se utiliza, aunque tiene menor eficiencia energética, porque tiene la ventaja de poder conseguir temperaturas inferiores a 0 ºC, es decir, en aparatos para congelar, como frigoríficos.

Comparaciones entre absorción y compresión

El ciclo termodinámico de enfriamiento por absorción, al igual que el de compresión, se basa en la necesidad del fluido usado como refrigerante de obtener calor del líquido a enfriar para poder pasar del estado líquido al de vapor al reducirse la presión a la que está sometido. En los equipos de refrigeración, el fluido en estado líquido se encuentra a más alta presión en el condensador y se le hace fluir al evaporador a baja presión donde obtiene de su entorno el calor necesario para poder evaporarse. Este refrigerante en estado vapor se devuelve a alta presión al condensador donde se le sustrae el calor que ha obtenido volviendo al estado líquido para empezar de nuevo el ciclo. Con ello se logra el objetivo de sacar calor de un espacio, el evaporador, enfriándolo, para disiparlo en otro, el condensador.

Mientras que en el ciclo de compresión, la circulación del fluido y el efecto de la presión se obtiene con un compresor mecánico, en el ciclo de absorción ello se logra aportando calor al generador donde el refrigerante está mezclado con otro fluido denominado absorbente cuya función es absorber el vapor en la zona de baja presión para poder devolverlo en forma líquida al generador.

Las diferencias fundamentales son:

El ciclo de vapor consume energía mecánica, mientras que el ciclo de absorción consume energía térmica.En igualdad de condiciones, por cada unidad de efecto refrigerante, se requiere más energía calorífica en el sistema de absorción que energía mecánica en el sistema de compresión de vapor.El precio de la energía mecánica es superior al de la energía térmica, que a menudo proviene de una fuente residual prácticamente gratuita.

Rendimiento del ciclo de absorción

Los refrigerantes y absorbentes presentan las siguientes propiedades

Ventajas y Desventajas de las Sustancias en Sistemas de Absorción

Medidas de Eficiencia

Aislamiento

El aislamiento es el factor más importante, las pérdidas mínimas se obtendrían en una envolvente cúbica.

Cuanto mayor sea la altura de las cámaras, menor será la superficie aislada.

El tamaño en planta de los bloques de cámaras adyacentes conviene que sea el mayor posible.

Un valor medio aceptable es de 2,2m3/m2, para almacenes de volumen importante.

Sistemas de Producción

Compresores

Cambiar los compresores de tipo hermético por otros de tipo abierto.

Considerar la posible aplicación de compresores de tornillo, conjuntamente con compresores alternativos, para ajustar mejor la capacidad del sistema a las necesidades a carga parcial.

Emplear sistemas de compresión en doble escalón, con refrigeración intermedia con separación de líquido.

En plantas de funcionamiento de temporada deben disponerse un número de compresores que hagan frente al enfriamiento masivo de fruta en verano, y que permitan un funcionamiento económico en invierno.

Condensadores

Ampliar la capacidad de los condensadores.

Permitir que la presión de condensación descienda tan bajo como sea posible.

Sustitución de condensadores húmedos por condensadores por aire, en el caso de climas templados y húmedos.

Emplear un tratamiento de agua adecuado para evitar incrustaciones y ensuciamiento en los condensadores.

Alumbrado

En las cámaras de conservación y congelación, cambiar el sistema de alumbrado de incandescencia a fluorescencia.

Utilizar los sistemas de alumbrado de las cámaras de conservación solamente cuando sea estrictamente necesario.

Motores

Emplear motores eléctricos dotados de sistemas de regulación de la velocidad.

Emplear motores eléctricos ajustados a las necesidades.

Bombas

En las bombas centrifugas ajustar el tamaño del rodete a las necesidades reales de presión.

En los sistemas de bombeo, mantener limpios los filtros.

Mantenimiento

Revisar la selección de las válvulas termostáticas de expansión, para que trabajen entre límites de presión más próximos.

Revisar el aislamiento de tuberías y equipos, valorando adecuadamente la importancia de la barrera de vapor como posible fuente de pérdidas.

Mantener limpios los filtros de las líneas de refrigerante líquido.

Reparar las fugas de agua o salmuera.

Comprobar y ajustar periódicamente la purga continua en las torres, para evitar pérdidas de agua y productos químicos.

Establecer un buen programa de mantenimiento preventivo.

Comprobar, ajustar y equilibrar las instalaciones.

Instalación

Favorecer la instalación de equipos centralizados.

Valorar la conveniencia de los sistemas de enfriamiento rápido, desde el punto de vista energético.

