Aplicación típica

La tarea principal del evaporador es enfriar ell medio a la temperatura deseada.

Cuando el refrigerante esta pasando por el evaporador este utiliza el calor del fluido en su alrededor para cambiar de estado pasando a vapor. Este es el “efecto de enfriamiento”, y por esto se dice que la tarea del evaporador es enfriar algo.

Normalmente el flujo de los fluidos es en contracorriente.

Las aletas del evaporador al aumentar significativamente la superficie de transmisión de calor, hacen que éste sea mas efectivo.

Para asegurar una eficiencia y capacidad de enfriamiento del evaporador alta, es necesario realizar desescarches cada cierto tiempo.

Evaporadores

Eficiencia de un evaporador de aire

QE = SA x LMTD x VA x k-factor

LMTD = Diferencia de temperaturaSA = Area de enfriamientoQE = Capacidad de refrigeración

VA = Caudal de airek-factor = Factor de eficiencia

Cálculo de LMTD

Entrada de aire2°C

Salida de aire-1°C

-10°CTemperatura de aspiración

(salida refrigerante)

-9°CTemperatura de aspiración + p interna en la bateria de

aire

Δ T = 12°C Δ T = 8°C

LMTD =

=

(12 – 8)°C

ln 128

9.87°C

Evaporadores

• Normalmente cuando se produce la ebullición se produce espuma que puede ser arrastrada fuera del evaporador y llegar al compresor produciendo daños en las partes mecánicas del compresor.

Ebullición

Ebullición en cazo de leche

Altura de espuma

Car

ga te

rmic

a

Ebullición

Zona de espuma

INESTABLE

Vapor

ESTABLE

Ebullición girada

Zona de espuma

INESTABLE Vapor

ESTABLE

Recalentamiento

Car

ga

térm

icaTevaporación

+5ºC

0ºC

-15ºC100 %

10 %

MSS Curve

11 °C 18 °C

MSS depende de:• Carga• Temperatura de evaporador• Flujo de aire• Diseño batería• Etc.

No olvidar nunca Cada evaporador es ÚNICO

Teoría de la Mínima Señal eStable del evaporador

Diagrama típico

Hielo

Zona de espuma

INESTABLE

Vapor

ESTABLE

RecalentamientoC

arga

té

rmic

a

Bloque de hieloFallo en ventiladorMala distribución de producto

Desplaza la curva MSS hacia la derecha con valores más inestables

Curva MSS y fallo en ventilador o hielo

2

13

4

Refrigerant

Air

Tem

pera

tura

Longitud evaporador

Correcto

Dirección del flujo del aire a través del evaporador

Refrigerante

Refrigerante

Aire

Aire

La gota explota y sale del tubo

La gota disminuye de diámetro y no sale del tubo

Diagrama simbólico de los diferentes recalentamientos del evaporador

toh-to

toh-to

toh-to

Recalentamiento pequeño- Max. inestabilidad en señal de recalentamiento

MSS es alcanzada.-MSS = Mínimo recalentamiento estable que el evaporador puede alcanzar

toh-to

toh-to=0

Recalentamiento demasiado alto- Evaporador insuficientemente utilizado

Condiciones de trabajo de zona humeda

- Liquido fluye al compresor

tohto

Recalentamiento demasiado pequeño-Señal de recalentamiento parcialmente estable, sin embargo, existe retorno de liquido a la linea de aspiración, que tendrá que compensarse con un mayor funcionamiento del compresor.

S2-To

Longitud

Zona MSS

INEstable Inestable estable

S2

To

Recalentamiento y líquido en evaporador AKS 11

Ciclo de refrigeración

Evaporator

Condensador

CompresorSistemaexpansor

Sub-enfriamiento

Recalentamiento

VaporLiquido

Entalpia

Log P

Sub-enfriamientoRecalentamiento

10.0 °C

2.0 °C

Temperatura y temperatura

Después del distribuidor

T2

T1

SHT = T2-T1

10.0 °C

Presión y temperatura

SHT = T2-T1

T2

P1 -> T1

Medida del recalentamiento

Medida de P y T

Transmisión de P y T

Resta de P y TRecalentamiento

Como medir el recalentamiento 1

Válvula de expansión termostática TEV

AKS 32RSSU RENSM ITTER AKS 330G 21 03Pe : - 1 - 34 b ar -14 .5 - 49 3 ps ig/ M WP 5 80 p sig

10 - 30 V d.c.4 - 20 mA

+ SUPPL Y VO LT AGE- CO MM O N

Entrada aire

S2

Salida aire

S des

Válvula de expansión electrónica AKV

Como medir el recalentamiento 2

Medida de P y T

La válvula de expansión controla y mantiene la cantidad de refrigerante que se inyecta en

el interior del evaporador.

