ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIONREFRIGERACIN 2012-IIDra. Carmen Velezmoro

Elementos del sistema de refrigeracinCONDENSADORVALVULA DE EXPANSIONEVAPORADORCOMPRESOROTROS

TANQUEALMACENAMIENTO1234

CONDENSADOREs un intercambiador de calor, donde el refrigerante toma contacto con un medio de enfriamiento (aire o agua)Recibe vapor sobrecalentado y lo entrega condensadoEl calor cedido AL AMBIENTE por unidad de masa se calcula como Q=h3 h2

El calor disipado en el condensador es la suma del calor que procede del evaporador mas el calor de trabajo del compresor1234QcPh

Tipos de CondensadoresEnfriados por aireEnfriados por aguaEvaporativos

Enfriados por aire- de tubo lisoSe emplean principalmente en aire acondicionado y refrigeracin domsticaSon bastante largos

Acumulan suciedad

Enfriados por aire de tubo con aletas

Usados en Instalaciones Industriales

Enfriados por aire de tubo con aletas El uso de ventiladores permite reducir la superficie del tubo

Son externamente parecidos al evaporador

Necesitan constante limpieza

Condensadores enfriados por aireLa temperatura de condensacin ser aprox. 15C mayor que la temperatura inicial del aireBaja eficiencia energticaBajo costo de instalacin y mantenimientoEl cp del aire es mucho menor que el cp del aguaSe instalan en lugares que no tengan temperaturas muy altas pues esto afecta la temperatura de condensacin y el rendimiento

EjemploSe tiene un condensador de aire trabajando en un ambiente a 20C con refrigerante R-22 . Cual ser la presin de condensacin??

SOLUCIONTemp de condensacin = 20 + 15 = 35CEn la Tabla de R-22 se ubica la presin de condensacin a esa temperatura.

Condensadores Enfriados por aguaSe emplean en refrigeracin industrial

Enfriados por aguaSe trata de un intercambiador de calor de carcasa y tubos

El agua debe ser enfriada, para ello se emplean torres de enfriamiento o tambin intercambiadores de placas.

Condensadores enfriados por aguaEl calor es transferido del refrigerante al aguaEl agua es bombeada hasta una torre de enfriamientoEn la torre de enfriamiento el agua cede el calor al aire externo

Condensadores enfriados por aguaMayor eficiencia energtica que los enfriados por aireMayor costo de instalacin y mantenimientoSe considera que la temperatura de condensacin ser aprox. 10C mayor que la temperatura del agua a la entradaSe puede emplear agua de mar

Condensador Evaporativo (aire y agua)La condensacin se produce dentro de tubos y el calor generado es absorbido por el agua, que se calienta hasta la tbh del aire, y pasa a vapor.

EvaporativoventiladorBomba de aguaairerefrigeranteDuchas de agua

Condensador EvaporativoEl rendimiento es funcin de la temperatura de bulbo hmedo del aire (Tbh) a la entrada

A menor Tbh mayor rendimiento

El rendimiento energtico es muy bueno

Coeficiente de condensacin (hc)Para condensador de 6 tubos, con dimetro de 25 mm a una temperatura de condensacin de 30C

Coeficiente condensacinRefrigeranteW/m2.CBtu/h.ft2.FR - 221142201R - 134a1046184R -7175096897

Capacidad del condensador Superficie del materialDiferencia de temperaturas interna y externaCoeficiente de condensacin

Capacidad del condensadorPara determinar la capacidad del Condensador si se conoce la capacidad del evaporador:

SUBENFRIAMIENTO Temperatura real que tiene el lquido refrigerante por debajo de la temperatura de condensacin, a la presin de saturacin correspondiente1234QcPh

SUBENFRIAMIENTOImplica aumento de la potencia frigorfica (mayor efecto refrigerante)

Potencia frigorfica es calculada como la diferencia de entalpas entre el lquido que sale del condensador (o entra al evaporador) y el vapor que entra al compresor, multiplicada por el caudal msico.

