Refrigeration piping calculus

download Refrigeration piping calculus

of 34

  • date post

    21-Mar-2016
  • Category

    Documents

  • view

    222
  • download

    3

Embed Size (px)

description

how to size pipes and check pressure drops in a cooling circuit

Transcript of Refrigeration piping calculus

  • 1Disseny de tubs als sistemes de refrigeraci

  • 2Funci Els diversos elements que formen la installaci frigorfica

    s'han d'unir mitjanant tubs, habitualment de coure, per a permetre el pas del refrigerant.

    El correcte dimensionat d'aquests tubs s fonamental per obtenir el rendiment i potncia frigorfica esperada d'una installaci

    S'ha de: minimitzar les prdues de pressi, que disminueixen la

    capacitat trmica i augmenten el consum del sistema. La ms crtica s l'aspiraci, on un prdua en pressi suposa un increment del volum especfic del refrigerant que ha de ser aspirat amb ms treball pel compressor.

    minimitzar el desplaament d'oli del compressor cap als tubs, facilitant tamb el seu retorn al crter:velocitats adequades.

  • 3Prdues de pressi

    Sn la suma de: prdues dinmiques (J

    D): degudes al fregament i

    accidents (colzes, vlvules, derivacions...) prdues esttiques (J

    E): funci del desnivell que ha de

    superar el refrigerant en el seu cam cap als evaporadors

    . JT= JD+JE Factors que intervenen:

    Dinmiques: velocitat de refrigerant, dimetre i longitud del tub, accessoris i accidents installats

    Esttiques: tipus de refrigerant (densitat especfica) i contrapressi produda per la columna de lquid

  • 4Prdues admesesValors freqents de prdues de pressi total per trams, expressades en variaci de temperatura habitual. La variaci en pressi dependr del refrigerant:exemple: R404A

    liquid de 35C a 34C=0,4 bar gas de -20C a -19C= 0,1 bar gas de 40C a 39 C= 0,6 bar

  • 5Relaci P T

    Tamb es poden trobar les variacions de pressi d'aspiraci front a la temperatura en format grfic, per a cada refrigerant.

    Per les prdues exactes en la resta de condicions, s'ha d'agafar la taula P-H:

    aspiraci R22: 1C (-25 a -24C < 0,08 bar) descrrega R22: 0,5C (70 a 69,5C < 0,3 bar) lquid R22: 1C (35C a 34C < 0,35bar)

  • 6VARIACI Pressi - VARIACI Temperatura

    Prdues en Kpa per cada C, en funci de la T del refrigerant (100kpa=1bar)

    Exemple:Consideram que la lnia de lquid (35C) pot perdre T=0,5C . Quants bars pot perdre?En el cas del R22 equival a una prdua en pressi de:

    o sigui 0,175bar.

    si perds 5C:

    podria comenar a evaporar abans d'arribar a la vlvula d'expansi, depn del subrefredament dissenyat.

    P= PT T

    P=35kpa / k0.5K=17,5kpa

    P=35kpa / k5 K=175 kpa=1.75B

    La relaci s diferent a cada temperatura del refrigerant. A ms temperatura, ms pressi representa variar 1C.

  • 7R22- Prdua al diagrama de Molliere

    Perdre 0,35bar equival abaixar de 35C a 34C.

    Si baixs a 30C (si perds 1,75bar al tub)comenaria a evaporar.

    S'ha de controlar la prduade pressi als tubs.

    prdua subrefredament

  • 8Velocitats tpiques del R404A

  • 9Velocitat: prdues Els tubs de refrigerant en forma de gas (aspiraci i descrrega) sn

    ms crtics, ja que el fluid hi circula a ms velocitat. Al tub de lquid, s'ha de mantenir la pressi per sobre de la de

    saturaci, per evitar la vaporitzaci parcial a dins el tub. Si el tram s molt llarg o ha de superar un desnivell elevat, pot ser necessari sotmetre el lquid a un subrefredament important a la sortida del condensador (amb bescanviador o serpentins de subrefredament).

    Les prdues de pressi per fregament, venen donades per la llei de Darcy:

  • 10

    Abac de Moody: factor de fricci

  • 11

    cas1) Mtode grfic directe: bacs

    Prdues de pressi dinmiques, vlid per refrigerants halogenats (CFC, HFC), amb una quantitat mitjana d'accessoris en tubs de 10m o 30m.

    fins 10m fins 30m

  • 12

    Procediment: Determinar les necessitats frigorfiques mximes dels dispositius instal.lats. Mesurar la longitud dels tubs d'aspiraci, descrrega i lquid Determinar les prdues de pressi admissibles a cada tram, agafant com a

    referncia les prdues d'aspiraci a la temperatura d'evaporaci: ex. grfic diapositiva 5, per R22, per als clculs dels tres trams: 1C=0,07bar (Te=-25C)

    Convertir aquestes prdues aplicant una regla de tres, per a 10m o 30m i marcar a l'bac corresponent, part inferior. Traar rectes horitzontals amb les prdues admissibles a cada tub.

    Sobre l'bac, creuar rectes horitzontals des de la Nf (venen en milers de kcal/h) amb el tipus de tub corresponent, i la temperatura de vaporitzaci per al tub d'aspiraci . All on creuen, traar verticals fins tallar les rectes amb les prdues admissibles del punt anterior, punts que defineixen el dimetre mnim de tub.