Esto lo realiza manteniendo un recalentameitno constante en el punto donde se monta un bulbo en la linea de aspiración.

(En un escenario a carga constante)

Válvula de expansión

La TEV intentará mantener un recalentameitno constante en una situación de carga constante. Si hay una variación de carga, la TEV abrirá mas cuando aumente la carga, y abrirá menos cuando disminuya la carga, manteniendo de nuevo otro recalentamiento constatne. El grado de apertura se decide por medio de un balance entre las fuerzas de apertura y las de cierre. •La fuerza de apertura es la ejercida por la presión en el interior del elemento termostatico (sensor de temperatura) •Las fuerzas de cierre son ejercidas por la presión del refrigeratne y un muelle

Funciones de la válvula de expansión

Temperatura

Pb

Ps Po

Tb

To

Tbulbo

Pevaporador

Pmuelle

Pres

ión

P bulbo

Po + Muelle

PoMuelle

4K

Balance de fuerzas y apertura

Recalentamiento

Cap

acid

ad d

e la

vál

vula

Capacidad de reserva

Capacidad nominal

Capacidad a válvula abierta

SS OS

OPS

Apertura de una TEV Recalentamiento y capacidad

• Recalentamiento estático (SS)Recalentamiento necesario para vencer la fuerza inicial del muelle

• Recalentamiento de apertura (OS)Recalentamiento requerido para mover con el vástago de la válvula el asiento

• Recalentamiento de operación (OPS)Recalentamiento total de la válvula (SS + OS)

Recalentamiento

Capacidad

TEX 5-7.5

TEX 5-4.5

TEX 5-3

Válvulas de distintos tamaños

El recalentamiento se ajusta hasta conseguir

que la presión de salida sea (6°C/11°F).

Baño de alcohol 0°CRegulación de presión de aire

Orificio de evacuación

Recalentamiento estático = Ajuste de fábrica - 1°K

Ajuste del recalentamiento en fabrica

Recalentamiento

Car

ga

térm

ica

Aumento del recalentamiento estático

Disminución del recalentamiento estático

Variación del recalentamiento estático

Recalentamiento

Verano-invierno, Día-noche, Subenfriamiento

Car

ga

térm

ica

Var

iaci

ón d

e la

pr

esió

n de

con

dens

ació

n o

del

sube

nfri

amie

nto

de lí

quid

o

Aumenta la P o Aumenta el subenfriamiento

Curva característica base

Disminuye la P o Disminuye el subenfriamiento

Cambio en condiciones del ambiente

en la capacidad de la TEVPresión (bar Pe)

Temperatura (°C)

5°C

5°C

R507 P/T Curve

1 bar

0.5 bar

Baja temperatura de evaporación

• Pequeños cambios de presión• Menos apertura de la válvula • Reducción del flujo másico

Alta temperatura de evaporación

• Cambios de presión mayores• Mayor apertura en la válvula • Aumento del flujo másico

Influencia de la temperatura de evaporación

Recalentamiento

Cap

acid

ad d

e la

vál

vula

Te = -30ºC

Te = 15ºC

Te = 0ºC

Baja temperatura de evaporación Pequeños cambios de presión• Menos apertura de la válvula • Reducción del flujo másico

Alta temperatura de evaporación Cambios de presión mayores• Mayor apertura en la válvula • Aumento del flujo másico

SH 5ºC = 1 bar

SH 5ºC = 0,5 bar

Influencia de la temperatura de evaporación

Periodo de tiempo (PT) = 6 segundos

OD % =OT x 100

PTOT = Tiempo apertura.

