Tf 5 Evaporadores

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1

Pag. 1

LOS EVAPORADORES

E. TORRELLA

Pag. 2EVAPORADORESFunciones

• Intercambiador a baja presión (temperatura), en el que seproduce la ebullición del fluido frigorígeno mediante laabsorción de calor de la carga.

E. TORRELLA

Pag. 3CLASIFICACION

• En función del estado del fluido a la salida:– Secos; el refrigerante abandona el equipo en estado de

vapor recalentado.– Inundados; el compresor se conecta en la parte superior,

tomando el vapor a saturación, dada su coexistencia confase liquida.

• En función del fluido a enfriar

E. TORRELLA

En función del fluido a enfriar– De aire

• Convección natural (estáticos)• Convección forzada

– De liquido

Pag. 4EVAPORADORES SECOS

E. TORRELLA

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2

Pag. 5EVAPORADORES INUNDADOSRecirculación de liquido a baja presión

• La base del sistema la constituye el hecho demandar, hacia el conjunto de los evaporadores, unamayor cantidad de líquido que la que se evapora, esdecir, la cantidad enviada es superior a la necesariapara producir el enfriamiento requerido. Por lo tanto,la porción de líquido que no cambia de estado en el

d d b l d j t l

E. TORRELLA

evaporador debe ser acumulada, junto al vaporformado, en un recipiente separador, del cual seextrae el vapor saturado que se dirige al compresor,volviendo nuevamente el liquido restante, junto al dealimentación, hacia los evaporadores.

Pag. 6EVAPORADORES INUNDADOS

E. TORRELLA

Pag. 7EVAPORADORES INUNDADOSSistemas de Recirculación

• La recirculación de liquido en este tipo deinstalaciones puede ser debida a:– Un proceso de circulación natural, debido a diferencia de

densidades.– Un agente que produzca artificialmente esta recirculación,

la cual puede ser a su vez:• En proceso continuo:

E. TORRELLA

• En proceso continuo:– Por Bomba.– Por Inyector.

• Funcionamiento periódico.

Pag. 8EVAPORADORES INUNDADOSRecirculación por bomba

E. TORRELLA

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3

Pag. 9EVAPORADORES INUNDADOSRecirculación por gravedad

• La fuerza motriz (producto de densidad del liquido yaltura) debe ser mayor, para que se produzca lacirculación, a la carga resistente (altura por densidadmedia en evaporador). Los evaporadoresfuncionando de esta manera deben poseer cortosrecorridos y tubos de elevados diámetros, ya que el

f t d l i i t débil Ot

E. TORRELLA

efecto que produce el movimiento es débil. Otrafaceta que debe resaltarse es que en la entrada delevaporador, la presión es mayor que la del liquidoen el separador, lo que obliga a expansionar en laválvula, hasta un nivel inferior al requerido. De todolo anterior se desprende la ineficiencia de estesistema.

Pag. 10EVAPORADORES INUNDADOSSeparador de baja presión

E. TORRELLA

Pag. 11SEPARADOR BAJA PRESIONActuadores de nivel

E. TORRELLA

Pag. 12

EVAPORADORES DE AIRE

E. TORRELLA

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4

Pag. 13EVAPORADORES DE AIREConvección natural. Domésticos (Roll-Bond)

E. TORRELLA

Pag. 14EVAPORADORES DE AIREConvección natural. Estáticos

E. TORRELLA

Pag. 15EVAPORADORES DE AIREConvección forzada

E. TORRELLA

Pag. 16EVAPORADORES DE AIREConvección forzada. Aletas

E. TORRELLA

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5

EVAPORADORES DE AIREConfiguración tubos

Pag. 17

E. TORRELLA

Pag. 18EVAPORADORES DE AIREConvección forzada. “Frigoríferos”

E. TORRELLA

Pag. 19EVAPORADORES DE AIRETipo seco. Esquema de principio

E. TORRELLA

Pag. 20EVAPORADORES DE AIRETipo seco

E. TORRELLA

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6

Pag. 21

E. TORRELLA

Pag. 22

E. TORRELLA

Pag. 23Principio de diseño

• La superficie detransferencia es el factor demayor importancia en lamayoría de los casos,aunque no el único,calculándose mediante laexpresión:

Q0 = potencia

E. TORRELLA

– Q0 = potencia– DTML = salto medio entre

el aire y el fluido frío,atención tanto a laspérdidas de carga enexpansión directa, como alrecalentamiento útil.

