RETER
E.I.R.L.
REFRIGERACION TERMODINAMICA
CAPACITACION A NIVEL NACIONAL REFRIGERACION Y AIRE ACONDICIONADO -A Empresas de Lima y Provincias con sus mismos equipos -A Instituciones Privadas y Estatales en Nuestra Escuela -A Ingenieros y Técnicos en Nuestra Escuela
Telef.-: 241-6763 / 9994-9953
CURSO DE AIRE ACONDICIONADO
CAPITULO 4 :
LINEA DE ALTA O DESCARGA LINEA DE BAJA O SUCCION LINEA DE LIQUIDO
EXPOSITOR : ING. WILLIAN MORALES, ESPECIALIZADO EN COLOMBIA – CUBA - MEXICO
UBICACIÓN DE LAS TUBERIAS
LINEA DE LIQUIDO
DESCARGA
BAJA – SUCCIÓN - ASPIRACIÓN
LA CAPACIDAD DE LAS LINEAS DE REFRIGERANTE Tuberías muy pequeñas: No aseguran un suministro adecuado de refrigerante en todos los evaporadores Producen perdidas excesivas de presión de refrigerante, que reducen innecesariamente la capacidad y eficiencia del sistema
Tuberías muy grandes: No garantizan el retorno positivo y continuo del aceite al carter del compresor Aumentan excesivamente el costo de la instalación
LA CAPACIDAD FRIGORIFICA El tamaño adecuado de la tubería de refrigerante debe corresponder a la capacidad frigorífica de la instalación ¿Cómo? La capacidad frigorífica se determina por la cantidad o masa de refrigerante que se vaporiza en el evaporador, absorbiendo el calor necesario del ambiente
Q 0 =m R q Donde:
! 0
mR = masa de refrigerante en Kg/h qo’ = calor frigorifico especifico en KCal/Kg
Por la ley de la continuidad, la misma masa debe pasar por todos los componentes del sistema, el compresor, condensador, evaporador y las tuberías
LA CAPACIDAD FRIGORIFICA La corriente de masa que pasa por un tubo se calcula con:
mR = A . u . γ . 3600
Kg/h
Donde: A = Área del tubo en m2 U = Velocidad de la corriente en m/s γ = Peso especifico en Kg/m3 La corriente de masa mR es igual en todas las partes de la tubería, en la línea de succión, línea de descarga y líneas de liquido. Sin embargo, como el estado físico del refrigerante – estado de agregacion, temperatura, presion, peso o volumen especifico, etc – es diferenrte en los distintos tramos del sistema, cada uno de ellos exige unas consideracines especiales
CAPACIDAD DE LA LÍNEA DE SUCCIÓN
q0 E.R.U. CON RECALENTAMIENTO
MATEMAMATICAMENTE LA CAPACIDAD SERÍA:
D ×π 1 Q= × u × × 3,600 × q 0 4 v 2
Q = capacidad de la línea de succión en Kcal/hr U = velocidad de la corriente en m/s D = diámetro en m. V = volumen especifico en m3/Kg q = entalpía del refrigerante en Kcal/Kg Bajo la suposición de que la temperatura del líquido antes de la VET. Es Igual a 30ºC, es decir con una temperatura de condensación aproximada de 35ºC (de 5ºC a 5ºC menos que la temperatura al ingreso de la VET) y el sobrecalentamiento en la succión de 5ºC (10ºF) que es lo que se acostumbra. Se construye la siguiente tabla.
tabla de volúmenes específicos y capacidad frigorífica especifica Tevap.
