SELECCIÓN DE EQUIPOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL MEJOR SISTEMA DE ENFRIAMIENTO
EXPOSITOR: ING. WILLIAN MORALES QUISPE REPÚBLICA DEL PERÚ GERENTE GENERAL DE RETER EIRL
PARÁMETROS DE SELECCIÓN
Los parámetros serán siempre los mismos fundamentalmente, pero sobre estos debemos aplicar toda mejora en lo que respecta a su eficiencia, mejorar la Transferencia de calor en el evaporador y minimizar las ganancias de calor desde el exterior.
Son los siguientes: • CARGA TÉRMICA TOTAL ESTIMADA CON PRODUCTOS • TEMPERATURA DE EVAPORACIÓN • TEMPERATURA DE CONDENSACIÓN
Adicionalmente debemos tener cuidado con aplicar toda mejora en ahorro de energía:
LAS GANANCIAS DE CALOR PARA LA CARGA TOTAL DE ENFRIAMIENTO «CARGA TÉRMICA» 1. Calor que pasa del exterior al espacio refrigerado por conducción a través de paredes.
2. Calor que llega al espacio por radiación directa a través de las paredes de la cámara expuestas al sol u otra fuente radiante. 3. Calor del aire exterior que entra al espacio refrigerado por aperturas de puertas en otros casos se provoca cambios de aire para mantener la calidad del producto este aire trae calor adicional al equipo.
4. Calor cedido por el producto a refrigerar. Según sea el caso para conservarlo fresco, conservarlo congelado o para congelarlo. 5. Calor cedido por las personas dentro del espacio refrigerado. 6. Calor cedido por equipos productores de calor que se encuentran dentro del espacio a refrigerar. Estos pueden ser los motores ventiladores del evaporador o las luces dentro de la cámara.
PARÁMETROS DE SELECCIÓN: TEMPERATURA DE EVAPORACIÓN
La conservación de alimentos y otros productos en condiciones optimas de refrigeración, depende no únicamente de la temperatura del espacio refrigerado (T INTERIOR) sino también de la humedad del espacio (HR %)
T EVAP
=
T INT
- DT
PARÁMETROS DE SELECCIÓN: TEMPERATURA DE CONDENSACIÓN
SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE CARACTERISTICAS NECESARIAS:
• • • •
Que sea ecológico. Que su rango de temperatura sea ideal para la temperatura deseada. Que sea económico desde el punto de vista del consumo de energía. Otras características como otro buen refrigerante es decir de alto calor latente de evaporación, miscible en el aceite, aislante eléctrico, etc. • Para temperaturas de cámara sobre 0°C se puede usar el R-134 a inclusive temperaturas de -15°C de modo eficiente. • Para temperaturas de -15°C hasta - 30°C debemos usar el R – 404 a. • El R-717 lo podemos emplear en refrigeración industrial en LBP, MBP y HBP.
Veamos una tabla de características de los refrigerantes:
SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE ECOLÓGICO ADECUADO: TABLA
SELECCIÓN DEL AISLANTE Y EL ESPESOR DEL MISMO
CARACTERÍSTICAS:
• • • • •
Mínima conductividad de calor a través del mismo. Facilidad en stock de planchas en distintas medidas. Espesor mínimo económico para cada temperatura de trabajo. Durabilidad apreciable. Por ejemplo: El poli estireno k = 0.023 a 0.030 Kcal / hr.°C El poliuretano k = 0.025 a 0.028 Kcal / hr.°C
PANEL DE POLIESTIRENO EXPANDIDO
FÓRMULA PARA OBTENER EL “U”
1 1 δi 1 U α e i λ i αi α e Coeficient e de transferencia de calor por convección desde el aire a la pared del sitio caliente (
i Coeficient e de calor por convección desde el aire a la pared en el sitio frio en (
Kcal ) 2 m hrº C
i Coeficient e de conductividad térmica de cualquier capa de material sólido en la pared en ( i Espesor de la capa de aislante u otro material en (m) i 8
Kcal ) para condicione s normales 2 m hrº C
e 25(
Kcal ) para condicione s normales m 2 hrº C
Kcal ) 2 m hrº C
Kcal ) mhrº C
METODO ABREVIADO PARA DETERMINAR EL ESPESOR PARA TEMPERATURAS SOBRE 0°C
Q w , entonces q U DT y además , q 6.98 a 14 2 A m w Kcal w Kcal entonces : (9.3 2 ) (8 ), Factor de conversiòn 2 es 0.859842 2 m hr.m m hr.m 2
si : q
PARA TEMPERATURAS DEBAJO DEL 0°C
Q w , entonces q U DT y además , q 6.98 a 14 2 A m w Kcal w Kcal entonces : (6.98 2 ) (6 ), Factor de conversion es 0.859842 m hr.m 2 m2 hr.m 2
si : q