– U = coeficiente global detransmisión.

UDTMLQS 0=

Pag. 24Representación gráfica DTML

2

1

21

lnTT

TTDTML

ΔΔΔ−Δ=

DTMLΔT1 ΔT2

Entrada aire

Salida aireΔTaire

ΔTp.c.ΔTrec.

E. TORRELLA

• La presencia de recalentamiento (únicamente para expansióndirecta), no se contempla en el cálculo del “DTML”,adjudicándosele un factor de mayoración sobre la superficie detransferencia.

• La diferencia de temperatura debida a pérdidas de carga puedeser aproximada a unos valores de 0,2ºC para amoníaco, y de0,75ºC para derivados halogenados.

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7

Pag. 25Consideraciones sobre temperatura de entrada del aire en una cámara

T0 = -28 ºC ; U = 20 W/m2K

E. TORRELLA

DTML = 5,77 ºC

S = 3.46 m2

DTML =7,85 ºC

S = 2.55 m2

DTML =9,86 ºC

S = 2.03 m2

Pag. 26INCREMENTOS TÉRMICOS MEDIOS Entre ambiente y evaporación

CIRCULACIÓNFORZADA NATURAL

70

75

80

HUMEDAD RELATIVA [%]

E. TORRELLA

85

90

954 5 6 7 8 9 10 11 12 13

TC - T0 [°C]

Pag. 27

Convección

ConvecciónC d ió

Raleta

RR

S. aleteada

Simil eléctrico de un conjunto aleteado

E. TORRELLA

Convección

Convección

Convección

Convección

Conducción

Rlibre

RconductivaRconv , interna

Se desprecia la radiación externa

Pag. 28Coeficiente “U”

• De cálculo complicado, su valor es función principalmente de:– Morfología, material, espesor y diámetro de los tubos.– Configuración del banco de tubos (en línea o tresbolillo).– Espesor y material de las aletas.– Geometría de las aletas.– Contacto entre tubo y aletas.– Pitch o distancia entre aletas.– Velocidad del aire a lo largo de las aletas (corrección respecto a la

velocidad frontal de ataque).

E. TORRELLA

velocidad frontal de ataque).– Coeficiente de película interno.– El SHR, relación de calor sensible.– Factor de ensuciamiento interno (p.e. Por aceite en expansión

directa).– Factor de ensuciamiento externo junto a escarchado o

condensación.

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8

Pag. 29Factores que afectan al coeficiente “U”Geometría de los tubos

• Los tubos son normalmente de sección circular.• A mayor diámetro de tubos mayor valor de “U”

(atención al coeficiente interno en caso decirculación de agua fría).

• El valor de “U” será tanto mayor cuanto mayor sea larelación entre la superficie de aletas y la del tubo.

E. TORRELLA

p y• La pared del tubo actúa como una resistencia al

paso de calor entre fluidos.

Pag. 30Factores que afectan al coeficiente “U”Configuración del banco de tubos

• En la figura se muestra lavariación del “U” con el pitcho distancia entre tubos.

E. TORRELLA

Pag. 31Bancos de tubos. Disposición en línea

x2

E. TORRELLA

x1

x3

Pag. 32Bancos de tubos. Disposición en tresbolillo

x2

E. TORRELLA

x1

x3

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9

Pag. 33Bancos de tubos. Número de Reynolds

D

D G umax maxRe = D

μ μ

ρ=

E. TORRELLA

( )u lineaDmax

1 = u x

x∞ ⋅ −1

( ) ( )u tresbolilloDmax

1 = u x

x∞ ⋅ ⋅ −2 3

umax

En línea

Al tresbolillo

Pag. 34Bancos de tubos. Ecuación semejanza

Nu C AD Dp

=⎡

⎣⎢⎢

⎤

⎦⎥⎥

. Re Pr, /

,

0 6 1 3

0 14μμ

CE li 0 26

E. TORRELLA

En lineaAl tresbolillo

0,260,33

1 2 3 4 5 6 7 8 > 9

En línea 0,64 0,8 0,87 0,91 0,94 0,96 0,98 0,99 1

Al tresbolillo 0,68 0,75 0,83 0,89 0,93 0,96 0,98 0,99 1

El coeficiente “A” depende del número de filas del haz tubular.