R-12
ºC
v(m3/ q(Kca v(m3/ q(Kca v(m3/ q(Kca v(m3/ q(Kca Kg) l/Kg) Kg) l/Kg) Kg) l/Kg) Kg) l/Kg)
+10
0.043
31.8
0.035
42.0
0.024
29.2
0.21
72
+5
0.051
31.4
0.040
41.4
0.027
28.7
o.25
71
0
0.058
30.8
0.048
40.8
0.034
28.2
0.30
70
-10
0.078
29.6
0.067
39.6
0.044
27
0.42
68
-20
0.115
28.4
0.095
38.4
0.060
25.9
0.65
64
-30
0.165
27.3
0.138
37.4
0.090
24.6
1.00
61
R-12
R-22
R-22
R-502 R-502 R-717 R-717
CONCLUSIONES Con la disminución de la temperatura de evaporación el volumen especifico aumenta y la capacidad frigorífica disminuye, en consecuencia la capacidad de la tubería de succión disminuye a medida que la temperatura de evaporación disminuye, es decir que la tubería de succión será mas gruesa para bajas temperaturas que para altas temperaturas PROBLEMA: Debemos de encontrar el diámetro de succión en un sistema de aire acondicionado que utiliza R-22, de 60,000 BTUH, con una velocidad del gas en el tubo es de 7.5 m/s, con una temperatura de líquido de 30ºC (86ºF) de evaporación Igual a 0ºC (32ºF), y con un sobrecalentamiento normal de 5ºC(10ºF)
D2 × π 1 15,000 = × 7.5 × × 3,600 × 40.8 4 0.048 D2 × π 15,000 × 0.048 = = 6.5359 ×10 − 4 4 7.5 × 3,600 × 40.8
[
D = 8.3218 ×10
]
− 4 0.5
= 0.0288
1 D = 0.0288metros = 1.13pulg(1 pulg.) 8
La caída de presión crece sobre todo con: - El cuadrado de la velocidad - La longitud de la tubería Problema: Una planta con R-12 que trabaja con una temperatura de evaporación De – 20ºC con una caida de presión en la linea de succión de 0.3 Kg./cm 2 Cual es la disminución de la capacidad frigorífica sólo por el aumento del volumen específico del vapor de succión correspondiente? Solución:
V1 = 0.115 m3/Kg V2 = 0.14 m3/Kg
CONTINUA…. Con la temp. De evaporación = 20ºC y temp. Sobrecalentada = -15ºC V1 = 0.115 (de la tabla anterior) m3/Kg Para esta temperatura (-20ºC) se encuentra en tablas que corresponde 1.54 Kg/cm2 de presión de saturación. Como la caída de presión en la línea de succión es de 0.3 Kg/cm2 , la presión de saturación menos 0.3 Kg/cm2 , el resultado quedaría como 1.24 Kg/cm2, con esta presión buscamos el nuevo volumen especifico en la llegada del compresor este seria 0.14 Kg/cm2.
m3 v1 = 0.115 Kg
3 m Aumento del volumen v 2 = 0.140 Kg Especifico y disminución
De la capacidad frigorífica m3 Del orden del 20% Δv = v 2 − v1 = 0.140 − 115 = 0.025
Kg
DisminucióndeQ 0 =
115 = 0.82(del20%) 140
TABLA DE VELOCIDADES RECOMENDADAS
Líneas de succión Líneas de descarga Líneas de liquido
Instalaciones Instalaciones comerciales Industriales medianas y grandes pequeñas 12.5 m/s 7.5 m/s 2461 ppm 1476 ppm 17.5 m/s 3445 ppm
10.0 m/s 1968 ppm
0.5 – 1 m/s 197 – 98 ppm
TUBOS DE SUCCION El refrigerante en estado gaseoso en este recorrido por la línea de succión se encuentra a temperaturas muy bajas, haciendo que el aceite se vuelva mas viscoso y dificultando su retorno al compresor Velocidades mínimas de gas dentro del tubo de succión: Tramos horizontales 500 pies/min. (150 m/min) Tramos verticales
1000 pies/min (305 m/min)|
Caídas de presiones mínimas de gas dentro del tubo de succión: R12 Y R-134a
2 psig
R22 y R 502 (R-404A) 3 psig
, produciendo un cambio de 2 °F
Nota: un cambio de presión mayor reduce la capacidad del compresor de bombear y aumenta la potencia eléctrica necesaria
TRAMPAS EN LA LINEA DE SUCCION EVAPORADOR LOCALIZADO ABAJO DEL COMPRESOR El propósito de la trampa es el de drenar aceite y refrigerante liquido fuera de la línea en la que se fijo el bulbo sensor de la válvula de expansión. Esto es recomendado por los fabricantes de dichas válvulas con el fin de evitar una operación errática Esta trampa puede ser eliminada si el codo se encuentra por lo menos a una distancia de 12 pulgadas de bulbo