En cuanto a la congelación por aire, cuyo consumo energético es el más importante, debe valorarse sobre todo el consumo de ventiladores, que es un factor importante que debe tratar de reducirse.

Considerar la posibilidad de utilizar las horas nocturnas para la generación de frío.

En el caso de tener producciones de frío a distintas temperaturas, se instalarán circuitos independientes a cada una de ellas.

Considerar la posibilidad de elevar la temperatura de evaporación hasta valores compatibles con la calidad de los productos, o con los procesos de enfriamiento.

Si se posee una central generadora de vapor a alta presión, estudiar la posible utilización de turbinas de vapor para accionar los equipos mecánicos.

En el tratamiento de aguas, no utilizar mayor cantidad de productos químicos que los necesarios.

Regulación y Control

Comprobar con frecuencia el calibrado de los aparatos de regulación.

Automatizar las instalaciones con control manual.

Mantener los aparatos de control de temperatura fuera del alcance de personas no autorizadas.

En las cámaras de conservación, comprobar que los relojes programadores funcionan correctamente y mantienen los ventiladores parados, cuando se elimina el agua de desescarche, y se enfrían los evaporadores.

En los evaporadores con desescarche eléctrico, montar un termostato de control de desconexión de las resistencias.

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Cabudare, Estado Lara

Actividad 04

Alumno: Gustavo Suarez

CI:25142717

Ejercicio #1

Diagrama de equipo

qh

(R – 12) wc

ql

Diagrama T- S

T

2

3

Condensador

23

Evaporador

14

4

S

Datos

T3 = 37, 8°C = 1,8 x 37,8 + 32 = 100°F

T1= T4= -17,8°C = 1,8 (-17,8) + 32 = 0°F

ṁ = 95 Kg / h = 95kgh

x 2,2lbm1kg = 209 lbm/ h

Sustancia de trabajo: R-12

Entrada del compresor (vapor saturado):

T1 = 0°F tablaR−12

sat h1= hg = 77,27 Btu/lbm

S1 = sg = 0,1689 Btu/lbm

P1= 23,849 Psi

V1= vg = 1,6089 pie /lbm³

Salida del condensador (liquido saturado)T3= 100°F tablaR−12

sat h3= hf= 31,10 Btu/lbm P3=131,86Psi V3= vf= 0,01269 pie /lbm³

Salida de la valvula de expansiónH4=h3 h4= 31,10Btu/lbmSalida del compresor (vapor sobrecalentado)

P2=P3= 131,86Psi tablaR−12sobreC h2= 90,28 Btu/lbm

S2= S1= 0,1689Psi

Diagrama P –H

P(Psi)

131,86 3 2

23,849

4

31,10 77,27 90,28 h(Btu/lbm)

a) Coeficiente de realización

β= qlwc

β= h1−h4h2−h1

β=(77,27−31,10 )Btu/ lbm(90,28−77,27 )Btu /lbm

β=3,549

b) Capacidad de la planta en ton. De refrigeración

Cap= ṁ . ql

Cap= 209lbm/h x (h1-h4)

Cap= 209lbmh x (77, 27 – 31, 10)

