Capacit. Refrig. Parte III

8/13/2019 Capacit. Refrig. Parte III

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Preparado por :Luis Carranza C.Ingeniero Climatizacin USACH

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ASIGNATURA :

SISTEMAS FRIGORFICOS IPARTE III

Docente : LUIS CARRANZA CALDERN


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Vlvulas flotador del lado de alta presin:Esta vlvula al igual que la vlvula de flotador de bajapresin, es un control de flujo de refrigerante, que acta por nivel, y que regula el flujo de lquido alevaporador, de acuerdo con la rapidez con que vaporiza el lquido. Mientras que la vlvula deflotador de baja presin controla directamente el nivel del lquido, la vlvula de flotador de altapresin est localizada en el lado de alta presin del sistema, y controla la cantidad de lquido en

el evaporador indirectamente, manteniendo un nivel constante de lquido en la cmara de flotacinde alta presin.La vlvula de flotacin de alta presin funciona del siguiente modo: El vapor refrigerante delevaporador, se condensa al estado lquido en el condensador y pasa a la cmara de flotacin,elevando el nivel del lquido en la cmara, causando de este modo la elevacin del elementoflotador, abriendo la aguja, dando paso a la liberacin del lquido en una cantidad proporcional dela cmara de flotacin, para sustituir el refrigerante tomado del evaporador. Debido a que el vaporse condensa siempre en el condensador con la misma rapidez con que se vaporiza el lquido en elevaporador, la vlvula flotador de alta presin alimentar continua y automticamente el lquidohacia el evaporador, con la misma rapidez con que se evapora, independientemente de la cargade calor del sistema. Cuando el compresor se detiene, el nivel del lquido en la cmara de flotacin

baja, haciendo que la vlvula de flotador se cierre y permanezca cerrada hasta que el compresorparte nuevamente.A diferencia del control de flotador de baja presin, el control de flotador de alta presin, que esindependiente del nivel del lquido en el evaporador, puede instalarse arriba o debajo de la unidad.Pero a pesar de esto, la vlvula de flotador deber estar localizada tan cerca como sea posible delevaporador, y siempre en una lnea horizontal para asegurar la libre accin de la esfera delflotador, y del mecanismo de la vlvula.


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CAPACIDAD DE UN EVAPORADOR : La capacidad en un evaporador, se calcula a partir devariables como la superficie de transferencia, coeficientes de transferencia, diferencias detemperatura.A su vez, la capacidad de un evaporador depende tambin de la eficiencia. La eficienciadepender de variables como el material, tipo de evaporador, diseo, velocidades de los fluidos

involucrados, etc.Entonces, la mxima capacidad de diseo se logra con la mejor eficiencia.Otra caracterstica de los evaporadores, es que tipo de sustancia o material se enfriar, como porejemplo, agua, aire, etc.Cuando el cuerpo que se enfriar es aire, el coeficiente de transferencia es distinto al caso en quese enfriar un lquido, ya que los lquidos tienen mejor conductancia que los gases y vapores.Independientemente como llegue el calor a la superficie exterior del evaporador, deber pasar atravs de las paredes, al refrigerante que se encuentra en su interior, por conduccin. Por lo tanto,la capacidad del evaporador, es la rapidez con que pasa calor a travs de las paredes, y estdeterminada por los factores que rigen la transmisin de calor por conduccin, y est expresadapor la ecuacin:

Q = A x U x DT

Q :Cantidad de calor transferida (Kcal/hr)A :Superficie exterior del evaporador (m2)U :Factor de coef. Global de transferencia de calor (Kcal/hrxm2xC)DT:Diferencia media logartmica de temperatura, entre la temperatura exterior

del evaporador, y la temperatura del refrigerante en el evaporador (C)

Esta ecuacin rige para el clculo tanto de evaporadores de tubos y aletas, como para todos losotros tipos de evaporadores. La diferencia de capacidad y rendimiento, quedar sujeta a los

valores del coeficienteU,que como se mencion, depende de factores como material, velocidadesde los fluidos, tipo de construccin, diseo etc.