Kcal ) 100 hr m º C Espesor (cm ) conservaci ón de fresco Kcal 8 ó 9( 2 ) m hr Kcal DT (º C) ( ) 100 hr m º C Espesor (cm ) conservaci ón de congelado Kcal 6 ó 7( 2 ) m hr DT (º C) (
TABLA DE ESPESORES RECOMENDADOS DE ACUERDO A LAS FÓRMULAS
COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO DE PISTÓN
• Se llama así debido a que la capacidad máxima es función de la velocidad y del volumen de desplazamiento del cilindro
COMPRESORES HERMÉTICOS COMERCIALES
COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
TORNILLO (HELICOIDALES) • Trabaja en forma satisfactoria en un amplio margen de temperaturas de condensación
• En operación van desde 100 ton hasta 700 ton, basadas en las condiciones nominales de ARI para sistemas de agua helada.
CICLO DE COMPRESION, DIMENSIONAMIENTO, Y RENDIMIENTO • El Volumen desplazado por el compresor:
π.D2 m3 Vt . N . L . n . 60 4 hora • Capacidad de refrigeración teórica del compresor:
Q0
Vdesplazadoteorico v específico en el punto1
h 2 h1
La capacidad real de refrigeración de un compresor es siempre menor que la capacidad teórica calculada. Esta disminución de la producción frigorífica conduce a la definición del rendimiento volumétrico.
COMPRESORES
INFLUENCIA DE LAS TEMPERATURAS DE EVAPORACION Y CONDENSACION SOBRE LA PRODUCCION FRIGORIFICA Y LA POTENCIA La temperatura de vaporización es el factor mas importante de los que influyen sobre la producción frigorífica
•Temperatura de vaporización
•Presión de vaporización •Presión de aspiración •Densidad del vapor aspirado •Efecto Refrigerante
COMPRESORES INFLUENCIA DE LAS TEMPERATURAS DE EVAPORACION Y CONDENSACION SOBRE LA PRODUCCION FRIGORIFICA Y LA POTENCIA
•Temperatura de vaporización •Temperatura de condensación = CTE
•Relación de compresión
•Efecto Refrigerante •Rendimiento Volumétrico Real
•Necesidad de Potencia
Este incremento de Potencia es relativamente pequeño comparado con el beneficio en la producción frigorífica
COMPRESORES INFLUENCIA DE LAS TEMPERATURAS DE EVAPORACION Y CONDENSACION SOBRE LA PRODUCCION FRIGORIFICA Y LA POTENCIA
•Temperatura de condensación •Temperatura de vaporización = CTE
•Rendimiento Volumétrico
•Relación de Compresión
•Volumen real de vapor desplazado
•Descarga isentrópica
•Producción Frigorífica
•Trabajo de compresión •Incrementa la potencia Necesaria
Altas temperaturas de descarga tiene efectos mecánicos, favoreciendo la acción de los ácidos por descomposición de los aceites y causando la carbonización, acumulándose en el pistón y cilindro
SELECCIÓN
La capacidad refrigerante y las necesidades de potencia de un compresor varían con las condiciones del vapor refrigerante a la entrada y a la salida del compresor
Para la selección de un compresor , se necesitan los siguientes datos: 1. Capacidad frigorífica requerida (Kcal./h) 2. Temperatura de evaporación (º C)
3. Temperatura de condensación (º C)
Aplicación (LBP, MBP, CBP, HBP) De acuerdo con la temperatura (presión) de evaporación, podemos determinar el rango de aplicación del compresor La Tabla que sigue presenta los rangos de aplicación y sus limites:
RANGO DE APLICACION
TEMPERATURA DE EVAPORACION
Baja Presión de Evaporación (LBP)
-34,4°C a -12,2°C
Media/Alta Presión de Evaporación (MBP/HBP)
-15°C a +12,8°C (Comprs. AE) -20,0°C a +10,0°C (Comprs. AKM)
Presión Comercial de Evaporación (CBP)
-17,8° C a +10,0° C
Acondicionador de Aire (HBP/AC)
0° C a +12,8° C
Para que la vida útil del compresor sea preservada y para que pueda presentar su mejor performance, es necesario que los limites de temperatura y presión sean respetarlos así como se indica:
La temperatura de Condensación: debe ser de 10 a 13°C arriba de la Temperatura Ambiente
•¿Por qué respetar este limite? •Para garantizar intercambio de calor con el ambiente y respetar los limites de presión de descarga recomendados para el compresor
Temperatura de Succión:3 a 5°C abajo de la Temperatura Ambiente •¿Por qué respetar este limite? •Para evitar el retorno de liquido al compresor o el calentamiento excesivo del fluido de retorno.