Btulbm x

1 tonderefr .12000Btu /h

Cap = 0,804 ton de refrigeracion

c) Cantidad de liquido que sale del condensador

VL = ṁ. V3 = 209lbm/h x 0, 01269 pie³/lbm

VL = 2,652 pie³/h

d) Cantidad de gas que sale del evaporador

Vg= ṁ. V1 = 209lbm/h x 1,6089 pie³/lbm

Vg= 336,26 pie³/lbm

Ejercicio # 2

Datos

ṁ= 200kg/h x 2,2lbm

1kg = 440 lbm/h

P1= 1,76kg/cm2 x 14,223 Psi = 25Psi

T1 = -6,67°C = 1,8 x (-6,67) + 32 = 20°F

P2' = 17,6 kg/cm² x 14,223Psi1kg /cm ² = 250Psi

T2'= 138℃ = 1,8 x 138 + 32 = 280℉

P5= 11,6 kg/cm² x 14,223Psi1kg /cm ² = 165Psi

T5 = 37,8= 1,8 x 37,8 + 32 = 100℉

P8= 2,1 kg/cm² x 14,223Psi1kg /cm² = 30Psi

T8 = -12,4℃ = 1,8 x (-12,4) +32 = 9,7℉

a) Diagrama T-S

T

2

3

4

5

6 7 1

8

S

b) Diagrama de equipo

Qh

Wc

Ql

Condensador

Evaporador

6 32

7

1

8

Determinación de entalpias

P1=25Psi tablaR−12sabreC h1= 80,084 Btu/lbm

T1=20℉

P2= 250Psi tablaR−12sabreC h2= 116,03 Btu/lbm

T2=280℉

P5=165Psi tablaR−12sabreC h5= hf= 31,10 Btu/lbm

T5= 100℉

P8= 30 Psi tablaR−12

sat h8=78,45Btu/lbm

T8= 9,7℉ v8= 1,2964Pie³/lbm

P4= P2 = 250Psi tablaR−12

sat h4=hf= 43,91 Btu/lbm

V4= vf= 0,0141Pie³/lbm

c) Coeficiente de realización

β= qlwc

β= h8−h7h2−h1 ; h7≈ h6 = h5 = 31,10Btu/lbm

β= (78,45−31.10 )Btu / lbm

(116,03−80,04 )Btu / lbm

β= 1, 32

d) Capacidad de la planta en toneladas de refrigeración

Cap= ṁ. Ql = 440 lbm/h . (h8-h7)

Cap= 440lbm/h (78,45 – 31,10) Btu/lbm x 1 ton

12000Btu /h

Cap= 1,736 ton de refr.

e) Volumen de liquido que sale del condensador en Pie³/h

VL= ṁ . v4 = 440Btu/lbm . 0,0141 pie³/h

VL= 6,204pie³/h

f) Volumen de vapor que sale del evaporador en pie³/lb

Vv= ṁ.V8

Vv= 440lbm/h . 1,2964Pie³/h

Vv=570, 42 Pie³/h

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Actividad 11

Alumno: Gustavo Suarez

CI:25142717

a) Flujo total para seleccionar el tamaño del ventilador

Diagrama de flujos (en CFm)

F 400

E 500

D 500

el 0 1 2

A B 600

600 c 400

Q = ∑ flujo = 600 + 600 + 400 +500 + 500 + 400

Q= 3000 cFm

b) Flujo de aire en cada ventiladorQ E – F = 400 cFm

Q 0= E = 900cFmQ 2 – 0 = 1400 cFmQ B – c = 400 cFmQ 2 – B = 1000 cFmQ 1 – 2 = 2400 cFmQ 1 – A = 600 cFmQ 0 – 1 = 3000 cFm

c) Diámetros equivalentes

V = 155 pie/min

Con v = 1500 pie/min y Q = 3000cFm entonces en la corta de friccion, obteniendoFriccion = 0,15pulg de Ca/100pieEntrando en la ducteria con la misma friccion se obtiene el diámetro equivalente para cada turno

Tabla de diámetro equivalente

Tramo flujo (cFm) De (pulg)

E-F 400 9

D - E 900 12

2-D 1400 14

B-C 400 9

2-B 1000 13

1-2 2400 18

1-A 600 11

0-1 3000 21

d) Sección rectangular de cada ducto

Entonces en la tabla de secciones, rectangulares de ductos, con el diámetro equivalente, se obtiene el ducto rectangular adecuado para cada tramo

Tramo flujo (cFm) De (pulg) secciones rectangular

E-F 400 9 14x6”

D - E 900 12 14x10”

2-D 1400 19 14x12”

B-C 400 9 14x6”

2-B 1000 13 16x10”

1-2 2400 18 20x14”

1-A 600 11 14x8”

0-1 3000 21 28x14”

e) Para cada tramo, la friccion es = 0,15 pulg deC . A

100 pies

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Actividad 10

Alumno: Gustavo Suarez

CI:25142717

Los ductos o también llamados conductos son utilizados en el ámbito de

los sistemas de aire acondicionado para distribuir y extraer aire en los

diversos ambientes que forman un conjunto de salas o cuartos. Entre los

flujos de aire que circulan por los conductos se distinguen por

ejemplo, alimentación de aire, el "de retorno",1 el aire de recirculación, y

la extracción de aire.2 Los conductos también permiten distribuir el

suministro de aire para ventilación. Por lo tanto, los conductos para aire

son un método utilizado para asegurar se dispone de una

adecuada calidad del aire interior como también de confort térmico.

Un sistema de conductos a menudo es denominado red de ductos. La

planificación, dimensionamiento, optimización, ingeniería detallada, y

cálculo de las caídas de presión a lo largo del sistema de conductos es

denominado el diseño de conductos.3

Existen diversas tipologías de conductos atendiendo a su composición y/o

su geometría. En referencia a la composición los conductos más

habituales son los metálicos, los fabricados en material aislante (fibras de

vidrio y lanas de roca principalmente), los textiles e incluso los flexibles de

aluminio reforzado. En cuanto a su geometría los hay de sección

rectangular, de sección circular y ovalada

Tipos de ductos: Existen diversas tipologías de conductos atendiendo a

su composición y/o su geometría. En referencia a la composición los

conductos más habituales son los metálicos, los fabricados en material

aislante (fibras de vidrio y lanas de roca principalmente), los textiles e

incluso los flexibles de aluminio reforzado. En cuanto a su geometría los

hay de sección rectangular, de sección circular y ovalada

En los tipos de ductos Básicamente pudiéramos encontrar estos tipos de

ductos:

Espiro liso

Metaluflex Espiro rib

Rectangular Estándar.