Pag. 35Ecuación de Chi-Chuan Wang (2000)

4Re3

3/1PrRe2Re1

CDcCf

NujCDcCj

=

=→=

N 1 2786008411 PP⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡

E. TORRELLA

• N = 1;

• N >= 2;

N = nº de filas

2786.0084.1129.0Re108.0

P

t

p

h

p

c

pP

l

tDc P

FDF

DF

PP

j ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

−−

−

93.06543Re086.0

−

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

t

pP

h

pP

c

pPPDc P

FDF

DF

Nj

Pag. 36Factores que afectan al coeficiente “U”Espesor y material de aletas

• Estos valores estánrelacionados con laeficiencia de las aletas. Suincidencia se refleja en lafigura adjunta.

E. TORRELLA

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10

Pag. 37Factores que afectan al coeficiente “U”Geometría de aletas

• La utilización de aletas corrugadas con generadoresde turbulencia puede aumentar los valores delcoeficiente global hasta en un 15%.

• Ahora bien, esta configuración sólo es aceptable enbaterías con condensación, no en el caso detrabajar por debajo de 0ºC, ya que favorecen la

E. TORRELLA

formación de hielo y dificultan el proceso dedesescarche.

• Además debe considerarse el aumento de pérdidasde carga en el lado del aire.

Pag. 38Factores que afectan al coeficiente “U”Unión entre aletas y tubo

• Evidentemente depende de la calidad en lafabricación de las baterías.

• El problema puede estar en caso de unión entrediferentes materiales, como es el caso de aletas dealuminio unidas a tubos de acero.

E. TORRELLA

Pag. 39Aleta anular. Sujección

E. TORRELLA

A presión Embebidas Soldadas

Aumento de transmisión de calor

Nivel térmico de utilización

Pag. 40Aletas. Fijación por presión

E. TORRELLA

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11

Pag. 41Factores que afectan al coeficiente “U”Pitch o distancia entre aletas.

• El valor de “U” seeincrementa al aumentar ladistancia .

E. TORRELLA

Pag. 42Factores que afectan al coeficiente “U”Velocidad del aire.

• En la figura de la incidencia de la distancia entrealetas se ha puesto de manifiesto la importancia dela velocidad del aire.

• La velocidad base considerada para el aire es lacorrespondiente a la frontal de ataque.

E. TORRELLA

Pag. 43Factores que afectan al coeficiente “U”Coeficiente de película interno.

• Este coeficiente no es una constante dependiendobásicamente de la carga a que este sometida la batería (W/m2)y a la velocidad de paso, cuanto mayor sea esta última mayores el coeficiente, pero en contrapartida mayor es la pérdida decarga .

E. TORRELLA

Pag. 44Factores que afectan al coeficiente “U”Relación SHR.

• La potencia total intercambiadaen una batería cuya superficiese encuentre por debajo delpunto de rocío del aire, seconstituye de una componentesensible (de variación detemperatura) y otra latente decambio de estado del aguapresente en el aire La relación

E. TORRELLA

presente en el aire. La relaciónentre la parte sensible y la totales el denominado “SHR”.

• El coeficiente de película en lazona de condensación esmucho mayor que el de la partede transferencia solo sensible,por lo que para considerar esteefecto se puede considerar laaproximación: SHRh

h

sensibleext

medioext 1,

, =

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12

Pag. 45Factores que afectan al coeficiente “U”Relación SHR. Efecto en aletas

• En caso de incremento del coeficiente externodebido a cambio de estado, la eficiencia de lasaletas desciende, de tal manera que habrá que teneren cuenta ambos efectos, lo cual puede tenerse enconsideración mediante un factor “E”, tal que:

E. TORRELLA

);( rNSHRFE =

Nr = factor de corrección sobre eficiencia de la aleta.