Hacia el compresor
TAMBIEN PARA RETORNO DEL ACEITE AL COMPRESOR POR REDUCCIÓN DEL ÁREA DE PASO Y POR EL CONSIGIENTE AUMENTO DE LA VELOCIDAD DE ARRASTRE EN EL TUBO
TRAMPAS EN LA LINEA DE SUCCION EVAPORADOR LOCALIZADO ENCIMA DEL COMPRESOR El propósito de la trampa invertida, como la indicada por una línea sólida, es para evitar que el refrigerante y el aceite se escurra hacia el compresor durante el ciclo de paro Cuando el evaporador tiene una trampa de fabrica, la línea de succión deberá instalarse como lo indica la línea punteada
Hacia el compresor
PARA SISTEMAS DE CAPACIDAD VARIABLES DEBIDO AL CONTROL DE CAPACIDAD Velocidad recomendada en estos casos no menor de 1500 pies/min (460 m/min) para asegurar el regreso del aceite hacia arriba de la subida
AISLAMIENTO EN LA LINEA DE SUCCION
Las líneas de succión deben aislarse debido a que: 1.- El calor absorbido por el gas de succión no produce enfriamiento útil, pero impone una CARGA ADICIONAL AL MOTOR - COMPRESOR. 2.- La alta temperatura del gas de succión causa sobrecalentamiento a los devanados del motor, CARBONIZACIÓN DEL ACEITE Y ALTA TEMPERATURA DEL CABEZAL. 3.- La humedad se condensara en la línea de succión, lo cual podría causar daños en ciertas áreas.
TUBOS DE DESCARGA O GAS CALIENTE Seleccione los que tengan un diámetro lo suficientemente pequeño como para dar una velocidad adecuada para arrastrar hacia el condensador el aceite caliente vaporizado, y por otro lado , el diámetro debe ser los suficientemente grande como para evitar demasiada caída de presión Velocidades mínimas de gas dentro del tubo de succión: Tramos horizontales 500 pies/min. (150 m/min) Tramos verticales
1000 pies/min (305 m/min)|
Caídas de presiones máximas de presión dentro del tubo de líquido:
6 psig Nota: un cambio de presión mayor origina ruido, vibración, una reducción seria en la capacidad del sistema y un incremento de consumo de energía
TRAMPAS EN LA LINEA DE DESCARGA El propósito de la trampa en la línea de descarga es el de minimizar la posibilidad de que aceite y refrigerante se escurran hacia el cabezal del compresor durante el ciclo de “PARO”para los condensadores remotos. Muchas unidades tienen una trampa construida de fabrica en la línea de descarga antes de salir del gabinete de la unidad. En estos casos no es necesario agregar una segunda trampa
Hacia el condensador
AISLAMIENTO EN LA LINEA DE DESCARGA
Las líneas de descarga deben aislarse excepto bajo las siguientes condiciones: 1.- Cuando las líneas de descarga pasen a través del espacio acondicionado 2.- Cuando las líneas de descarga estén localizadas de manera tal que haya peligro de contacto personal 3.- Cuando las líneas de descarga estén en contacto, o muy cerca una de la otra ocasionando un intercambio de calor en la línea de liquido
TUBOS DE LIQUIDO Las líneas de liquido son las menos criticas de diseñar debido a que: el aceite refrigerante es miscible con el refrigerante en forma liquida, garantizando la mezcla y el retorno del aceite, las bajas velocidades de liquido y trampas no causan problemas al retorno de aceite, y la caída de presión no afecta directamente a la capacidad del sistema
Las líneas de liquido se diseñan para: a.- Una caída de presión total debido a la perdida por fricción de 3 a 6 psig. Similar a un cambio de 1 a 2 °F en la temperatura de saturación b.- Que el liquido sub-enfriado alcance el dispositivo de control de refrigerante ES DECIR A LA VÁLVULA DE EXPANSIÓN EN TOTAL ESTADO LÍQUIDO. para evitar la formación de gas instantáneo (flash gas). para esto hay que SUBENFRIAR LA LÍNEA