SUBENFRIAMIENTOPotencia frigorfica sin subenfriamiento:

P = 1541,72 Kcal/h

Potencia frigorfica con subenfriamiento

P = 1608.92 Kcal/h

1 Kcal/h = 1,16 1 Watts

Seleccin del CondensadorEn base a la capacidad del condensadorEn base a la potencia de refrigeracin

Seleccin del CondensadorSe trata de determinar la capacidad nominal del condensador que se debe instalarCada fabricante tiene sus propias tablas donde se determinan Factores por :a) Potencia de compresin (PC) b) Tipo de refrigerante c) Factor de altitud (msnm) d) Temperatura de evaporacin e) Tcondensacin - Tambiente

Caudal del aguaSe emplea el clculo del calor sensible ganado por el agua = calor cedido por el refrigerante en el condensadorPresin de condensacin Pc Rc Rv PfRc = relacin de compresinRv = rendimiento volumtricoPf = potencia frigorfica

TANQUEALMACENAMIENTO1234

Recipiente de lquidoA la salida del condensadorMantiene una reserva de lquidoVertical u horizontalAlmacena el lquido a alta presinLleva vlvulas de seguridadTambin debe tener un visor de lquido

TANQUEALMACENAMIENTO1234

Vlvula de expansinEs el elemento que asegura la entrada del refrigerante en estado lquido al evaporador.Su funcin es bajar la presin del refrigerante para que se produzca la evaporacinControla la cantidad de refrigerante que ingresa al evaporador

Tipos de vlvula de expansinDe Tubo CapilarTermostticaDe flotador

Vlvula de tubo capilarEs la mas simpleSe emplea en instalaciones domsticasEs un tubo de cobre de pequeo dimetroNo se emplea tanque de almacenamiento

Circuito de un refrigerador COMPRESORCONDENSADORFILTRO TUBO CAPILAREVAPORADOR

VALVULA DE EXPANSION TERMOSTATICAEl refrigerante debe estar 100% lquido (subenfriado)Montado cerca del evaporadorRegula la temperatura del refrigerante para que no ingrese lquido al compresorFunciona accionado por membranas que cierran y abren de acuerdo a la informacin del bulbo termosttico

Vlvula de expansin termosttica

V. Expansin termostticaorificioAjuste delsobrecalentamientoSalida delrefrigerante

Presin en la vlvula de expansinHay 3 presiones fundamentales:

Pb = Presin del bulboPe = Presin de evaporacinPr = Presin del resorte

Pb > Pr + Pe, la v. se abrePb < Pr + Pe, la v. se cierraPbPrPe

Regulacin interna

Regulacin externaSe emplea en grandes evaporadores con prdida de presin significativa

SobrecalentamientoEs la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida del evaporadorGrados de temperatura por encima de la temperatura de saturacin, medidos en el bulbo de la vlvula de expansinDebe estar comprendido entre 4 y 7C

Si la diferencia de temperaturas es < 4C, el recalentamiento es bajo.PROBLEMA: posible lquido en compresorSOLUCION: disminuir el flujo a la vlvula

Si la diferencia de temperaturas es > 7C, el recalentamiento es alto.PROBLEMA: escarcha en el evaporadorSOLUCION: incrementar el flujo a la vlvula

EjemploConsidere CFC 12 circulando A travs del sistema ilustrado en la figura.

Suponga que la presin del fluido refrigerante en el punto 2 es de 868kPa. El evaporador ofrece una prdida de presin de 50kPa. La vlvula provoca una prdida de presin de 600kPa. La presin impuesta por el resorte es de 60kPa.

Cual es el grado de sobrecalentamiento en la salida del evaporador cuando se utiliza una vlvula de expansin termosttica con regulador interno de presin?B. Cul es el grado de sobrecalentamiento en la salida del evaporador cuando se utiliza una vlvula de expansin termosttica com regulador externo de presin?