Pag. 46

ideal

realaleta q

qE =

Eficiencia de aletas

• Se define la eficiencia de la aleta como la potencia realmentetransmitida por una aleta y la que se propagaría si la superficietotal de la aleta se mantuviese a la temperatura de su base,esto es:

– La potencia ideal que transmitiría la aleta (a la temperatura de lab ) l l

E. TORRELLA

0θhaq aideal =

0θareal ahEq =

base) se calcula como:

– De la definición de eficiencia, es posible calcular la potenciaemitida por una aleta como:

Pag. 47

Evalúa la conveniencia de utilización de aletas

Efectividad de una aleta

E. TORRELLA

Se justifica la utilización de aleta, si ealeta ≥ 2

base

convectivaaleta

SS

Ee

hSqe =⎯→⎯=

00θ

Pag. 48Multialetas. Configuraciones complejas

E. TORRELLA

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13

Pag. 49

m.2 h.k e

ηTh m r i φ

m r i

b

φ .( )α 1 ( )1 .0.35 ln ( )α

Configuraciones complejas .ASHRAE

α f_( ),a b

E. TORRELLA

b

a

"Configuración hexagonal”Disposición al tresbolillo

ab

"Configuración rectangular”Disposición en línea

ri

Pag. 50SHR sobre diagrama Carrier (F.B.)

q + q

q = qq = SHR

LS

S

T

S

E. TORRELLA

Pag. 51Factores que inciden sobre el FB

• Superficie transversal del intercambiador; unincremento supone un mayor intercambio.

• Número de filas de tubos, un aumento reduce latemperatura y humedad del aire en salida.

• Espaciado de aletas, un descenso de este valorsupone una mayor superficie de intercambio.

• Caudal de aire a mayores valores se corresponden

E. TORRELLA

• Caudal de aire, a mayores valores se correspondentratamientos mas acusados.

• Temperatura del fluido frío, un valor alto supone unmenor grado de tratamiento.

Pag. 52Estimación del SHR

dt = Taire – T0

E. TORRELLA

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14

Pag. 53Dependencia del SHR

• Esta relación es función de:– La diferencia entre las

temperaturas del local y deevaporación, cuanto mayorsea mas vapor de aguacambiará de estado, y portanto menor será el valordel SHR.

E. TORRELLA

– La temperatura deevaporación, cuanto masbaja sea esta menor será elcontenido de humedad enel aire del local. MayorSHR.

Pag. 54Paso a régimen seco aparente

• El análisis del evaporador, essimilar al de condensador, conlas consideraciones decondensación de agua sobre susuperficie durante el procesode deshumectación. Unaposible simplificación inicialconsiste en suponerlo seco conla potencia transferida del

E. TORRELLA

la potencia transferida delproceso real. Esta potencia esla suma de las componenteslatente y sensible, por lo quepor unida de masa se tendrá:

Th

Th

Th LST

ΔΔ

+ΔΔ

=ΔΔ

Th

cc Lpefecp Δ

Δ+=,

Pag. 55Factores que afectan al coeficiente “U”Factor de ensuciamiento interno.

• La presencia del aceite, que acompaña alrefrigerante por la instalación, puede provocar unaresistencia al paso de calor, cuyo valor medio puedeser estimado en una cantidad de 0,0002 m2ºC/W.

E. TORRELLA

Pag. 56Factores que afectan al coeficiente “U”Factor de ensuciamiento externo.

• El vapor de agua presenteen el aire puede, si seproducen las condicionesrequeridas condensar ocongelarse sobre lasuperficie externa de labatería, asimilándose esteproceso a una resistencia de

E. TORRELLA

proceso a una resistencia deensuciamiento. La presenciade hielo afecta pues al valordel coeficiente “U”, tal comose muestra en la figuraadjunta.

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15

Pag. 57Cilindro aleteado. Coeficiente “U”

E. TORRELLA

QT i T e

1....2 π r i L h i j

lnrj 1

r j...2 π L kj

1..ηpond h e A total

Pag. 58Expresión final para “U”Referido a la superficie externa

,

,

2

.11

SR

hEU

extsucio

sensibleext

++

+=

• Transmisión lado aire.• Ensuciamiento externo.• Transmisión a través tubo.• Ensuciamiento interno• Transmisión lado fluido frío.• No se considera radiación

externa

E. TORRELLA

intint,

,

int,

int,

,

,int,

,

1

2

hSS

RSS

Ke

SSS

tubo

totalext

sucio

tubo

totalext

tubo

tubo

tuboexttubo

totalext

+

++

++

+externa

Pag. 59EVAPORADORES DE AIRECoeficiente global [W/m2°C]