Aluflex

 Clasificación:Estos sistemas se clasifican en función de la velocidad y de

la presión en los conductos. En función de la velocidad del aire tenemos:

Conductos de baja velocidad (<12 m/s, entre 6 y 12 m/s) y conductos de

alta velocidad (>12 m/s) En función de la presión del aire en el conducto,

se clasifican en baja, media y alta presión. Esta clasificación

corresponde a la misma que utilizan los ventiladores: - Baja presión

(clase I): Hasta 90 mm.c.a. - Media presión (clase II): Entre 90 y 180

mm.c.a. - Alta presión (clase III): Entre 180 y 300 mm.c.a.

Los principales tipos de materiales para su construcción Composición:

Lana de vidrio en rollos de textura uniforme con barrera de vapor tipo

FRK, foil de aluminio reforzado con hilos de vidrio y papel Kraff.

Referencia Térmica R: R=1.044 ºC m2/w: 5.80 (Hr. ºF ft2/BTU).

Conductividad Térmica: K= 0.039 w/m2 ºC a 24ºC es decir 0.260 BTU/hr.

Ft2 (ºF/in) a 75ºF.

 AEROCOR REFORZADO Es un aislamiento térmico utilizado como

recubrimiento interno de ductos metálicos en sistemas de aire

acondicionado y de ventilación. Fabricado con lana de vidrio semirrígida,

en forma de lámina de color gris, con refuerzo en malla poliéster chicopee

o fieltro en fibra de vidrio endurecido con acetato de vinilo.

 Métodos de diseño Entre ellos, encontramos:

Método de reducción de velocidad

Método de pérdida de carga constante

Método de recuperación estática

Método T

Los más empleados suelen ser el método de pérdida de carga constante

(para conductos de impulsión baja velocidad, retorno y ventilación) y el

método de recuperación estática (principalmente en conductos de

impulsión de baja y alta velocidad). El método de reducción de velocidad

no se suele utilizar porque para resolver el problema con una precisión

razonable se necesita mucha experiencia y conocer perfectamente el

cálculo de conductos. El método T permite una optimización del diseño

que no permiten los otros métodos. Sin embargo, no es tan común como

los anteriores.

El Método de pérdida de carga constante Este método se utiliza en

conductos de impulsión, retorno y extracción de aire. Consiste en calcular

los conductos de forma que tengan la misma pérdida de carga por unidad

de longitud a lo largo de todo el sistema.

En la selección de los ventiladores el punto de funcionamiento será la intersección de la característica del circuito (ΔP=kQ2) y la característica del ventilador (dado por el fabricante). Se puede variar el punto de funcionamiento bien variando la característica del circuito (compuertas, etc.) o bien variando el régimen de giro del ventilador.

 La selección de los ventiladores Los criterios para seleccionar un ventilador son las dimensiones, el ruido, la facilidad de mantenimiento y coste inicial. El ruido y el rendimiento están ligados entre sí, en el sentido de que el mínimo nivel sonoro se corresponde con el rendimiento máximo.

 Cálculos de pérdidas:

Primeramente revisaremos algunos conceptos:

Propiedades físicas del aire: Obviamente las propiedades físicas del aire van a depender de la temperatura y de la presión. En el diseño de

conductos, las propiedades más utilizadas son la densidad y la viscosidad. La densidad se puede aproximar como:

Diámetro equivalente: Los conductos utilizados en la distribución del aire pueden ser circulares o rectangulares, Debido a que la mayoría de las tablas y expresiones se dan para conductos circulares, resulta muy útil el concepto de diámetro equivalente.

 Pérdidas de carga: dentro del conducto el fluido experimenta una pérdida de presión por rozamiento, denominándose ésta pérdida de carga. Estas pérdidas de carga se dividen en pérdidas en el conducto y pérdidas en singularidades. Pérdidas en conducto Se produce una pérdida de carga por el paso del aire en el conducto, la cual suele expresarse por metro de longitud como: siendo f el factor de fricción (adimensional) del material.

Pérdidas en singularidades: Habitualmente estas pérdidas se miden de forma experimental y se determinan por expresiones del tipo: siendo K el factor de forma de la singularidad.