Simulación Numérica y Validación Experimental de Evaporadores, Condensadores y Tubos Capilares....

Simulacin numrica y validacin experimental de evaporadores, condensadores y tubos capilares.

Integracin en sistemas de refrigeracin por compresin

Octavio Garca Valladares

Coordinacin de Refrigeracin y Bombas de Calor

Introduccin Introduccin

FLUJO BIFSICO (LQUIDOVAPOR)

INTERCAMBIADORES DE TIPO TUBULAR CONCNTRICO

INTERCAMBIADORES DE TIPO COMPACTO

SISTEMAS DE REFRIGERACIN POR COMPRESIN DE VAPOR

DISPOSITIVO DE EXPANSIN DEL TIPO CAPILAR

Flujo bifsico (lquidovapor) Flujo bifsico (lquidovapor)

FLUJO BIFSICOFLUJO BIFSICO

Formulacin matemtica

Evaluacin de coeficientes empricos

Diferenciacin entre regiones

Algoritmos numricos de resolucin

Anlisis de geometras complejas

Estudios numricos

Validacin del cdigo

Mtodo tramo a tramo

Mtodo de correccin de presiones

Formulacin matemtica Formulacin matemtica

ECUACIONES GOBERNANTES

Ecuacin de Continuidad: [ ] 0tm1i

im =

++&

Ecuacin de la Energa:

[ ]( ) zPq~

tm

lele~

tp~

zAtle

~

lm

tge

~

gmtgm

le~

ge~

1i

ilegegm

1iilem

~

=

+

+

+

++

++

&

&&

Ecuacin de Cantidad de Movimiento :

[ ] [ ] mgsinzP~A1iiptm~

z1iillm1i

iggm w +=

++++

&&&

donde [ ] iX1iX1iiX +=+ .

Flujo a travs de un VC

HIPTESIS

Flujo unidimensional.

Modelo de flujo separado.

Volmenes de control fijos.

Fluido Newtoniano.

Flujos de calor en la direccin axial del flujo despreciables.

Transferencia de calor por radiacin despreciable.

...h);f(p,h);f(p,gxh);f(p,T ===

Propiedades termofsicas (REFPROP v5.0 NIST):

Coeficientes empricos:

2

2w

Am

81

~f&

= ( )fw TTq

=

&SvOutPlaceObject

Comparacin de coeficientes empricos Comparacin de coeficientes empricos

COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR (CONDENSACIN)*

*Datos experimentales del artculo de Dobson et al. (1994)

Resolucin de las ecuaciones gobernantes Resolucin de las ecuaciones gobernantes

Mtodo tramo a tramo (step by step) Mtodo de correccin de presiones

SvOutPlaceObject id1iic1iibiia +++=

Ecuacin genrica ( )T,...,mh,p, &=

Transicin entre regiones

(1/2)(1/2)

Resolucin de las ecuaciones gobernantes Resolucin de las ecuaciones gobernantes

Condiciones de contorno

( )entradagxTp,,m &

( ) ( )salidapyentradagxTp, ( ) ( )salidapyentradagxT,m &

)fTw(Twq)(1q += &&

Criterio de convergencia

1i*

1i

Estudios numricos Estudios numricos

Criterio de Transicin 1 Criterio de Transicin 2n zbc (m) zec (m) Tout (C) zbc (m) zec (m) Tout (C)10 0.300

(20.5%)3.000

(8.4%)35.52(3.7%)

0.248(0.4%)

2.728(1.4%)

34.05(0.6%)

20 0.300(20.5%)

2.850(3.0%)

34.68(1.2%)

0.249(0.0%)

2.756(0.4%)

34.19(0.2%)

50 0.300(20.5%)

2.820(1.9%)

34.52(0.8%)

0.249(0.0%)

2.765(0.1%)

34.24(0.1%)

100 0.270(8.4%)

2.790(0.8%)

34.37(0.3%)

0.249(0.0%)

2.768(0.0%)

34.25(0.0%)

200 0.255(2.4%)

2.775(0.2%)

34.29(0.1%)

0.249(0.0%)

2.768(0.0%)

34.26(0.0%)

500 0.252(1.2%)

2.772(0.1%)

34.27(0.0%)

0.249(0.0%)

2.768(0.0%)