Temperatura de la Descarga del compresor: igual a 120°C
Menor o
•¿Por qué respetar este limite? •Arriba de esta temperatura, hay riesgo de carbonización de aceite en las válvulas del compresor causando obstrucción y/o falla de funcionamiento
Temperatura del Domo del compresor:
Menor o igual a 110°C •¿Por qué respetar este limite? •Este factor garante que las temperaturas internas del compresor queden dentro de limites aceptables.
Temperatura del Bobinado del compresor: Menor que 130°C •¿Por qué respetar este limite? •Para garantizar eficiencia del aislamiento de los bobinados del motor del compresor.
EFICIENCIA VOLUMÉTRICA
TENIENDO LA CARGA TÉRMICA BIEN CALCULADA SE PUEDE APROXIMAR A LA POTENCIA DE CONSUMO DEL MOTOCOMPRESOR MEDIANTE LA SIGIENTE REGLA PRÁCTICA, SIEMPRE Y CUANDO SE SEPA EN QUE RANGO DE TRABAJO DE LAS TEMPERATURAS DE EVAPORACIÓN
LBP (low back pressure) baja presión y temperatura de retorno (-30ºC hasta - 10ºC) MBP (medium back pressure) media presión y temperatura de retorno (-10ºC a 0ºC) HBP (high back pressure) alta presión y temperatura de retorno (0ºC a 10ºC)
TEMPERATURA DE EVAPORACION (T EVAP)
La conservaci贸n de alimentos y otros productos en condiciones optimas de refrigeraci贸n, depende no 煤nicamente de la temperatura del espacio refrigerado (T INT) sino tambi茅n de la humedad del espacio (HR %)
T EVAP
=
T INT
- DT
TEMPERATURA DE CONDENSACION (T
T COND
=
COND)
T AMB + DTCOND
DTCOND = 11 °C = 19.8 °F
Refrigeración
DTCOND = 17 °C = 30.6 °F Aire Acondicionado
En el caso de sistemas con condensadores enfriados por aire, la presión de descarga debe ser aproximadamente igual al valor de presión correspondiente a una temperatura de 11 °C (refrigeración) o 17 °C (aire acondicionado) por encima de la temperatura ambiente.
MAQUINAS DE REFRIGERACION
SELECCIÓN DE EVAPORADORES DE TIRO FORZADO
CÁLCULO DE EVAPORADORES
Q0 A K T Q 0 AKΔT
BTU KCAL ), ( ) HR HR A ÁREA DEL SERPENTÍN EVAPORADOR MÁS EL ÁREA DE ALETAS POR 2 (PIES 2 )(m 2 ) BTU kcal K COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR EMPÍRICO( )( ) 2 2 HR. PIE F hr. m C ΔT DIFERENCIAL DE TEMPERATUR A Ó DTML( F)( C) Q 0 CAPACIDAD FRIGORÍFICA (
FACTOR “K” EN KCAL/HR. M2. °C
FACTOR
T
FACTOR DE CORRECCIÓN PARA BAJAS TEMPERATURAS
SELECCIÓN DE EVAPORADORES DESPUES DE CONOCER LA CARGA TÉRMICA DEBEMOS DE SELECCIONAR EL EVAPORADOR DE TIRO FORZADO CON LA MISMA CARGA TÉRMICA DEL COMPRESOR A REGIMEN DE TRABAJO ES DECIR, A LA MISMA TEMPERATURA DE EVAPORACIÓN Y DE CONDENSACION. PUEDE SER DE HASTA UN 20% ADICIONAL PARA EVITAR DESHIELOS CONTINUOS. ESTA SELECCIÓN ES ALTAMENTE DEPENDIENTE DEL DIFERENCIAL DE TEMPERATURA EN EL EVAPORADOR, QUE A SU VEZ DETERMINA LA HUMEDAD RELATIVA INTERIOR DE LA CÁMARA FRIGORÍFICA, DEBEMOS ESTAR SEGUROS DE QUE CON UN DIFERENCIAL MAYOR LA CAPACIDAD DEL EVAPORADOR SERÁ MAYOR Y CON UN DIFERENCIAL MENOR LA CAPACIDAD DEL EVAPORADOR SERÁ MENOR.