Solucin APodemos calcular la presin 4 de la forma:P4= P2 P vlvula P serpentn = 868 - 600 - 50= 218 kPa El balance de presiones en el diafragma de la vlvula con regulador interno de presin. En el equilibrio:Pb=Pr+Pe(P3)Pb = 60 + 268=328kPaTb = Tsat (Pb)=1,9C (Tabla de propiedades para R12) T = T4 Tsat(P4) T = 1,9 Tsat(218kPa) = 1,9 (-10,2C)= 12,1C

Solucin BSe puede calcular la presin en el bulbo:

Pb= Pr+Pe(P4)Pb = Pr + P4Pb = 60 + 218 = 278kPaTb = Tsat (Pb)= -3,1CComo T4 = Tb se tiene: T = T4 Tsat(P4)T = -3,1-(-10,2) =7,1C

En este ejemplo se concluye que la vlvula de expansin termosttica com regulacin externa es mas adecuada, ya que el grado de sobrecalentamiento se mantiene dentro del rango recomendado

Filtro y orificioEl filtro es de malla metlica muy finaEl orificio (o tobera) es donde se produce la expansin del fluido refrigeranteSi se cambia el orificio, se cambia la capacidad de la vlvula

Seleccin de la vlvula de expansinCapacidad de refrigeracinTemperatura de evaporacinTemperatura de condensacinTipo de refrigeranteCada de presin neta a travs de la vlvulaDatos del fabricante

TANQUEALMACENAMIENTO1234

EVAPORADOR Es un Intercambiador de calor Donde se produce el efecto refrigerante El refrigerante pasa de lquido a vaporLa cantidad de calor transferida se calcula como Qe = S h T

T HR

Proceso en el evaporadorDespus de la vlvula de expansinEl refrigerante entra lquido en el evaporadorComo la presin es bajaEl refrigerante se evaporaAbsorbiendo calor del medio externo (aire, agua, alcohol, etc.)Despus de la evaporacin el refrigerante sufre un sobrecalentamiento

ConsideracionesDT en el evaporador Inyeccin de refrigeranteDistribucin de lquido Distribucin de aire Tipo de desescarche Espacio entre aletas Control de presin Control de humedad

Eficiencia del EvaporadorTener una superficie suficiente para absorber la carga trmica sin excesiva diferencia de T

Capacidad suficiente para la circulacin del lquido y el vapor

La cada de presin entre la entrada y salida no debe ser excesiva

CLASIFICACION DE EVAPORADORESSEGN EL TIPO DE ALIMENTACION DEL LIQUIDO:INUNDADOSSECOS

SEGN LA CONSTRUCCIONDE TUBO LISODE TUBO CON ALETAS

EVAPORADORES INUNDADOSParte del Refrigerante se mantiene lquido durante el proceso de evaporacin El T se mantiene constante en todo el procesoNecesitan un elemento separador de lquido antes de la aspiracin del refrigerante por el compresorSe emplean vlvulas de flotador para controlar el ingreso del refrigerante al evaporador

Circuito inundado con recirculacin por gravedadCONDENSADORDEPOSITOCOMPRESORSEPARADOREVAPORADORVALVULA

Circuito inundado con recirculacin por gravedadCONDENSADORDEPOSITOCOMPRESORSEPARADOREVAPORADORVALVULAPor bomba

Detalle del separador

EVAPORADOR SECOAdmite la cantidad necesaria para que todo el refrigerante se convierta en vaporEl refrigerante sale del evaporador como vapor sobrecalentadoParte de la superficie de transferencia de calor se emplea para el sobrecalentamientoTrabajan con vlvulas de expansin termostticas

Circuito con evaporador seco y vlvula de expansin termosttica

EVAPORADORES DE TUBO LISO O DE SUPERFICIE PRIMARIAUno o varios tubos de cobre dispuestos en espiral o en zig zag

EVAPORADOR DE TUBO CON ALETASLas aletas incrementan la superficie de transferencia de calorActan como colectores de calor y lo transfieren a los tubosDebe existir una firme unin entre aletas y tuboEl tamao del tubo determina el tamao de la aleta

VENTILACION EN EL EVAPORADORPARA ENFRIAR AIRENATURAL : Cuando el aire circula por diferencia de densidades. Son instalados en el techo de la cmara.