34.26(0.0%)

1000 0.252(1.2%)

2.772(0.1%)

34.27(0.0%)

0.249(0.0%)

2.768(0.0%)

34.26(0.0%)

2000 0.250(0.4%)

2.770(0.1%)

34.27(0.0%)

0.249 2.768 34.26

Criterio de transicin (Mtodo tramo a tramo)

=1x101 =1x103n t=0 s 50 100 150 200 tcpu* t=0 s 50 100 150 200 tcpu*

10 34.05 34.38 34.67 34.88 35.03 1 34.05 34.38 34.67 34.88 35.03 1.6020 34.20 34.52 34.81 35.02 35.15 1.90 34.20 34.52 34.81 35.02 35.15 2.6050 34.24 34.60 34.87 35.07 35.21 3.80 34.24 34.60 34.87 35.07 35.21 5.40100 34.25 34.61 34.88 35.08 35.23 7.50 34.25 34.61 34.88 35.08 35.23 10.30200 34.26 34.61 34.89 35.09 35.24 14.90 34.26 34.62 34.89 35.09 35.23 20.50500 34.26 34.63 34.89 35.09 35.24 37.89 34.26 34.62 34.89 35.09 35.24 48.89

1000 34.26 34.65 34.90 35.09 35.24 75.69 34.26 34.62 34.89 35.09 35.24 96.982000 34.26 34.65 34.91 35.10 35.24 141.47 34.26 34.62 34.89 35.09 35.24 193.06

(1/2)(1/2)

Estudios numricos Estudios numricos

Comparacin entre el mtodo de correccin de presiones y el tramo a tramo

50 VCs

200 VCs

25 VCs

(2/2)(2/2)

Validacin del cdigo Validacin del cdigo

Comparacin con resultados experimentales de Jung y Didion (evaporacin)

PRUEBA 278

15

10

5

0

5

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Distancia [m]

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

[

C

]

3,90

3,95

4,00

4,05

4,10

4,15

4,20

4,25

4,30

P

r

e

s

i

n

[

b

a

r

]

Tfluido numTpared numTarribaTizqTabajoTderTflluido expPresin numPresin exp

PRUEBA 455

5

0

5

10

15

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Distancia [m]

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

[

C

]

3,4

3,5

3,6

3,7

3,8

3,9

4,0

P

r

e

s

i

n

[

b

a

r

]

Tfluido numTpared numTarribaTizqTabajoTderTflluido expPresin numPresin exp

Fluido: R22 Fluido: R12/R152a (60/40% fraccin molar)Prueba 278(tramo 1): pin=4.285 bar, Tin=12.8C, min=32.38g/s, qw=10060 W/m2. Prueba 455(tramo 1): pin=3.91 bar, Tin=7.0C, min=33.05g/s, qw=10100 W/m2. Prueba 278(tramo 2): pin=4.189 bar, xgin=0.131, min=32.38g/s, qw=10060 W/m2. Prueba 455(tramo 2): pin=3.80 bar, xgin=0.149, min=33.05g/s, qw=10100 W/m2.

Dispositivos de expansin de tipo capilar Dispositivos de expansin de tipo capilar

Distribucin de presiones tpica a lo largo de un capilar

Discretizacin espacial para un tubo de expansin capilar Condiciones de contorno

( ) ( )salidapyentradagxTp, ( ) ( )salidapyentradagxT,m &

(1/5)(1/5)


FLUJOHOMOGNEO

FLUJO NOHOMOGNEO

Refrigerante

Tsub[oC]

pin[bar]

pout[bar]

D

[mm]L

[m]

experimental

[g/s]Owen[g/s]

Dev.

[%]McAdams

[g/s]Dev.

[%] [g/s]Dev.

[%]Bibliografa

2.0 10.55 1.456 0.74 2.9 0.940 0.960 2.13 1.029 9.47 0.904 3.83

6.0 10.55 1.698 0.74 2.9 0.940 1.105 17.55 1.155 22.87 1.067 13.51

Maczeh,K., et al.