EJEMPLO: Un sistema de refrigeración con una capacidad frigorífica de 14,000 BTUH, Te = -15°C necesita un evaporador para baja temperatura a un diferencial de 12°C, escogeremos Un evaporador que nos sirva para este fin.
capacidad nueva capacidad de catalogo 13,885
DTnueva DTcatálogo
btu 12º C btu btu 16,662 es 20% mayor que 14,000 ....... OK hr 10º C hr hr
EVAPORADORES PARA CHILLER DE LA INDUSTRIA
UN COMPENDIO DE EVAPORADORES DE TUBOS DESNUDOS SUMERGIDOS, PARA CHILLER DE INDUSTRIA DE DIFERENTES TAMAÑOS, EL R-134 ES APLICABLE COMO EL R – 12 POR SER DE SIMILARES CARACTERISTICAS FISICAS, ASI COMO EL R – 404 PUEDE SER APLICABLE CON LE R – 502
SELECCIÓN DEL CONDENSADOR Los condensadores enfriados por aire pueden tener un caudal de 800 CFM por tonelada de refrigeración y la velocidad del aire esta entre 500 y 1000 ppm. En la Práctica los rangos de (DT) en el condensador están entre los 15°F a 35°F, La Otra condición para que sea un condensador económico es que la temperatura De condensación del refrigerante se encuentre entre 110°F a 120°F COEFICIENTES GLOBALES: Con velocidades de aire de 2.5 m/s Convección Forzada: 12 a 20 Kcal/hr.m2°C Convección Natural: 8 a 12 Kcal/hr.m2°C DATO PRÁCTICO: Se debe emplear de 4.5 a 7 m2 de área por cada 1,000 Kcal/hora
Q co U A Δ t m Q co Capacidad del condensado r en Kcal/hora A Area del condensado r en m 2 Δ t m Diferencia de temperatura media logarítmic a en C
CÁLCULO GRÁFICO DE CONDENSADORES ENFRIADOS POR AIRE
Qcondensador Q0 Factor
DIFERENCIA DE TEMPERATURA MEDIA LOGARÍTMICA
Δtm
Δ te Δ ts Δ te ln Δ ts
Δ te t c t e Δ ts t c t s t c Temperatura de condensaci ón en C En la práctica la (t c ) se sitúa alrededor 5C por encima de la temperatura del agua que sale del condensado r, Pudiendo variar el calentamie nto del agua circulante entre 5 a 12 C. En el caso de los condensado res enfriados por aire se admite que la temperatura de condensaci ón sea de 7 a 8C superior a la temperatura de salida del aire, calentando se este de 6 a 8C. Este aumento de temperatura conduce a que la temperatura de condensaci ón sea 15C superior a la temperatura de ambiente que es la temperatura de entrada de aire al condensado r.
CONDENSADOR ENFRIADO POR AIRE
ZONA RECALENTADA CALOR SENSIBLE
ZONA DE CAMBIO DE ESTADO CALOR LATENTE
ZONA DE SUBENFRIAMIENTO CALOR SENSIBLE APROX. 5째C
SELECCION DE LA VALVULA DE EXPANSIÓN TERMOSTATICA
VÁLVULAS DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICAS
Sin equilibrador externo
Con equilibrador externo
En verdad la VET tiene como única y simple función:
“Mantener al evaporador con suficiente cantidad de refrigerante para satisfacer todas las condiciones de carga térmica previstas para el sistema” Para saber que una VET está funcionando bien se le debe de medir el recalentamiento, observar que se esta formando hielo en la línea de succión y ver la presión de baja. Ver solamente el la presión de baja nos puede llevar a errores de diagnostico.