GAS INSTANTÁNEO (FLASH GAS). Esto tiene efectos perjudiciales las cuales son: • Incrementa las perdidas de presión en la línea debido a la fricción que a su vez causa mas gas instantáneo • Reduce la capacidad del dispositivo de control de refrigerante, mermando la capacidad de enfriamiento del evaporador (Válvula de expansión) • Produce erosión y desgaste en el asiento del dispositivo de control de refrigerante (Válvula de expansión) • Ocasiona un control errático del refrigerante que entra al evaporador
RETER E.I.R.L. REFRIGERACION TERMODINAMICA
SELECCION DE LAS TUBERIAS DE LIQUIDO Y SUCCION
TABLA DE SELECCIÓN DEL DIAMETRO DE TUBERIA PARA LA LINEA DE LIQUIDO HASTA UNA LONGITUD EQUIVALENTE DE 15 METROS A MAYOR R-12 LONGITUD SE TOMA EL DIAMETRO INMEDIATO SUPERIOR
R-134a
TABLA DE SELECCIÓN DEL DIAMETRO DE TUBERIA PARA LA LINEA DE SUCCION HASTA UNA LONGITUD EQUIVALENTE DE 15 METROS A MAYOR LONGITUD SE TOMA EL DIAMETRO SUPERIOR
VE.LOCIDAD = 7.5 M/S
R-12 R-134a
TABLA DE SELECCIÓN DEL DIAMETRO DE TUBERIA PARA LA LINEA DE LIQUIDO HASTA UNA LONGITUD EQUIVALENTE DE 15 METROS A MAYOR LONGITUD SE TOMA EL DIAMETRO INMEDIATO SUPERIOR R-22
TABLA DE SELECCIÓN DEL DIAMETRO DE TUBERIA PARA LA LINEA DE SUCCION HASTA UNA LONGITUD EQUIVALENTE DE 15 METROS A MAYOR LONGITUD SE TOMA EL DIAMETRO INMEDIATO SUPERIOR
VELOCIDAD = 7.5 M/S
R-22
TABLA DE SELECCIÓN DEL DIAMETRO DE TUBERIA PARA LA LINEA DE DESCARGA HASTA UNA LONGITUD EQUIVALENTE DE 15 METROS A MAYOR LONGITUD SE TOMA EL DIAMETRO INMEDIATO SUPERIOR
R-22
TABLA DE SELECCIÓN DEL DIAMETRO DE TUBERIA PARA LA LINEA DE LIQUIDO R-502 HASTA UNA LONGITUD EQUIVALENTE DE 15 METROS A MAYOR LONGITUD SE TOMA EL DIAMETRO INMEDIATO SUPERIOR
R 404A
TABLA DE SELECCIÓN DEL DIAMETRO DE TUBERIA PARA LA LINEA DE SUCCION HASTA UNA LONGITUD EQUIVALENTE DE 15 METROS A MAYOR LONGITUD SE TOMA EL DIAMETRO INMEDIATO SUPERIOR
R-502 R 404A
VELOCIDAD = 7.5 M/S
RECOMENDACIONES Y FÓRMULAS BÁSICAS
PARA LA LÍNEA DE BAJA: 1.- La caída de presión de la línea de baja en 1 psi. (equivalente a 2ºF) reduce la capacidad frigorífica del sistema en 1% 2.- Por lo general no debe de aceptarse una caída de presión mayor a 3 psi 3.- La velocidad del gas dentro del tubo debe de ser no menor de 1000 ppm. (pies por minuto) para las subidas. 4.- La tubería de succión se aísla térmicamente para que el recalentamiento total del sistema no exceda a 30ºF, de esta manera la temperatura de salida del compresor no excederá de 230ºF (110ºC), por esta razón el aceite del compresor no corre peligro de carbonizarse y también la temperatura del cabezal del compresor no estará en nivel crítico. 5.- Si la línea de succión tiene una longitud de 30 pies o mayor, en este caso se debe de colocar una trampa cada 15 pies en las líneas verticales
PARA LA LÍNEA DE ALTA: 1.- La caída de presión de la línea de ALTA debe ser de 3 – 6 psi, igual a una caída de temperatura de 1 a 2ºF existe una pérdida de capacidad del 1% por cada 5psi. De caída de presión en la línea de alta. 2.- Por lo general para condensadores remotos a una elevación mayor que el compresor se coloca una trampa para que el aceite y el refrigerante no se escurra hacia el cabezal del compresor en los momentos de descanso del compresor. 3.- La velocidad del gas dentro del tubo de alta no es trascendente pero debe de estimarse entre 1,500 ppm. A 3,000 ppm..