T Entrada

fluidocalienteT Salida

fluidocaliente

Temperatura de

evaporacin


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REFRIGERANTES

Definicin: Un refrigerante es cualquier cuerpo o sustancia que acta como agente enfriador,absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia. Respecto al ciclo de compresin de vapor, elrefrigerante es el fluido de trabajo del ciclo, que alternativamente se vaporiza y se condensa al

absorber y entregar calor, respectivamente. Para que pueda utilizarse como refrigerante en el ciclode compresin de vapor, un fluido debe poseer cierta propiedades qumicas, fsicas ytermodinmicas, que lo hagan seguro y econmico.

En realidad a pesar de todo, no existe un refrigerante" ideal ",debido a las amplias diferencias encondiciones y requisitos de las diversas aplicaciones, adems que no existe un refrigerante quesea universalmente adecuado para todas las aplicaciones.Propiedades de seguridad: Normalmente las propiedades de seguridad del refrigerante, son laconsideracin principal en su seleccin. Es por esta razn, que algunos fluidos, que podran serdeseables como refrigerantes, solamente se usan en forma limitada. Destacan entre algunos, elamoniaco y algunos hidrocarburos ordinarios.

Para ser adecuado como refrigerante, un fluido debe ser qumicamente inerte, en el sentido queno de que no sea inflamable, ni explosivo ni txico, tanto en estado puro como mezclado como encualquier proporcin con el aire. Adems, el fluido no debe reaccionar desfavorablemente con elaceite lubricante, o con cualquier material que se use en la construccin del equipo derefrigeracin.Por otro lado, no debe tampoco reaccionar desfavorablemente con la humedad, que a pesar delas precauciones tomadas, por lo general se encuentra presente hasta cierto grado en todos lossistemas de refrigeracin. Tambin es deseable que el fluido sea de tal naturaleza que nocontamine a los alimentos u otros productos almacenados, en el caso que se produzca una fugaen el sistema.Toxicidad: Todos los fluidos, salvo el aire, son txicos en el sentido de que causan sofocacin,

cuando se presentan en concentraciones lo bastante altas para excluir la cantidad suficiente deoxgeno para sostener la vida, la toxicidad constituye un trmino relativo, que slo tiene significadocuando se especifica el grado de concentracin, y el lapso de exposicin requeridos para producirefectos dainos.Inflamabilidad y Peligro de Explosin: Respecto a los grados de inflamabilidad y peligro deexplosin, la mayor parte de los refrigerantes ms comunes son no inflamables ni explosivos. Seexcepta en este orden el amoniaco, que es ligeramente inflamable y explosivo cuando se mezclaen proporcin exacta con el aire. Pero con precauciones razonables, el peligro que se encuentra alusar amoniaco, casi no existe peligro.Consideraciones Econmicas: Desde el punto de vista de la operacin econmica, es deseableque el refrigerante tenga caractersticas fsicas y trmicas que resultarn en las demandas

mnimas de potencia, por unidad y capacidad de refrigerante, es decir, un lato coeficiente deoperacin. En su mayor parte, las propiedades del refrigerante, que afecta al coeficiente deoperacin son: 1) calor latente de vaporizacin; 2) volumen especfico del vapor; 3) Relacin decompresin y 4) calor especfico del refrigerante, tanto en su fase lquida como en su fase vapor.Efecto de la Humedad: Se ha establecido que la humedad se combinar en grados variables,con la mayor parte de los refrigerantes de uso comn, causando la formacin de compuestosaltamente corrosivos (generalmente cidos) que reaccionarn con el aceite lubricante, y con otrosmateriales en el sistema, incluyendo los metales.


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Esta accin qumica resulta generalmente en corrosin y otros daos a vlvulas, sellos,empaquetaduras, paredes de cilindros y otras superficies planas. Puede causar tambindeteriorodel aceite lubricante y la accin de lodos metlicos, que tienden a tapar vlvulas en pasos deaceite, daar superficies de friccin.La corrosin por humedad contribuye tambin a la falla de vlvulas del compresor, y en el caso de

moto compresores, causan con frecuencia falla del alineamiento de los devanados del motor, loque resulta en cortocircuitos del motor.La humedad en un sistema refrigerante puede existir como agua libre o puede encontrarse ensolucin con el refrigerante. Cuando hay humedad presente en el sistema en forma de agua libre,se congela en el control de refrigerante y/o en el evaporador, cuando la temperatura delevaporador se mantenga abajo del punto de congelacin del agua. La formacin de hielo en elorificio del control de refrigerante evitar el flujo del refrigerante lquido a travs de esa parte, y elsistema quedar fuera de operacin hasta que se haya fundido el hielo y restaurado el flujo atravs del control. El sistema funciona entonces, en forma intermitente.Los refrigerantes se diferencian grandemente, respecto a la cantidad de humedad que puedanmantener en solucin y el efecto que la humedad tiene sobre ellos.