19838.5 10.10 3.0 1.25 0.747 9.167 9.032 1.42 9.117 0.55 9.140 0.29

R12

8.5 10.10 3.0 1.62 0.747 18.06 17.358 3.89 17.457 3.34 17.607 2.51

6.0 10.12 3.0 1.25 0.747 8.611 8.294 3.68 8.390 2.57 8.454 1.82

R22 33 14.80 3.0 1.25 0.747 17.05 17.118 0.40 17.118 0.40 17.118 0.40

13 6.91 1.5 1.62 0.747 15.83 15.037 5.01 15.040 4.99 15.387 2.80R114

8.5 10.10 3.0 1.25 0.747 9.167 8.564 6.58 8.707 5.02 8.546 6.77

Schulz,

U. W.,1987

4 9.20 4.23 0.77 2.926 1.01 1.019 0.89 1.065 5.45 0.961 4.85

12 9.20 4.23 0.77 2.926 1.19 1.287 8.15 1.307 9.83 1.257 5.63

4 9.20 4.23 0.77 2.009 1.20 1.256 4.67 1.308 9.00 1.195 0.42R1212 9.20 4.23 0.77 2.009 1.43 1.585 10.84 1.607 12.38 1.558 8.95

4 9.21 4.12 0.77 2.926 0.94 0.954 1.49 1.000 6.38 0.908 3.40

12 9.21 4.12 0.77 2.926 1.12 1.230 9.82 1.249 11.52 1.209 7.95

4 11.26 4.12 0.77 2.009 1.28 1.355 5.86 1.423 11.17 1.309 2.27R134a12 11.26 4.12 0.77 2.009 1.50 1.711 14.07 1.743 16.2 1.695 13.0

4 9.26 2.22 0.77 2.926 0.64 0.634 0.94 0.671 4.84 0.610 4.69

12 9.26 2.22 0.77 2.926 0.79 0.801 1.39 0.822 4.05 0.791 0.13

4 11.25 2.22 0.77 2.009 0.87 0.887 1.95 0.936 7.59 0.860 1.15R600a12 11.25 2.22 0.77 2.009 1.02 1.099 7.75 1.126 10.39 1.089 6.76

Melo, C.et al.,

1994

5.56 9.67 4.12 0.838 3.048 1.47 1.293 12.04 1.343 8.64 1.246 15.24

11.11 9.61 4.12 0.838 3.048 1.66 1.520 8.43 1.549 6.69 1.494 10.0

16.67 9.70 4.12 0.838 3.048 1.82 1.716 5.71 1.731 4.89 1.701 6.54R134a

Dev. Promedio (44 casos) [%] = nn

iiDev

=1)(

7.79 9.51 6.95

Wijaya,H.,1992

(2/5)(2/5)

Dispositivos de expansin de tipo capilarDispositivos de expansin de tipo capilar

Comparacin con resultados experimentales de Li et al. para capilar adiabtico

(3/5)(3/5)


Comparacin con resultados experimentales de Mikol para capilar adiabtico

Geometra: L=1.829m, D=1.41mm, =0, /D=3.8x104Caso 1: Fluido: R12Condiciones de contorno: Fluido(z=0): Tin=Tsat(p=8.03 bar)=32.781C segn REFPROP pin=8.58 bar, pout=3.72 bar (lquido subenfriado)Caso 2: Fluido: R22Condiciones de contorno: Fluido(z=0): Tin=Tsat(p=15.58 bar)=40.65C segn REFPROP pin=16.41 bar, pout=4.0 bar (lquido subenfriado)

caso 1 caso 2

3

4

5

6

7

8

9

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

Distancia [m]

P

r

e

s

i

n

[

b

a

r

]

02468101214161820222426283032343638

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

[

C

]

Presin numPresin expTemp numTemp exp

4

56

789

101112

1314

1516

17

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

Distancia [m]

P

r

e

s

i

n

[

b

a

r

]

5

5

15

25

35

45

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

[

C

]

Presin numPresin expTemp numTemp exp

Fluido m&exp [kg/h] m&num [kg/h]

R12 21.23 20.52 (3.34%)R22 30.70 30.67 (0.10%)

(4/5)(4/5)


Comparacin con resultados experimentales de Sami y Tribes para capilar adiabtico

caso 1 caso 2

Geometra del capilar : L=1.25m, D=1.9mm, =0, /D=1.3x102Fluido utilizado: R410A (R32/R125 50%/50% en masa)

Caso 1: Condiciones de contorno:

Fluido(z=0): Tin=28C, pin=18.478 bar, pout=4.689 bar (lquido subenfriado)Caso 2: Condiciones de contorno:

Fluido(z=0): xgin=0.019, pin=21.65 bar, pout=4.757 bar (lquido+vapor)

Caso m&exp [kg/h] m&num [kg/h]

1 57.9 56.0 (3.23%)2 58.0 55.9 (3.54%)

(5/5)(5/5)

Condensadores y evaporadores de tipo tubular concntrico Condensadores y evaporadores de tipo tubular concntrico

Discretizacin de intercambiador tubular concntrico

Flujo de calor en elementos slidos

( ) ( )t

hmAeqwqznPnqsPsq

=+

~

~~~~ &&&&Ecuacin de la energa:

VC en contacto con un slido: ( )xzTxxq = ~&

VC en contacto con un fluido : ( )solidoTfluidoTxq =

~&

(1/4)(1/4)


Comparacin con resultados experimentales trabajando con R134a

ResultadosTin

[C]Tout[C]

m&

[kg/h]aux,cm&

[kg/h]Tc,i[C]

Tc,o[C]

pc[bar]

Experimental 74.74 24.75 6.33 4.00 23.07 24.72 13.87

Numrico (74.74) 24.63 (6.33) (4.00) (23.07) 24.43 (13.87)

ResultadosTin[C]

Tout[C]

m&

[kg/h]aux,em&

[kg/h]Te,i[C]

Te,o[C]

pe[bar]

xgin

Experimental 19.60 19.22 6.33 3.00 19.24 18.28 1.357

Numrico (19.60) 19.22 (6.33) (3.00) (19.24) 17.69 (1.357) (0.272)

Evaporador

Condensador

Evaporador de doble tuboGeometra: L=6 m, D1,D2,D3,D4,D5=8, 9.6, 16, 20, 58 mm, =1.5x106 m, =0Tubo: Condiciones de contorno(z=0):Tin=19.6C, pin=1.357 bar,min=6.33kg/h(lquido subenfriado)nulo: Condiciones de contorno (z=L): Tin= 19.24C, pin = 1.0 bar, min=3 kg/h (lquido subenfriado)

Condensador de doble tuboGeometra: L=2 m, D1,D2,D3,D4,D5=6, 8, 16, 20, 58 mm, =1.5x106 m, =0Tubo: Condiciones de contorno(z=0):Tin=74.74C, pin=13.87 bar, min=6.33kg/h(lquido subenfriado)nulo: Condiciones de contorno (z=L): Tin= 23.07C, pin = 1.0 bar, min=4 kg/h (lquido subenfriado) Coincidencias en ambos intercambiadoresConfiguracin del flujo: flujo contracorrientenulo: Fluido: agua (H2O)Pared del tubo: material: cobre. Condiciones de contorno: extremos adiabticos.Aislante: material: ARMAFLEX.Temperatura ambiente: 22.63C.Parmetros numricos: =1x107 , nz=400 , nr=5.

(2/4)(2/4)


Resultados ilustrativos (Evaporador de doble tubo)

Geometra: L=6 m, D1,D2,D3,D4,D5=6, 8, 16, 20, 25 mm, =1x106 m, =0Configuracin del flujo: flujo contracorrienteTubo: Fluido: amonaco (NH3)

Condiciones de contorno (z=0): Tin= 8 C, pin= 6.15 bar,=6.329kg/h (lquido subenfriado)nulo: Fluido: agua (H2O)

Condiciones de contorno (z=L): Tin= 25 C, pin = 1.0 bar,=360kg/h (lquido subenfriado)Pared del tubo: material: acero inoxidable

Condiciones de contorno: extremos adiabticos.Aislante: material: ARMAFLEX.Temperatura ambiente: 25C.Parmetros numricos: =1x107 , nz=400 , nr=5, Estado permanente.

(3/4)(3/4)

Condensadores y evaporadores de tipo tubular concntrico Condensadores y evaporadores de tipo tubular concntrico (4/4)(4/4)

Comparacin con resultados experimentales de Melo et al.

Intercambiador de calor con un tubo capilar concntrico

Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas) Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas) lx

flujo deaire

flujo derefrigerante

lxx

z

y

Ny

.

.

.

.

.

.

1

1

.

ly

lzNz

1.

.

.

1 . . Nx

Discretizacin del cuerpo de un intercambiador de aleta y tubos.