MEDIO A ENFRIAR Máximo Mínimo

AIRE 14 9 3

E. TORRELLA

CONVECCIÓN NATURAL 14 9,3

* Velocidad frontal del aire en el rango de 2,5 a 3 m/s

AIRECONVECCIÓN FORZADA*:

Formación hielo 17,5 25

Sólo condensación 23 35

Pag. 60

A

C

A

C

EVAPORADORES DE AIREFLECHA

E. TORRELLA

Evaporador de doble flujo

AD

Evaporador de simple flujo

BD

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16

Pag. 61

DESESCARCHEEvaporadores Aire

E. TORRELLA

Pag. 62DESESCARCHEEvaporadores Aire

E. TORRELLA

Pag. 63

SISTEMAS DE DESESCARCHE

INCIDENCIA SOBRE TRANSMISION CALOR

MÉTODO MANUAL

CALENTAM. EXTERNO

RESIST. ELECTRICA

FLUIDO EXTERNO

AIRE CÁMARA

E. TORRELLA

EXTERNO DUCHA LIQUIDO

“GAS” CALIENTE

DESRECAL. VAPOR

ACUMULACIÓN

INVERSIÓN CICLO

TOTAL

PARCIAL

Pag. 64INTRODUCCIÓN

• El aire húmedo interno a una cámara es una mezclade aire seco más humedad. Por tanto, a su paso porevaporador depositara sobre éste parte de suhumedad en forma de hielo si:– La temperatura de la superficie se encuentra por debajo de

0°C.La temperatura es inferior a la de rocío del aire húmedo

E. TORRELLA

– La temperatura es inferior a la de rocío del aire húmedocirculante.

• En resumen, la formación de hielo se producirátanto más rápidamente cuanto menor sea la temp.del refrigerante y cuanto mayor sea la humedadespecifica.

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17

Pag. 65EFECTO DEL HIELO SOBRE LA TRANSMISIÓN DE CALOR

• Al aumentar la capa de hielo, la temp. en superficieexterna aumenta (adición de resistencia térmica); latemp. del refrigerante deberá bajar, pudiéndo llegara corte por presostato de baja.

• El hielo trae consigo dos efectos contrapuestos:– Por un lado, un aumento de la superficie de transmisión.

E. TORRELLA

– Por otro, la ya comentada adición de una resistenciatérmica.

• El primer efecto no es preponderante frente alsegundo más que en una primera etapa;rápidamente el segundo toma una mayor proporcióncon la consiguiente pérdida de eficacia.

Pag. 66CARACTERÍSTICAS DEL HIELO

• La resistencia térmica de la capa de hielo dependede su estructura, en concreto del contenido de airedisuelto en su interior. Así, a una mayor proporciónde gases disueltos la conductividad resultante esmenor; por tanto a mayor valor de la densidad delhielo se corresponde una conductividad mayor y una

i ió l d l l

E. TORRELLA

menor oposición al paso del calor.

NECESIDAD DEL DESESCARCHE

• En cuanto a la presencia de hielo sobre unevaporador, puede concluirse que su influencia es lade reducir la eficacia de la instalación frigorífica, loque conlleva a la necesidad de regulares periodosde desescarche. Las fases de desescarche sepresenta sobre la figura adjunta.

Pag. 67

E. TORRELLA

Pag. 68TIPOS DE DESESCARCHE

• Desescarche manual, con cepillos especiales,operación costosa y difícil de realizar con laperiodicidad deseada.

• Desescarche por circulación del aire de la propiacámara.

• Desescarche por resistencias eléctricas.

E. TORRELLA

p• Desescarche por agua liquida.• Desescarche por "gas" (vapor) caliente.

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18

Pag. 69DESESCARCHE POR CIRCULACIÓN DEL AIRE DE LA PROPIA CÁMARA.

• Mediante la acción de un elemento (p. e. reloj dedesescarche), el compresor para y el aire, alcontinuar su paso a través del evaporador, vacediendo calor que toma el hielo para cambiar deestado. Este sistema presenta como principalesinconvenientes, en caso de circulación forzada, el

i d li id b l é ó i l

E. TORRELLA

rociado con agua liquida sobre el género próximo alintercambiador, y el tiempo elevado de desescarcheen comparación con otros sistemas.

• Este sistema suele estar limitada a cámaras contemperatura positiva (evidentemente contemperaturas de evaporación inferiores a 0ºC).

