DISEÑO DE LA RED DE DISTRIBUCION DE REFRIGERANTE

1. PRINCIPIO DE DISEÑO

1.1 ECUACIONES FUNDAMENTALESLa circulación del fluido refrigerante en una tubería

se puede realizar bajo dos regímenes: laminar o turbulento. El parámetro utilizado para clasificar la circulación del fluido es el número de Reynolds, definido como:

Donde: = Velocidad media, en m/sD = Diámetro interior de la tubería, en mρ = Densidad del fluido, en Kg/m3 = Viscosidad dinámica, en Kg/ms

Flujo laminar: Re < 2300Transición: 2300<Re<4000Flujo turbulento: Re > 4000

LA CAÍDA DE PRESIÓN EN UNA TUBERÍA SE DEFINE ANALÍTICAMENTE MEDIANTE:

- La caída de presión dinámica, , se define como:

Donde:L = Longitud de la tubería, en mg = Gravedad, 9.8 m/s2f = Factor de fricciónD = Diámetro, en mv = velocidad, en m/s

Δ 𝑃𝑇=Δ 𝑃1+Δ𝑃2+Δ𝑃3

- La variación de presión entre dos puntos de una tubería, , viene influenciada por la diferencia de cotas existentes:

Donde: = Cota final, en m = Cota inicial, en m

- Caída de presión debida a la presencia de accesorios, :

Donde:K = coeficiente adimensional dependiente del accesoriov = velocidad del refrigerante, en m/sg = Gravedad, 9.8 m/s2

2. DISEÑO DE TUBERIAS

2.1 CARACTERÍSTICAS DE LAS TUBERIAS Necesitan resistir altas presiones, presentando una

resistencia superior a dos veces la presión del refrigerante a 40°C

Tienen que estar aisladas para prevenir la condensación de la humedad ambiente y reducir las ganancias de calor.

Se tienen que evitar tensiones. Pueden ocurrir resonancias debidas a las turbulencias.

Limitación en su uso debido a que, en presencia de humedad, el amoniaco ataca a los metales no ferrosos.

Los materiales usados en el diseño de tuberías son:AceroHierro dulceCobreLatón

2.2 TUBERIA DE ASPIRACION

Su aislamiento debe cumplir dos requisitos: Reducir las ganancias de calor y Evitar fenómenos de condensación para lo que la temperatura

de la superficie exterior debe ser superior al punto de rocío. Su dimensionamiento es crítico. Una excesiva pérdida de carga del fluido refrigerante

puede reducir la capacidad y eficiencia del sistema. La velocidad del aceite ha de ser suficiente para que

pueda arrastrar el aceite al cárter del compresor. La pérdida de carga admisible en este tramo no debe

implicar un aumento de temperatura superior a 1°C.

2.3 TUBERIA DE DESCARGA

Su dimensionamiento es similar al de la tubería de aspiración.

Se dimensiona para que la perdida de carga no sea superior a 1 °C de temperatura.

La velocidad del gas debe ser: En tramos verticales = 5 m/s En tramos horizontales = 2.5 m/s

2.4 TUBERIA DE LIQUIDO

No presenta muchos inconvenientes en su dimensionamiento, el caite esta mezclado con el refrigerante en estado liquido y las temperaturas de condensación y velocidades de líquidos normales, que suelen ser pequeñas.

El principal problema es la formación de gas antes de que el refrigerante llegue a la válvula de expansión.

Para evitar la formación de gas, debe mantenerse la presión del liquido por encima del valor de la presión de saturación correspondiente a la temperatura del líquido.

La caída de presión se debe a las perdidas por fricción, debidas a la elevación de cotas y a los accesorios.

La perdida de carga permitida para esta tubería es de 0.5-1 °C de caída equivalente de temperatura.

3. DIMENSIONAMIENTO DE LAS TUBERIA PARA REFRIGERANTES Se tienen que seguir los siguientes criterios:

No superar la pérdida de carga máxima admisible Mantener una velocidad de flujo recomendada en el interior de la

tubería.Tabla 8.3 Velocidad de circulación de los fluidos frigorígeno (m/s)

Fluidos Aspiración Descarga Líquido

Amoníaco 15-20 15-20 0.5-1.25

R-12, R-134ª, R22, R-502 y R-507

8-15 15-20 0.5-1.25

• Utilizando estos criterios, las tuberías pueden ser dimensionadas mediante ábacos.• Las pérdidas de carga en las tuberías siempre deben ser menores que las máximas

permisibles, además se debe comprobar la velocidad del refrigerante en el interior de la tubería.