4.- La tubería de alta se aísla térmicamente en caso de que pase por un local. acondicionado, cuando represente peligro de quemadura a las personas y cuando esté cerca de la línea de baja y la pueda recalentar inconvenientemente 5.- Si la línea de alta tiene una longitud de 30 pies o mayor, en este caso se debe de colocar una trampa cada 15 pies en las líneas verticales
PARA LA LÍNEA DE LÍQUIDO: 1.- La línea de líquido debe de subenfriarse por lo menos 10ºF, para que llegue en un estado de 100% líquido a el dispositivo de expansión. 2.- Por lo general la caída de presión esta entre 3 psi. a 6 psi. (1 – 2 ºF) 3.- Con 10ºF de subenfriamiento se puede tener una caída de presión en la línea de hasta 20 psi. Antes de formar gas instantáneo. 4 .- Esta caída de presión puede utilizarse para las líneas verticales en donde se asume que por cada 2 pies de subida hay una caída de 1 psi. 5.- Si la línea de líquido no requieren aislamiento salvo cuando estén sometidas a la radiación solar, cuartos de calderas u otro que se encuentre caliente. No confundir con que algunas (seudo líneas de líquidos) en donde ya viene el refrigerante a la presión del evaporador ya que la presión de liquido alta fue reducida en la unidad condensadora mediante un capilar, en este caso si deben de aislarse ya que es un caso muy diferente, esto se hace para que no se sienta el ruido molesto del pase de líquido dentro del espacio acondicionado.
EJEMPLO GRAFICO DE SELECCIÓN DE TUBERIAS DATOS: REFRIGERANTE R – 22 AIRE ACONDICIONADO , TEMP. DE EVAPORACIÓN = 0ºC AIRE ACONDICIONADO TEMPERATURA DE CONDENSACIÓN = 35ºC CAIDA DE PRESIÓN MENOR A 3 PSI. POTENCIA FRIGORÍFICA 60,000 BTUH = 17.445 KW TUBERÍA ASUMIDA A COMPROBAR SU EFECTTIVIDAD DE 1 1/8 DE PULGADA FACTORES DE CONVERSIÓN A USAR: BTUH X 4 = KCALH KCALH X 0.001163 = KW 1000 PASCALES = 1 KILO PASCAL PASCAL X 1.450389 EXP. - 4 = PSI
17.445 Kw
ÁBACO DE CAÍDA DE PRESIÓN DEL R-22 TUBERIA DE 1 1/8 PULG.
TEMP. DE EVAP.=0ºC
TEMP. CONDENS. = 35ºC
CAIDA DE PRESION = 0.64 Kpa/m 640 Pa X 1,450389 x 10 exp (-4) = 0.0928 psi/m Para 15 m será: 0.0928 x 15 = 1,39 psi (OK)
PROGRAMA DE CÁLCULO DE TUBERÍAS
tuberias.exe
PREGUNTAS Y GRACIAS
RETER PERÚ