Pag. 70DESESCARCHE POR RESISTENCIAS ELÉCTRICAS

• En este caso se disponen sobre el evaporador una serie deresistencias (normalmente a 220 V), las cuales, suministran,durante períodos de tiempo establecidos, una cantidad de calorsuficiente para el desescarche.

• Para evitar el salpicado se suele decalar el arranque delventilador al del compresor, lo que ocasiona la nuevacongelación del agua que permanece al final del desescarchesobre la superficie.

E. TORRELLA

• Hay que añadir que en algunos casos suelen instalarseresistencias adicionales con destino a calentar la bandeja derecogida y los conductos de salida del agua resultante.

• El inconveniente principal de este sistema de desescarche loconstituye el costo energético, lo que desaconseja suaplicación a instalaciones de gran potencia.


E. TORRELLA


E. TORRELLA

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19

Pag. 73DESESCARCHE POR DUCHA DE LIQUIDO

• Con este sistema se utiliza una corriente,normalmente de agua, que por rociado sobre lasuperficie del intercambiador provoca la fusión delhielo, arrastrando el agua resultante fuera delrecinto. Como en el caso anterior, debe evitarse laacumulación de liquido en el interior de la cámara,

l f i d l i t l ió d í

E. TORRELLA

ya que al funcionar de nuevo la instalación podríanreventar la tubería de salida, igualmente el rociadode agua residual se evita por arranque delcompresor antes del ventilador de evaporador.

Pag. 74DESESCARCHE POR “GAS” CALIENTE

• En este sistema la fuente caliente necesaria va a serproporcionada por la propia instalación, utilizandolos vapores calientes de la descarga del compresor,los cuales se derivan hacia el evaporador,produciendo, mediante su circulación interna, elefecto buscado.

E. TORRELLA

• Existe una gran diversidad de procedimientos queutilizan el principio básico de “gas” caliente (no sóloen evaporador, sino en otros casos como suelos decámaras, etc...). No obstante el mas universal sebasa en la inversión de los papeles asignados a losintercambiadores de la instalación.

Pag. 75“GAS” CALIENTEINVERSIÓN DEL CICLO

Válvulapiloto

E. TORRELLA

Válvula 4 vías

Pag. 76“GAS” CALIENTEINVERSIÓN DEL CICLO

E. TORRELLA

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20

Pag. 77“GAS” CALIENTEVÁLVULA DE 4 VÍAS. MONTAJE

E. TORRELLA

Pag. 78“GAS” CALIENTE SOBRE SUELO DE CÁMARA

E. TORRELLA

Pag. 79“GAS” CALIENTE PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE

E. TORRELLA

Pag. 80

EVAPORADORES DE LIQUIDO

E. TORRELLA

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21

Pag. 81EVAPORADORES DE LIQUIDODe carcasa - tubos. Esquema

E. TORRELLA

Pag. 82EVAPORADORES DE LIQUIDODe carcasa - tubos

E. TORRELLA

Pag. 83EVAPORADORES DE LIQUIDOVista interna

E. TORRELLA

Pag. 84SERPENTIN PARA REFRIGERACIÓN INDIRECTA

E. TORRELLA

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22

Pag. 85EVAPORADORES DE LIQUIDOCoeficiente global [Kcal/hm2°C]

MEDIO A ENFRIAR Máximo Mínimo

LÍQUIDODOBLE TUBO 700 400

E. TORRELLA

LÍQUIDOMULTITUBULAR HORIZONTAL:

Amoníaco 700 400Halogenados 900 700

LÍQUIDO (Amoníaco)MULTITUBULAR VERTICAL 2000 1000

INMERSIÓN:Serpentín 250 150Rejilla 450 250

Pag. 86EVAPORADORES DE AGUACurva catálogo. Potencia frigorífica

400

500

600

700Q0 [kW]

E. TORRELLA

20 40 60 80 100 120M [kg/h] *1000

0

100

200

300

00

TWS -T0 = 3,33°C 3,89°C 4,44°C 5°C 5,56°C

Pag. 87

Análisis evaporador liquido(1-2)

E. TORRELLA

Fluidos: R134a y R407C.

Pag. 88Introducción

• En este trabajo se analiza el comportamiento de unevaporador del tipo carcasa-tubos (1-2) condiferentes regímenes de giro.