LUBRICACIN Y LUBRICANTES

Aceites lubricantes para el compresor : El hecho que el aceite lubricante para el compresorgeneralmente est en contacto, y frecuentemente se mezcla con el refrigerante del sistema, hacenecesario que el aceite empleado para la lubricacin de compresores de refrigeracin, estespecialmente preparado para este objeto.Algunas de las propiedades ms importantes del aceite lubricante son:(1) estabilidad qumica,(2)punto de fluencia o escurrimiento,(3) resistencia dielctrica,(4) viscosidad. Al evaluar estaspropiedades del aceite con relacin a un compresor individual, debe n tomarse en cuentalos

siguientes factores:(a) tipo y diseo del compresor,(b) naturaleza del refrigerante a emplearse,(c)la temperatura del evaporador, (d) la temperatura de descarga del compresor.

Estabilidad qumica:La importancia de la estabilidad qumica se pone de manifiesto por elhecho de que, es necesario que el aceite lubricante de un compresor desarrolle su funcinlubricante continua y efectivamente sin sufrir cambios en perodos prolongados.En su mayor parte, la estabilidad qumica de un aceite, est ntimamente relacionada con lacantidad de hidrocarburos no saturados presentes en l. Estos aceites son generalmente de colorclaro, apenas diferentes del blanco acuoso.

Puntos de fluencia, de turbidez y de precipitacin : El punto de fluencia de un aceite est dado

por la temperatura ms baja a la cual fluye o se 'vierte', cuando se prueba bajo ciertas condicionesespecificadas. De dos aceites con la misma viscosidad, uno puede tener un punto de fluenciams alto que el otro debido a un mayor contenido de cera. Esto tiene relevancia, por el hecho queun aceite con mayor punto de fluencia, se congela a ms alta temperatura, hace que menorcantidad de aceite que sin retornar al compresor, quedando con una lubricacin inadecuada.Puesto que todos los aceites lubricantes contienen una cierta cantidad de parafina, habrprecipitacin de ceras de cualquier aceite, si la temperatura de ste se reduce a un nivelsuficientemente bajo. Debido a que el aceite se torna turbio en este punto, la temperatura a lacual comienza a precipitarse la cera del aceite, se llama el punto de turbidez del aceite.


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Si el punto de turbidez es demasiado alto, habr precipitacin de parafina del aceite en elevaporador y en el control de refrigerante. Aun cuando una pequea cantidad de cera en elevaporador causa poco dao, una cantidad pequea de cera en el control de refrigerante puedetapar esta parte con el resultado de que el sistema se vuelve inoperante.

Resistencia dielctrica : La resistencia dielctrica es una medida de la resistencia que ofrece elaceite al paso de la corriente elctrica. Se expresa en funcin de la tensin requerido para forzaruna corriente elctrica o un arco en una lmina de aceite, de 2,5 mm de gruesa, entre dos polos,sumergidos en dicho aceite. Puesto que cualquier humedad, metales en solucin u otrasimpurezas contenidas en el aceite reducen sus resistencia dielctrica. Una alta resistenciadielctrica es indicacin de que el aceite se encuentra relativamente libre de contaminacin. Estoes especialmente importante en aceites usados con unidades motocompresoras, ya que un aceitede resistencia dielctrica baja, puede contribuir a fallas elctricas en los devanados del motor.Viscosidad :La viscosidad ha sido definida como la resistencia que ofrece un fluido a fluir. Por loque respecta al aceite lubricante, la viscosidad puede tambin definirse como una medida del"cuerpo " del aceite o la capacidad que tiene para desarrollar su funcin lubricante, formando una

pelcula o capa protectora entre la varias partes mviles delcompresor, manteniendo estas partesseparadas y evitando as el desgaste. Para poder lubricar adecuadamente elcompresor,laviscosidad del aceite debe mantenerse dentro de lmites razonables. Si la viscosidad del aceite esdemasiado baja, el aceite no tendr suficiente cuerpo para mantener la separacin entre las partesmviles y resultar una lubricacin de pelcula delgada, daada por un desgaste excesivo de lasuperficie friccionante. Por otra parte, adems de su funcin lubricante.