FORZADA: Cuando se emplean ventiladoresMejora la eficiencia

SISTEMA DE EXPANSION DIRECTAEl evaporador esta en contacto directo con el material o ambiente a refrigerarTambin se puede localizar el evaporador en un conducto desde donde se distribuye el aire a los ambientes refrigeradosTrabaja solo con un refrigerante en el sistema, que puede ser halogenado, fren o cualquier otro similar

SISTEMA DE EXPANSION INDIRECTACuando el evaporador enfra un lquido (agua, salmuera, alcohol, etc.) que se encuentra en un tanque y ste es bombeado para enfriar el local refrigerado.Se evitan grandes diferenciales de presinSe ahorra refrigerante

Expansin indirectaCMARA

T en el evaporadorDiferencia de temperatura entre el refrigerante en el evaporador y el medio a enfriar.Si el medio a enfriar es lquido, el T debe ser de 5CSi el medio a enfriar es aire:T = 5 a 8C para ventilacin forzada T = 8 a 12C para ventilacin natural

T = Tae TeEntradaSalidaAIREREFRIGERANTETeTae

EjemploTae = -18C Tas = -21C Te = -25C

Calcular T: Tml = 5,36C Tma = 5,5C T = 7C

T tiene influencia considerable sobre la eficacia del sistema

Efecto del T sobre la Humedad < T > HR > T < HRT en evaporador de tubo con aletas

HR (%)T (C)7510 A 13808 A 10856 A 8904 A 6

CAPACIDAD DEL EVAPORADORQe = WattsS = m2h = W/m2 CT = CQe = S h T

Superficie del evaporadorS = S tubos + S aletasEjemplo: Un evaporador de 8 tubos y 66 aletas como se muestra en la Figura: LAHS tubos = 2 r L x 8S aletas = A x H x 66 x 2

DESESCARCHEPor esta operacin se elimina el hielo que se forma sobre los tubos del evaporadorFormas de realizar el desescarche:Por agua (o anticongelante)Por resistencias elctricasPor gas calientePor inversin del cicloLa frecuencia de esta operacin depende del sistema de refrigeracin

SELECCIN DE UN EVAPORADORSe realiza de acuerdo a las Tablas del fabricanteLa capacidad calculada de acuerdo a las necesidades, ser corregida por uno o ms factores

HUMEDAD RELATIVA DENTRO DE LA CAMARA

SELECCIN DEL EVAPORADORDatos iniciales:Qe (W) = Capacidad frigorfica deseada.Tae(C) = Temperatura cmara =Temperatura del aire a la entrada del evaporador.Te (C) = Temperatura Evaporacin = Temperatura correspondiente a la presin del refrigerante a la salida del evaporador.HR (%) = Humedad Relativa.

T(K) = Tae-Te. Si no es conocido, para su eleccin se puede utilizar el diagramaCFs = Factor F en las condiciones C1 a C4. Para seleccionar en las condiciones del catlogo, se deben aplicar los siguientes factores de correccin: F = Factor F en las condiciones deseadas (A)FC = Factor de correccin de desescarche (B)FR = Factor de refrigerante. Qsel (W) = Capacidad frigorfica de seleccin.

FACTOR DE CORRECCION PARA EVAPORADORES

CONDICIONT AIRE (C)T EV (C)TFC12,5-5,581,25C2-5-1381,12C3-18-2681,05C4-23-3181,02

FACTOR DE CORRECCION DE DESESCARCHE

FACTOR DE CORRECCION POR REFRIGERANTE

Refrigerante R 404A R 22 R 134a Factor FR 1,0510,95

EJEMPLOSELECCIONAR EL EVAPORADOR PARA EL SISTEMA:

Qe = 9.500 W. HR = 82 %. Tae = 0C. Refrigerante: R 404A.

Elementos del sistema de refrigeracin

REFERENCIASAlarcn Creus Jos. 2000. Tratado Prctico de refrigeracin automtica. Ed. AlfaOmega. 436p.http://www.danfoss.com/spainAbdefrio. 2010. Catlogo General, evaporadores y condensadores.

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