“Si es poco el refrigerante que está llegando al evaporador el recalentamiento será Alto o si es mucho el refrigerante que llega al evaporador el recalentamiento será Bajo” Muchas fallas son atribuidas a la VET, cuando la falla está en otro punto del sistema o en el mismo proyecto inicial del sistema.
SELECCIÓN SIMPLIFICADA DE LA V.E.T.
LA SELECCIÓN DE LA V.E.T. DE MODO PRÁCTICO ES ELEGIDA PARA LA MISMA CAPACIDAD DEL COMPRESOR A RÉGIMEN DE TRABAJO ES DECIR A UNA DETERMINADA TEMPERATURA DE EVAPORACION Y DE CONDENSACION PERO SE ACOSTUMBRA A PEDIRLA EN T.R. (TONELADA DE REFRIGERACION) SABEMOS QUE LA V.E.T. DEBE DE HACER CAEL LA PRESIÓN DESDE LA DE ALTA HASTA LA PRESIÓN DE EVAPORADOR DETERMINADA, PARA ESTO CUENTA CON UNAS CAIDAS DE PRESIÓN QUE LE AYUDAN EN ACCESORIOS OBLIGATORIOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN, COMO SON EL FILTRO, EL DISTRIBUIDOR, LA VÁLVULA DE SOLENOIDE Y TODOS LOS COMPONENTES QUE SE ENCUENTRAN EN LA LÍNEA DE LÍQUIDO INCLUSIVE LA CAIDA DE PRESIÓN EN LAS TUBERÍAS Y CODOS DE COBRE, PERO NO ES TAN INFLUYENTE ESTAS AYUDAS EN UNA CÁMARA COMERCIAL MEDIANA. DE MODO QUE PODEMOS SELECCIONAR LA V.E.T. DEL MODO SENCILLO COMO SE VIO AL COMIENZO DE LA EXPLICACIÓN. SIEMPRE DESPUES DE INSTALADA LA V.E.T. PODEMOS CORREGUIR SU CAPACIDAD A LA DEL SISTEMA MEDIANTE LA APLICACIÓN DE LA TEORIA DEL «SOBRECALENTAMIENTO»
1 T.R. = 12,000 BTUH
RECALENTAMIENTO EN LA VÁLVULA DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICA
R-22
P1 = 70 PSIG ó 5 kg/cm2
TEVAP = +5 °C
TS = +12 °C RECALENTAMIENTO: S = TS –TEVAP = 12 – 5 = 7 °C OBS: TS = TEMPERATURA DEL TUBO EN LAS PROXIMIDADES DEL BULBO TERMOSTATICO ESTE EJEMPLO ASUME QUE LA PERDIDA DE PRESION EN EL EVAPORADOR ES DESPRECIABLE O SEA P1 = P2
MANTENIENDO EL RECALENTAMIENTO CONSTANTE LA POSIBILIDAD DE QUE OCURRA UN GOLPE DE LÍQUIDO DISMINUYE CONSIDERABLEMENTE.
Nota: El recalentamiento total, es decir, el del evaporador más el de la línea de succión y el que se dá en el rebobinado no debe ser mayor a 20°C
G) SELECCIÓN DE LAS TUBERÍAS DE GAS Y LÍQUIDO
LÍNEA DE ALTA GASEOSA LÍNEA DE LÍQUIDO
LÍNEA DE SUCCIÓN O GAS
CIRCUITO FRIGORÍFICO DE DOBLE TEMPERATURA
COMPONENTES SECUNDARIOS DEL SISTEMA
TODOS LOS COMPONENTES ADICIONALES: * VÁLVULAS DE PASO * VÁLVULAS DE SOLENOIDE * SEPARADORES DE ACEITE * ACUMULADORES DE SUCCIÓN * FILTROS SECADORES * VISORES DE LÍQUIDOS • OTROS SE SELECCIONAN A LA MISMA CAPACIDAD DEL COMPRESOR A REGIMEN DE TRABAJO, ES DECIR A LA TEMPERATURA DE EVAPORACION Y DE CONDENSACIÓN CON QUE TRABAJA DICHO COMPRESOR.
MUCHAS GRACIAS
ORGULLOSOS DE SER PERUANOS