Arreglos de tubos Tipos de aletasTubos aleteados interiormente

(1/6)(1/6)

Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas) Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas)

Comparacin con resultados experimentales de Wang et al. para condensadores trabajando con R22

Arreglo de los tubos Tres bolillos (Staggered)N mero de tubos en X (profundidad) 2N mero de tubos en Y (altura) 12N mero de circuitos 1

Longitud de la aleta en X [mm] 391Longitud de la aleta en Y [mm] 305Longitud del in tercambiador en Z [mm] 595Paso del tubo en X (P l) [mm] 19.05Paso del tubo en Y (P t) [mm] 25.4Paso entre aletas (S a) [mm] 1.7Espesor de la aleta [mm] 0.12Tipo de aleta O ndulada

Longitud de media onda (x f) [mm] 4.7625Longitud de la cresta al valle (pd) [mm] 1.18D imetro exterior del tubo expandido (D) [mm] 10.24Espesor del tubo [mm] 0.343

Humedad relativa del aire a la entrada 0.50

Temperatura del aire a la entrada [C] 25.0Presin del aire a la entrada [bar] 1.0Velocidades frontales del aire [m/s] 0.4, 0.7, 1.0, 1.5 y 2.0Temperatura de entrada del refrigerante [C] 51.0 (vapor sobrecalentado)Presin de entrada del refrigerante [bar] 17.292 (presin de saturacin a 45C segn REFPROP)Velocidad msica del refrigerante [kg/m2s] 200

Geometra


(2/6)(2/6)


Comparacin con resultados experimentales de Wang et al. para condensadores trabajando con R22

0,2

0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

Velocidad frontal del aire [m/s]

C

a

l

i

d

a

d

a

l

a

s

a

l

i

d

a

Arreglo (C)Arreglo (D)Arreglo (F)Arreglo (C) expArreglo (D) expArreglo (F) exp

0,2

0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

Velocidad frontal del aire [m/s]

C

a

l

i

d

a

d

a

l

a

s

a

l

i

d

a

Arreglo (A)Arreglo (B)Arreglo (E)Arreglo (A) expArreglo (B) expArreglo (E) exp

(3/6)(3/6)


Aleta Continua Aleta Cortada

Transferencia de calor [kW] 2.640 2.713Temperatura de salida del refrigerante [C] 30.38 25.72Calidad termodinmica a la salida 0.120 0.158

Mejoras para incrementar el rendimiento del condensadores del arreglo (A) del artculo de Wang et al.

Tfin

Tfin

Aleta continua Aleta cortada

(4/6)(4/6)


Contrastacin con resultados experimentales de condensadores de la empresa Centauro Internacional

CASO B1 B2Longitud de la aleta en X [mm] 132Longitud de la aleta en Y [mm] 914.4Longitud del intercambiador en Z [mm] 980Paso del tubo en X (Pl) [mm] 33.0Paso del tubo en Y (Pt) [mm] 38.1Paso entre aletas (Sa) [mm] 2.1Espesor de la aleta [mm] 0.12Tipo de aleta Ondulada

Longitud de media onda (xf) [mm] 8.24Longitud de la cresta al valle (pd)[mm] 1.58Dimetro exterior del tubo expandido (D) [mm] 13.2Espesor del tubo [mm] 0.42Tipo de tubo Liso Crossfin

M O D E L O M eto fin V A 1 2 7 3 6 V A 4 0 /7 0 BN m ero d e a letas 7 0D im etro in te rio r m x im o (D i , m ax ) [ m m ] 1 2 .3 6Altu ra d e la s a le tas (h al) [ m m ] 0 .2 2Esp eso r d e la b ase d e la ale ta (e ) [m m ] 0 .1 6 n g u lo d e h lice (h e lix ) [g rad o s] 2 0 n g u lo d e p ice (ap p ex )[g rad o s] 1 8 0

AIRE

(5/6)(5/6)


Contrastacin con resultados experimentales de condensadores de la empresa Centauro Internacional