Punto de congelacin :El punto de congelacin de un aceite es la temperatura a que deja defluir.Este punto de congelacin es fcil de determinar. Empleando un aparato especial, la carga deaceite seleccionada es lentamente enfriada hasta que en las condiciones de ensayo ya no fluya el

aceite. Esta temperatura es el punto de congelacin.

Carbonizacin :Todos los aceites de refrigeracin pueden ser descompuestos por el calor y,cuando esto ocurre, quede un depsito de carbn.


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Neutralizacin :Casi todos los aceites de refrigeracin tienen alguna tendencia a la acidificacin.Casi todos ellos contienen material de composicin incierta que se les designa por cidosorgnicos. Ordinariamente stos no son perjudiciales y no deben ser confundidos con los cidosminerales, que s lo son.El nmero de neutralizacin, es una medida es una medida de la cantidad de cido minera, y se

le determina midiendo la cantidad de reactivo que debe ser aadido al aceite para ponerlo encondicin neutra. Un nmero bajo de neutralizacin significa que el aceite contiene pocos cidos.

Relacin Refrigerante- Aceite:Casi en la mayor parte de las aplicaciones, el aceite requeridopara la lubricacin del compresor est contenido en el crter del compresor, en donde est sujetoa contacto con el refrigerante. Por lo tanto, el refrigerante debe ser qumica y fsicamente estableen presencia del aceite, de manera que ni el aceite ni el refrigerante se vean afectados en formaadversa por la relacin.Aunque en refrigerante como los halocarburos, reaccionan con el aceite lubricante hasta ciertopunto bajo condiciones normales de operacin, la reaccin es generalmente ligera, y por lo tanto,de pocas consecuencias, siempre que se utilice un aceite lubricante de alta calidad, y que el

sistema se encuentre relativamente limpio y seco. Pro cuando se tienen presente contaminantes,como aire y humedad en el sistema en cualquier cantidad apreciable, las reacciones qumicas enque intervienen los contaminantes, el refrigerante y el aceite lubricante, ocurrir con frecuencia,resultando en la descomposicin del aceite, formacin de cidos y lodos corrosivos.Clasificacin:Lo descrito hasta este punto, es referido principalmente a refrigerantes en base ahalocarburos y amoniaco. Adems, los refrigerantes se pueden clasificar en dos clasesprincipales:Refrigerantes primarios:Son los descritos hasta ahora, y se usan directamente en los procesosde refrigeracin por compresin de vapor.Refrigerantes Secundarios: Son refrigerantes producidos en sistemas por compresin de vapor,para ser usados en aplicaciones especiales, en que se requiere por ejemplo, el contacto casi

directo con productos a refrigerarse. A este grupo lo integran entre otros,el agua, salmueras(cloruro de sodio, cloruro de calcio) y glicoles.Agua:El agua enfriada, al usarse como refrigerante secundario, tiene la limitacin de latemperatura, por el hecho que el agua en temperaturas cercanas a 0C, corre el serio riesgo decongelamiento, con el correspondiente resultado de elementos rotos o inutilizados, debido a laexpansin que experimenta el agua al congelarse.Salmueras: Por la limitacin de temperatura del agua como refrigerante, se usa en este casosalmueras, que tienen la particularidad que se pueden usar a temperaturas inferiores a 0C, sinriesgo de congelamiento.Las salmueras tienen un uso a ms bajas temperaturas, segn la concentracin de las mismas.Sin embargo, si la concentracin se eleva ms all de un cierto lmite, el resultado se puede

revertir, teniendo como resultado un punto de congelacin ms alto. El punto crtico deconcentracin de una salmuera, recibe el nombre desolucin eutctica.Soluciones Anticongelantes:Otra forma de emplear soluciones a temperaturas inferiores a0C,son los llamadosglicoles, que a diferencia de las salmueras no son corrosivas, y tampoco sonelectrolticas, y por lo tanto, se pueden emplear en sistemas que contengan metales diferentes.


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DIAGRAMA DE MOLLIER (P - h):

Fundamentos Bsicos:La confeccin de este grfico, est baso en la variables principales queson :Presin (generalmente absoluta, Kg/cm2, PSI, bar, etc.)