AK

V O

D %

Tiempo

AKV cerrada0 6 12 segundos

AKV Abierta

Apertura de una AKV

S2 AKS 32R

AKV 10

SS URENS MITT ER A KS 330G 21 03Pe : - 1 - 34 b ar -1 4 .5 - 49 3 p s ig/ M WP 5 80 p s ig

1 0 - 30 V d .c .4 - 20 mA

+ SUPPL Y VO L T AGE- CO MMO N

Recalentamiento

QoC

arga

térm

ica

en e

vapo

rado

r

Utilización óptima del evaporador en todas condiciones de carga incluso a bajas presiones de condensación -

Esto no es posible con las termostáticas normales TEV

Control adaptativo del recalentamiento

4

Q1

Recalentamiento

Car

ga

térm

ica

7

To = constante

Pb

PsPo

Tb

To

AcoplamientoVálvula expansión - Evaporador

4

Q1

Recalentamiento

Car

ga

térm

ica

7

To = constante

Válvula expansiónEvaporador

Var

iaci

ón d

e la

pr

esió

n de

con

dens

ació

n

Pb

PsPo

Tb

To

Variaciones ambientales

Ajuste válvula grande

Recalentamiento

Car

ga

térm

ica

4 7

Q1

To = constanteQ2

INESTABLE

5.5

Valvula menor

Aumento del recalentamiento

Válvula expansiónEvaporador

Vál

vula

gra

nde

Ret

orno

de

líqui

do

Pb

PsPo

Tb

To

Recomendación:Poner válvula de menor orificio

Ajuste válvula pequeña

Recalentamiento

Car

ga

térm

ica

4 7

Q1

To = constanteQ2

INESTABLE

Válvula mayor

Disminuir el recalentamiento

Válvula expansiónEvaporador

3

Vál

vula

peq

ueña

Inun

daci

ón p

obre

Pb

PsPo

Tb

To

Recomendación:Poner válvula de mayor orificio

S2 AKS 32R

AKV 10

SSU R ENSM ITTE R AKS 3 30G21 0 3Pe : - 1 - 3 4 ba r -1 4 .5 - 49 3 p s ig/ M WP 5 80 ps ig

1 0 - 3 0 V d .c .4 - 20 mA

+ SUPPL Y VO LTAG E- CO MM O N

Recalentamiento

Qo

Car

ga té

rmic

a en

eva

pora

dor

MSS = f (Qo,To etc.)

Mínimo recalentamiento estableRecalentamiento actual

Control adaptativo del recalentamiento 1

• Sin ajuste manual

• La curva MSS se modifica por reparto desigual del calor en el evaporador• Ventilador roto• Bloque de hielo• Corriente muy local

de aire caliente

Recalentamiento

Qo

Car

ga té

rmic

a en

eva

pora

dor

MSS = f (Qo,To etc.)

Mínimo recalentamiento estable MSSRecalentamiento de referencia f(Load)

S2 AKS 32R

AKV 10

SS URENS MITT ER A KS 330G 21 03Pe : - 1 - 34 b ar -1 4 .5 - 49 3 p s ig/ M WP 5 80 p s ig

1 0 - 30 V d .c .4 - 20 mA

+ SUPPL Y VO L T AGE- CO MMO N

Control adaptativo del recalentamiento 2

02468

1012141618

Recalentamiento realRef. recalentamiento

Rec

alen

tam

ient

o K

El recalentamiento se reduce hasta que la señal llega a ser inestable, es decir gotas de líquido están presentes en la salida, lo cual indica que el evaporador está lleno.

S2 AKS 32R

AKV 10

SSU RENSM ITT ER

AKS 330G 2103Pe : -1 - 3 4 b ar -1 4 .5 - 493 ps ig/ M WP 5 80 p sig

1 0 - 3 0 V d .c .4 - 20 mA

+ SUPPL Y VO L T AGE- CO MM O N

Hasta 12% control adaptativo

Hasta 20%Pc flotatnte

Control adaptativo del recalentamiento

¿Que es subenfriamiento?