Caso B1(tubo liso)

B2(tubo aleteado)

Resultados Experimental Numrico Experimental NumricoTemperatura salida del refrigerante [C] 36.7 37.87 36.3 36.37Capacidad [kW] 25.7 25.53 28.3 28.41Diferencia de entalpas (entradasalida) [kJ/kg] 188.9 187.87 190.4 190.71Cada de presin (refrigerante) [bar] 0.416 0.273 0.605 0.673

AIRE REFRIGERANTETemperatura de salida 36.10 [C] 36.37 [C]Cada de presin 84.93 [Pa] 67.35 [hPa]Flujo 7830 [m3/h] 134.16 [kg/h] (rama 1)

133.83 [kg/h] (rama 2)133.80 [kg/h] (rama 3)133.71 [kg/h] (rama 4)

Capacidad 28.41 [kW]

Tubo aleteado (caso B2)

(6/6)(6/6)

(1/3)(1/3)Evaporadores de tipo compacto (carcaza y tubos) Evaporadores de tipo compacto (carcaza y tubos)

(3/3)(3/3)Evaporadores de tipo compacto (carcaza y tubos) Evaporadores de tipo compacto (carcaza y tubos)

Comparacin de resultados numricos y experimentales para

la capacidad trmica del evaporador de amonacoSimulacin numrica del evaporador de amonaco

Sistemas de refrigeracin por compresin de vapor Sistemas de refrigeracin por compresin de vapor

Sistema de refrigeracin estndar de una sola etapa

Esquema de la unidad de refrigeracin por compresin de una sola etapa

Elemento CMP TCC CND TCE EXP TEE EVP TECDatos p2, T1, m&1 p3, T2, m&2

p4, T3, m&3

p5,T4, m&4

p6, T5, m&5 p7, xg6, m&6 p8, xg7, m&7 p1, T8, m&8Resultados p1, T2, m&2 p2, T3, m&3 p3, T4, m&4 p4,T5, m&5 p5, xg6, m&6 p6, xg7, m&7 p7, T8, m&8 p8, T1, m&1

Elemento CMP TCC CND TCE EXP TEE EVP TECDatos p2, T1, m& p2, T2, m&

p3, T3, m&

p4,T4, m&

p5, T5, p6 p7, xg6, m& p8, xg7, m& p1, T8, m&

Resultados p1, T2 p3, T3 p4, T4 p5,T5 xg6, m& p6, xg7 p7, T8 p8, T1

Transferencia de informacin del algoritmo transitorio

Transferencia de informacin del algoritmo permanente

(1/3)(1/3)


Unidad experimental

(2/3)(2/3)


Contrastacin entre resultados numricos y experimentales (R134a)

Resultados T5 [C] T6 [C] m& [kg/h] pc [bar] pe [bar] xgExperimental 23.45 19.48 6.33 1.357 13.87

Numrico (23.45) 19.48 6.37 (1.357) (13.87) 0.272

Tubo de expansin del tipo capilar

T1[C]

T2[C]

T3[C]

T4[C]

T5[C]

T6[C]

T7[C]

T8[C]

xg6 xg7 m&

[kg/h]exp 20.11 98.54 74.74 24.71 23.45 19.48 19.60 19.22 6.33

num 19.42 97.17 76.79 24.72 24.23 18.87 18.91 19.20 0.27 0.29 6.36

pc[bar]

pe[bar]

Tc,i[C]

Tc,o[C]

aux,cm& [kg/h]

Te,i[C]

Te,o[C]

aux ,em&

[kg/h]Tamb[C]

exp 13.87 1.357 23.07 24.72 4.00 19.24 18.28 3.00 22.63

num (13.87) 1.367 (23.07) 24.48 (4.00) (19.24) 18.72 (3.00) (22.63)

Ciclo de Refrigeracin

(3/3)(3/3)

Sistemas de refrigeracin con sobrealimentacin de lquido Sistemas de refrigeracin con sobrealimentacin de lquido

Esquema del circuito

No

S

Datos iniciales: Geometria, condiciones de contorno

pc*, pe*

Recipiente de baja presin

Intercambiador auxiliar

Flujos msicos

Conexiones: cada de presin, flujo de calor

Mapa de presiones, entalpias y flujos msicosFin

pc*=pcpe*=pe

Evaporador

Compresor

Condensador

Botella de lquido

|pc*pc|


Resultados numricos

(2/3)(2/3)


Resultados numricos

(3/3)(3/3)

Sistemas de refrigeracin con sobrealimentacin de lquidoSistemas de refrigeracin con sobrealimentacin de lquido