Entalpa especfica (Kcal/Kg, KJoul/kg, BTU/lb)Adems intervienen :Entropa especfica (Kcal/Kg x K, BTU/lb x R)Volumen especfico (m3/Kg, pi3/lb)x : Ttulo de vapor (%)

Entre la abscisa y la ordenada, se ha graficado una curva llamada "campana", la cual describe elentorno en que estn ubicadas las propiedades de saturacin (presin de saturacin ytemperatura de saturacin).Por lo tanto, en este grfico es relativamente fcil dibujar los pasos que recorre el ciclo decompresin de vapor :

CompresinCondensacinExpansinEvaporacin

Adems se puede representar el ciclo desde el punto de vista terico y desde el punto de vistareal.En el ciclo terico, se asume algunas propiedades que en la prctica no ocurren, como porejemplo, que las presiones en el condensador y en el evaporador son constantes. En una mquinareal de refrigeracin por compresin de vapor, el fluido por el hecho de circular en un conducto

cerrado, esta circulacin involucra una resistencia al paso de dicho fluido, lo que se conocenormalmente como prdida de carga por friccin.Otra variable que en la realidad no es constante, es la entropa, que en el trabajo que realiza elcompresor, que es variar la presin de la baja a la alta, existe un aumento de la entropa por lafriccin que se produce entre el cilindro y el pistn.La nica variable que se puede en forma prctica considerar constante, es la entalpa, que por lascaractersticas del proceso de expansin, en que el fluido circula a gran velocidad por la restriccinproducida, no admite variacin notable, la que se considera despreciable.En el diagrama real se considera en primer lugar, un trabajo de compresin con aumento deentropa. En la etapa de condensacin, se considera el proceso con cada de presin, y en laetapa de evaporacin, tambin el proceso es con cada de presin. Adems, despus de

terminada la evaporacin, existe algn grado, mayor o menor, de recalentamiento del vapor en lasuccin.Para cada sustancia usada como refrigerante, existe su correspondiente diagrama.


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CICLO DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN

En el ciclo de refrigeracin por absorcin, intervienen dos fenmenos:La solucin absorbente (absorbedor y refrigerante) puede absorber vapor del refrigerante.El refrigerante hierve (enfrindose casi instantneamente) cuando es sometido a una presin ms

baja.En el ciclo por absorcin se puede emplear el agua como absorbedor y el amoniaco comorefrigerante, cuando se desea obtener temperaturas inferiores a 0C. Tambin puede emplearse elbromuro de litio como absorbedor y el agua como refrigerante, para temperaturas superiores a0C, en aplicaciones como aire acondicionado con agua enfriada como refrigerante secundario.Se concibe un sistema por absorcin, cuando el compresor de un sistema de compresinde vaporse sustituye por el conjuntogenerador- absorbedor.El conjunto generador absorbedor comprime el vapor refrigerante desde la presin del evaporadora la del condensador, absorbiendo primeramente el vapor por un lquido, aumentando la presindel lquido hasta la del condensador, y liberando despus el vapor.Cuando el vapor refrigerante se disuelve en el absorbente, la temperatura de la solucin tiende a

aumentar. Para oponerse a esta tendencia, se extrae el calor de la solucin por algn medio.La solucin en el absorbedor se llamasolucin fuerte,porque es rica en refrigerante. Una bombatoma la solucin fuerte del absorbedor, aumenta la presin, e introduce la solucin fuerte en elgenerador.En el generador, la adicin de calor aumenta la temperatura, lo que hace que parte del refrigerantese desprenda como vapor a alta presin y alta temperatura.Cuando el vapor refrigerante abandona la solucin en el generador, lasolucin se hace dbil, esdecir, tiene una pequea concentracin de refrigerante. La solucin dbil vuelve al absorbedor poruna restriccin que mantiene la presin diferencial entre los lados de alta y baja presin delsistema. Desde el generador el refrigerante pasa a travs del condensador, vlvula de expansin yevaporador, lo mismo que en el sistema de compresin de vapor.


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Refrigerante

Solucin

ABSORBEDOR

EVAPORADOR

Refrigerante

CALOR

GENERADOR Condensador

Agua de

enfriamiento

Vapor

Agua de

enfriamiento

Agua enfriada

INTERCAMBIADOR

DE CALOR

CICLO DE ABSORCIN

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