• Para determinar los diámetros de las tuberías se ha de partir de: 1) La capacidad frigorífica de los evaporadores, ;2) Las temperaturas de evaporación, condensación y subenfriamiento3) se ha de tener definido el trazado de las tuberías en la instalación frigorífica así como los elementos accesorios.

• Los valores de corriente admisible son: 1°C en las tuberías de aspiración y de descarga, y 0.5°C en las tuberías de líquido

4. PERDIDAS DE CARGA TOLERADAS EN EL DIMENSIONAMIENTO DE LAS TUBERIAS DE DESCARGA

El valor de la perdida de carga tolerada depende de las condiciones en las que se encuentra el fluido o sea, de su estado físico. Hace falta, pues, establecer esta variación para cada tipo de tubería.

4.1 Tuberías de líquidosen el caso de los HFC y los CFC las perdidas de carga no deben

sobrepasar los 0.35 bares en total. Este valor representa la suma de las pérdidas de carga dinámicas, estáticas y las debidas a los accesorios.

teniendo en cuenta el aceite arrastrado con el líquido, la contrapresión significa alrededor de 0.13 bares/m para el R-12 y 0.12 bares/m para el R-22.

la posibilidad de evaporaciones parciales puede prevenirse con un subenfriamiento del líquido.

para el amoniaco la pérdida de carga permitida es de 1 °C.

4.2 Tuberías de descarganormalmente las perdidas de carga no deben exceder de 0.14

bares para el caso de los fluidos HFC y CFC, salvo que sea necesario utilizar altas velocidades de gas para arrastrar el aceite en el interior de los tubos y evitar la decantación.

a fin de asegurar la circulación del aceite, la velocidad del gas en las líneas de descarga debe ser superior a 15 m/s

en el caso del amoniaco, el valor máximo permitido de pérdida de carga es de 0.23 bares/ 100 m.

4.3 Tuberías de aspiracióndeben de soportar las pérdidas más bajas, además de soportar

valores variables de las mismas en relación con las condiciones de funcionamiento.

una determinada caída de presión no corresponde a la misma caída en la temperatura equivalente de evaporación.

Temperatura (°C)

ΔP(bares)

ΔT (°C)

ΔV específico (%)

-10 0.15 2 25

-40 0.15 5 7.5

Comportamiento del R-12

Dando lugar así a la idea de la reducción en producción frigorífica que afecta a la instalación. La conversión de las pérdidas de carga en la caída equivalente de temperatura permite determinar, en función de la temperatura de evaporación, la Δp admisible en la tubería de aspiración.

Temperaturas de evaporación (°C) Perdidas de carga (bares)

-10 a 10 0.140

-20 a 10 0.105

-40 a 20 0.035 a 0.070

Pérdidas de carga para las tuberías de aspiración (R-12)

Temperaturas de evaporación (°C) Perdidas de carga (bares)

0-10-20-30-40-50

0.230.140.090.050.020.01

Pérdidas de carga para las tuberías de aspiración (R-12)

5. DETERMINACION DEL DIAMETRO DE LAS TUBERIAS

5.1 Fluidos CFC y HFCesta determinación se hace a partir de diagramas y

ábacos. Los ábacos permiten determinar gráficamente los diámetros de las tuberías para una instalación de potencia determinada teniendo en cuenta las condiciones de funcionamiento.

Con anterioridad a esta determinación hace falta valorar: Capacidad frigorífica de los evaporadores: , en Kcal/h Temperatura de evaporación del fluido: , en °C Temperatura de condensación del fluido: , en °C Longitud de tubería: en m Pérdidas de carga admisibles: , en bares

5.2 Amoníacoel cálculo de los diámetros de la tuberías para

máquinas de amoníaco puede hacerse igualmente por medio de ábacos establecidos, a partir de la potencia frigorífica de la instalación, o bien tomando, como parámetros de base, las velocidades de circulación del fluido y las temperaturas de evaporación (tuberías de aspiración), o los volúmenes específicos de los vapores recalentados (tubería de descarga).

FIGURA 8.2