Unidad Experimental

CRC Cmara de compensacin/regulacinHUHumidificadorBABalanzaCFECmara de refrigeracinCEResistencias elctricasCMICaudalmetro msico de insercin EVEvaporadorHOHomogeneizadorDFDifusor

HU

CE

HOD

F

CRC

CFE

Tubo APIASTM 18 "

BA

EV

Ducto flexible

8 m

Separacin entre la cmara y el suelo a travs de tabiques de plstico

Difusor extrable

amortiguadores + balanza

CMI

Tubo galvanizado

Anlisis flujo bifsico (lquidovapor)Anlisis flujo bifsico (lquidovapor)

CONDENSACIN

Diferenciacin entre regionesDiferenciacin entre regiones

Lquido

subenfradoh(p)psatbub,

xg=0

Evaporacin

subenfradah(p)psatbub,

xg=0

(TwT)> (TwTsat)onb.

Regin de flujo bifsico

hbub(p)h(p)hdew(p), psatbub ppsatdew,

0

Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas)Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas)

Contrastacin con resultados experimentales de evaporadores de la empresa Centauro Internacional

CASO C1 C2Arreglo de los tubos Tres bolillos (Staggered)Longitud de la aleta en X [mm] 165.0 264.0Longitud de la aleta en Y [mm] 304.8 533.4Longitud del intercambiador en Z [mm] 600 650Paso entre aletas (Sa) [mm] 3.2 4.2Espesor de la aleta [mm] 0.15 0.19Tipo de aleta Ondulada

Dimetro exterior del tubo expandido (D) [mm] 13.2Espesor del tubo [mm] 0.42Tipo de tubo Liso

AIRE

CA SO C1 C2Prueba C11 C12 C22 C23Humedad relativa del aire a la entrada 0.38 0.59 0.41 0.47Temperatura del aire a la entrada [C] 10.0 0.1 10.1 0.0Presin del aire a la entrada [bar] 0.959 0.959 0.957 0.959Flujo de aire [m3/h] 1405 2800Calidad del refrigerante a la entrada 0.1783 0.222 0.192 0.212Presin del refrigerante a la entrada [bar] 4.98 3.81 4.97 3.80Flujo de refrigerante [kg/h] 38.6 31.5 130.5 104.3


Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas)Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas)

Contrastacin con resultados experimentales de evaporadores de la empresa Centauro Internacional

M odelo C 1Prueba C11 C12Resultados Experimental N umrico Experimental N umricoTemperatura de salida del aire [C] 6.2 6.43 2.7 2.61Temperatura salida del refrigerante [C] 5.3 9.66 3.4 0.13Capacidad [kW ] 1.84 1.87 1.46 1.48D iferencia de entalpas (entradasalida) [kJ/kg] 171.7 173.6 167.1 167.9

M odelo C2Prueba C21 C22Resultados Experimental Numrico Experimental NumricoTemperatura de salida del aire [C] 3.8 4.19 4.8 5.07Temperatura salida del refrigerante [C] 5.5 9.0 3.2 1.1Capacidad [kW ] 6.14 6.19 4.9 4.92Diferencia de entalpas (entradasalida) [kJ/kg] 169.3 170.6 169.3 169.5

ENSAYO C21 C22FLUIDO AIRE REFRIGERANTE AIRE REFRIGERANTE

Temperatura de salida 4.19 [C] 9.0 [C] 5.07 [C] 1.1 [C]Cada de presin 75.91 [Pa] 85.2 [hPa] 89.25 [Pa] 72.18 [hPa]Flujo 2800 [m3/h] 32.17 [kg/h] (rama 1)

32.25 [kg/h] (rama 2)32.82 [kg/h] (rama 3)33.26 [kg/h] (rama 4)

2800 [m3/h] 25.55 [kg/h] (rama 1)25.82 [kg/h] (rama 2)26.44 [kg/h] (rama 3)26.49 [kg/h] (rama 4)

Capacidad [kW] 6.19 4.92

Ensayo C22

Simulación Numérica y Validación Experimental de Evaporadores, Condensadores y Tubos Capilares....

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