• El estudio se realizará aplicando los dos métodostradicionales de estudio de intercambiadores: el delsalto logarítmico medio corregido y el de la eficiencia

E. TORRELLA

- número de unidades de transferencia.• Los fluidos utilizados han sido; R-134a (fluido puro)

y R-407C (mezcla ternaria con glide nodespreciable).

12/01/2011

23

Pag. 89Dispositivo experimental

T

T5, P5 T6, P6

T7, P7

T8, P8

T9

T10

T11

A

B

T

T5, P5 T6, P6

T7, P7

T8, P8

T9

T10

T11

A

B

E. TORRELLA

P1, T1

T2, P2T3

P3P4

T4

,

T12

T13

C D

P1, T1

T2, P2T3

P3P4

T4

,

T12

T13

C D

Pag. 90Circuito de carga en evaporador

• Evaporador• Intercambiador de disipación

con agua glicolada.• Resistencias de apoyo.• Regulación de la velocidad

sobre motor de ventiladorestraseros.

E. TORRELLA

Pag. 91Características del evaporador

Tube

Number 76

φi / φe 8.22·10-3 / 9.52·10-3 (m)

Thickness Inner microfins 0.2·10-3 (m)

Total Length 0.92 (m)

E. TORRELLA

External Exchange surface 1.81 m2

Tube Side volume 3.3·10-3 m3

Shell Side volume 8 ·10 -3 m3

Pag. 92Condiciones de ensayo con variación del régimen de giro

5.5

6.0

6.5

rate 5.5

6.0

6.5

rate

E. TORRELLA

4.0

4.5

5.0

350 400 450 500 550 600r.p.m.

com

pres

sion

r

R134a_I R134a_II R134a_III

R407C_I R407C_II R407C_IIIR134aR407C

4.0

4.5

5.0

350 400 450 500 550 600r.p.m.

com

pres

sion

r


R407C_I R407C_II R407C_IIIR134aR407C

12/01/2011

24

Pag. 93Variación del subenfriamiento en los ensayos de variación del régimen giro.

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

gree 10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

gree

E. TORRELLA

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

350 400 450 500 550 600r.p.m.

subc

oolin

g de

g


R407C_I R407C_II R407C_III

R134aR407C

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

350 400 450 500 550 600r.p.m.

subc

oolin

g de

g



R134aR407C

Pag. 94Variación del recalentamiento en los ensayos de variación del régimen giro.

16 0

17.0

18.0

19.0

g de

gree

16 0

17.0

18.0

19.0

g de

gree

E. TORRELLA

12.0

13.0

14.0

15.0

16.0

350 400 450 500 550 600r.p.m.

suct

ion

supe

rhat

in



R134aR407C

12.0

13.0

14.0

15.0

16.0

350 400 450 500 550 600r.p.m.

suct

ion

supe

rhat

in



R134aR407C

Pag. 95Variación del caudal frigorifero en los ensayos de variación del régimen giro.

0.0006

0.0007

0.0008

0.0009

0.0010

ric fl

ow ra

te (m

3/s)

R134aR407C

0.0006

0.0007

0.0008

0.0009

0.0010

ric fl

ow ra

te (m

3/s)

R134aR407C

E. TORRELLA

0.0000

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

350 400 450 500 550 600

r.p.m.

seco

ndar

y co

olan

t vol

umet

r



0.0000

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

350 400 450 500 550 600

r.p.m.

seco

ndar

y co

olan

t vol

umet

r



Pag. 96Variación del caudal frigorígeno en los ensayos de variación del régimen giro.

0.07

0.08

0.09

w ra

te (k

g/s)

R134aR407C

0.07

0.08

0.09

w ra

te (k

g/s)

R134aR407C

E. TORRELLA

0.03

0.04

0.05

0.06

350 400 450 500 550 600r.p.m.

refri

gera

nt m

ass

flow



0.03

0.04

0.05

0.06

350 400 450 500 550 600r.p.m.

refri

gera

nt m

ass

flow



12/01/2011

25

Pag. 97Comprobación potencia frigorífica

cooling capacity comparisson

10

11

12

13

14

(kW

)


10

11

12

13

14

(kW

)

E. TORRELLA

4

5

6

7

8

9

10

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

secondary coolan side (kW)

refri

gera

nt s

ide

(

R134a

R407C

4

5

6

7

8

9

10

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

secondary coolan side (kW)

refri

gera

nt s

ide

(

R134a

R407C

Pag. 98Error debido al recalentamiento


10

11

12

13

14

g (k

W)