    Agafar dimetres normalitzats immediatament superiors. Es poden comprovar:

    les prdues definitives amb el tub seleccionat. Aquestes no han de superar les previstes i reals per a cada tram (taules P-H):

    . aspiraci R22: 1C (-25 a -24C < 0,08 bar)

    . descrrega R22: 0,5C (70 a 69,5C < 0,3 bar)

    . lquid R22: 1C (35C a 34C < 0,35bar) les velocitats definitives amb el tub seleccionat.

  • 13

    Diametres normalitzats, tub coure

  • 14

    Caracterstiques tub coure

  • 15

    Dimetres normalitzats acer:Revisar instrucci RSF MI-IF005, respecte el material dels tubs i accessoris a utilitzar per a installacions frigorfiques:

    3.1: prohibicions d's de materials no frrics (coure, llaut, magnesi, zinc, plom...) aix com tipus de soldadura permesa per a determinades condicions.

  • 16

    Comprovaci

    Per a comprovar la velocitat resultant, un cop determinat el dimetre del tub, es pot fer servir l'equaci de la continutat: C= Q / S

    Q : cabdal volumtric en m3/s S : secci interior del tub en m2 (S=r2) C : velocitat del refrigerant en m/s

    Prviament s'ha d'haver trobat el cabdal mssic de refrigerant m = N

    f / h

    e m :cabdal mssic en kg/s Nf : necessitats frigorfiques en Kw o Kj/s h

    e : variaci d'entalpa de vaporitzaci del refrigerant Kj/kg

    i d'aqu el volumtric Q = m x Ve Ve : volum especfic en Kg/m3 , aplicar el corresponent a les

    condicions del refrigerant en cada tram

  • 17

    cas2) bac especfic: R404A, no halogenat

    A la web de Dupont es troben bacs per a cada refrigerant.

    A partir de les Nf, a unes temperatures de vaporitzaci i condensaci determinades, obtenim les prdues en bar per cada metre de tub en funci del dimetre seleccionat

    Es pot perfeccionar incrementant les longituds amb les equivalents als accessoris.

  • 18

    Longituds equivalents d'accessoris

    Aquestes longituds s'han d'afegir a les reals dels tubs, per a trobar les prdues dinmiques totals de cada tram. Tamb es pot treballar amb les prdues de catleg per a cada accessori, si es coneixen, encara que el mtode anterior resulta ms prctic i rpid.

  • 19

    Comprovaci de velocitats: grfic

    Partint de les Nf i amb els dimetres normalitzats que hem seleccionat, obtindrem la velocitat del refrigerant als tres trams com a comprovaci posterior.

    Tamb es pot fer el procs invers: partint d'unes velocitats inicials de disseny, seleccionar els tubs i desprs comprovar les prdues al grfic anterior.

  • 20

    Exemple: Nf=30KW R404

    35C

    ASPIRACI

    DESCRREGA

    LIQUID

    Dimetre en funcide velocitats de disseny

    35C

    ASPIRACI

    DESCRREGA

    LIQUID

    COMPROVACI DEPRDUES.

    Selecci: Liquid=3/4 Aspiraci=2-1/8 Descrrega=1-1/8

  • 21

    Prdues esttiques Sn provocades pels desnivells que habitualment ha de superar el

    refrigerant en el seu cam cap als vaporitzadors. S'han de tenir en compte als tubs de lquid, que t ms densitat especfica i per tant pateix una atracci gravitatria molt superior al gas per cada metre de tub ascendent

    Per al seu clcul aproximat, s'ha de conixer les prdues de pressi per cada metre de columna de lquid. De forma genrica, es pot agafar el valor de 0,1 bar/m per la majoria de refrigerants.

    Es multiplicar els metres de desnivell per aquest valor, i es sumar a les prdues dinmiques.

    Cas que la prdua de pressi total al tram de lquid resulti massa elevat, pot ser necessari subrefredar el refrigerant a la sortida del condensador per evitar la seva vaporitzaci parcial en el tub abans de la vlvula d'expansi.

    El traat dels tubs d'aspiraci, en funci de les posicions dels vaporitzadors, s important per a evitar problemes:

    que el refrigerant lquid pugui entrar en el compressor en moments d'aturada

    que l'oli que s'arrossegui al vaporitzador actiu pugui entrar a unaltre vaporitzador aturat...

  • 22

    Consideracions de traat: lquid

    Cas d'instal.lacions ambmltiples vaporitzadors, s'aplica el mtode simplificat S=Q/C

  • 23

    Consideracions de traat: aspiraci

    Quan l'aspiraci s ascendent i amb un tub no es supera la velocitat mnima de 5m/s (funcionant a potncia mnima, cas dems d'un vaporitzador) , s'installen dos tubs de la meitat de dimetre.

    Els sifons i la pendent negativa eviten el retrocs de l'oli en aspiracions ascendents.

  • 24

    Consideracions de traat: descrrega

    Ascendent: mateixes consideracions amb pendents i sifons per circulaci de l'oli que superi el separador.

    Doble tub en potncia mnimaper garantir la velocitat ascendent de 5m/s

  • 25

    Mtode simplificat, per velocitats:

    A partir de l'equaci de la continutat, trobem la secci: S=Q/C

    Agafam la secci normalitzada immediatament superior. Cas d'una T cap a elements iguals, el dimetre es

    divideix per 2 i s'agafa el superior normalitzat. Cas d'una derivaci, s'ha de repartir el cabdal en

    forma proporcional a les potncies a cada extrem,i el mateix amb les seccions.

    Comprovam finalment amb l'bac del refrigerant que per la longitud total (afegint accessoris si volem) i les secci