Efectos de un subenfriamiento incorrecto

Reglas para el subenfriamiento

Sub-enfriamiento

Sub-enfriamiento

Subenfriamiento muy alto

Subenfriamiento Normal

Influencia de la presión de condensación en el título

Título 0.4

Relación titulo y U interno

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Título de vapor

U (W/m2 K)

Eficiencia en evaporadores

El gráfico muestra que los tubos con título entre 0,5 y 0,9 tienen mayor transmisión que las tuberías con otro título

Longitudes iguales / Cantidad de calor diferente en cada tramo

Inyección y título en evaporadores

Se cumple:• longitudes iguales: L1= L2 =..... =L3

• cantidades de calor distintos en cada tramo:Q1 Q2 ..... Q10

• suma de calores igual a 100 kW: Q1 + Q2 +..... + Q10 = 100

Q1 Q2 Q3 Q4Q5 Q6 Q7 Q8 Q9

Q10

Distribución de calores en evaporador

Coeficientes de transmisión de calor U (W/m2K 103) para pasar de un título

de vapor n a (n +1):

Coeficientes de transmisión de calor para cada título de vapor

5,5 5,2 5,16,5

8,4

11

13,2 12,8

10

5

0246

8101214

U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8 U9 U10

W/m

2K

Ecuación de transmisión de calorEcuación de transmisión de calor

Q = U * A * T

• Para cada tramo tendremos entonces:

• Q1 = U1 * 2 * * R * L1 * T• Q2 = U2 * 2 * * R * L2 * T• .• .• .• Q10 = U10 * 2 * * R * L10 * T

A = 2 r l

TERMINOS CONSTANTESIguales áreas para cada tramoe iguales saltos térmicos

Igualando las ecuaciones del sistema :

• Q1 / U1= Q2 / U2=..... = Q10 / U10= QT / UT

• UT = Ui= U1 + U2+ ....+ U10 = 82.7 W/m2K

• Valores obtenidos de gráfico.Qi = (QT * Ui) / UT

i = 1, 2,...10

Calculando el calor para cada tramo tenemos Q en kW:

Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10

6.6 6.3 6.2 7.9 10.2 13.3 16.0 15.5 12.1 6.1

Distribución de calores

6,6 6,3 6,27,9

10,213,3

16 15,5

12,1

6,1

0

5

10

15

20

Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10

Calores

kW

Q17% Q2

6%Q36%

Q48%

Q510%

Q613%

Q717%

Q815%

Q912%

Q106%

Conclusión

• La distribución de calor es mayor hacía el centro del evaporador que en los extremos.

• Títulos menores a la entrada del evaporador reducen la capacidad de éste.

Distribución de calores

6,6 6,3 6,27,9

10,213,3

16 15,5

12,1

6,1

0

5

10

15

20

Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10

Calores

kW

No olvidar que títulos mas bajos mejoran la eficiencia de la planta

x=0,1

x=0,2

x=0,4

x=0,6

1762 W

1481 W

1133 W

1000 W

No olvidar que títulos mas bajos mejoran la eficiencia de la planta

Título, longitud y capacidad

1) La principal función del subenfriamiento es evitar la formación de flash-gas a la entrada de la TEV.

2) Con un subenfriamiento excesivo, la capacidad del evaporador se puede ver reducida.

3) Sin un regulador de presión de evaporación, un subenfriamiento excesivo, disminuirá la presión de evaporación.

4) El título a la entrada de la válvula debe estar entre 0.2 y 0.3.5) Considerar con precaución los intercambios de calor internos

ya que pueden afectar a las características de la regulación.6) El subenfriamiento solo debe utilizarse en las condiciones

establecidas por el fabricante del evaporador.

6 reglas para el subenfriamiento

Presión de descarga flotante

Presión de descarga baja

Presión de descarga alta Válvula al 90%

Válvula al 72%

Pres

ión

de d

esca

rga

flota

nte

R404A

• Reducir la presión de descarga ahora aproximadamente un 2%/°C.

Con 20°C = 40% de ahorro• Subenfriando el líquido se ahorra

aproximadamente 0 - 0,5%/°C. 10°C = 0 - 5% Savings• Optimizando el diseño del sistema, Selección

de tuberías, Ajuste en válvulas. La experiencia muestra ahorros del orden del 5 - 10%

• Sistemas de control auto adaptativos con permanente optimización

Pres

ión

de d

esca

rga

flota

nte ¿Como reducir costes de operación?