10

11

12

13

14

g (k

W)

E. TORRELLA

4

5

6

7

8

9

10

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14without superheating (kW)

with

sup

erhe

atin

g

R134a

R407C

4

5

6

7

8

9

10

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14without superheating (kW)

with

sup

erhe

atin

g

R134a

R407C

Pag. 99Condiciones de salida en evaporador

• Las condiciones delrefrigerante, con pérdidas decarga (punto “s’o”). Setoman como condiciones desalida las correspondientesal vapor saturado a lapresión medida a la salidadel evaporador

E. TORRELLA

del evaporador.• Para el glicol:

( ) ( ) ( )brinepbrine

soeorefeoeobrinepbrinesoeorefO Cm

hhmTTTTCmhhmQ

__

'

⋅

′−⋅−=′⇒′−⋅⋅=−⋅=′

Pag. 100Método e - NTU

( )cihi TTCQQQ

−== minmaxmax

0 ;ε

E. TORRELLA

• Se hace necesario comprobar las capacidades caloríficas enambos fluidos, ya que el valor de la eficiencia para disposición“1-2” será:

refrigeglicole

glicolserefrigglicol TT

TTCC

__

)(−

−=≤ ε

refrigeglicole

refrigserefrigglicol TT

TTCC

__

.)(−

−=≥ ε

12/01/2011

26

Pag. 101Calor específico aparente del frigorígeno

eoso

eosorefrigp TT

hhC−−

= '

'

_

E. TORRELLA

• Consideración corregida de Bansal• Por lo que la capacidad térmica puede no ser infinita, debido a

las pérdidas de carga para un fluido puro, y al estas y el glidepara una mezcla.

Pag. 102Glide R-407C

E. TORRELLA

Pag. 103Capacidades térmicas. R-134a

15.25

20.25

25.25

rmic

a

t = 5.5 t = 4.5 t = 4.9R134a

Refrig

Glicol

15.25

20.25

25.25

rmic

a

t = 5.5 t = 4.5 t = 4.9R134a

Refrig

Glicol

E. TORRELLA

0.25

5.25

10.25

350 400 450 500 550 600

compressor rotational speed

Cap

acid

ad T

ér

0.25

5.25

10.25

350 400 450 500 550 600


Cap

acid

ad T

ér

Pag. 104Capacidades térmicas. R-407C

3.00

3.50

4.00

rmic

a

t = 4.7 t = 4.5 t = 4.9

R407Cconsiderando ΔP

3.00

3.50

4.00

rmic

a

t = 4.7 t = 4.5 t = 4.9

R407Cconsiderando ΔP

E. TORRELLA

1.50

2.00

2.50

350 400 450 500 550 600


Cap

acid

ad T

ér

Refrig

Glicol

1.50

2.00

2.50

350 400 450 500 550 600


Cap

acid

ad T

ér

Refrig

Glicol

12/01/2011

27

Pag. 105Cálculo del NTU

• Caso real

( )

.max

min2

;1

12

;11ln

11

CCC

C

CE

EE

CNTU R

R

R

R

=+

+−=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

+−

⋅+−

= ε

E. TORRELLA

• Caso ideal (cp ≅ ∞)

( )ε−−= 1lnNTU

Pag. 106Comparación NTU ideal y real

E. TORRELLA

Pag. 107Método DMLT

( )( )

.__

2

2

2

;;

112112ln

11ln

11

refrigeglicole

refrig

refrig

glicol

TTT

PTT

R

RRPRRP

PP

RRF

−

Δ=

Δ

Δ=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+++⋅−

+−+⋅−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⋅−−

⋅−+

=

E. TORRELLA

• Factor de corrección para disposición “1-2”

Pag. 108

APLICACIONES ESPECIALES

E. TORRELLA

12/01/2011

28

Pag. 109PISTAS DE HIELO

E. TORRELLA

Pag. 110MÁQUINAS DE HIELO

E. TORRELLA

Pag. 111ALMACENAMIENTO DE HIELOIntercambiador de enfriamiento

E. TORRELLA

Pag. 112PLACAS EUTECTICAS

E. TORRELLA

Tf 5 Evaporadores

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