Frigoríficos Básicos y Térmicasjfc.us.es/DESCARGAS/IMHT/IMHT_FRIO_02_JFC-2018.pdf · q Nomenclatura Ø Fórmula ... del impacto directo generado por fugas de refrigerante y el

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Tema 2: Componentes

Frigoríficos Básicos

Juan F. Coronel Toro http://jfc.us.es

Grupo de Termotecnia Dpto. Ingeniería Energética

Universidad de Sevilla

Master en Ingeniería Industrial 2º cuatrimestre

Instalaciones y máquinas hidráulicas

y Térmicas

Producción de frío Grupo 1

Eficiencia Energética en la Edificación

Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío2

ÍNDICE

1.  Compresores 2.  Evaporadores 3. Condensadores 4. Válvulas 5. Depósitos 6. Refrigerantes

Componentes frigoríficos básicos

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ÍNDICE

1.  Compresores 2.  Evaporadores 3.  Condensadores 4.  Válvulas 5.  Depósitos 6.  Refrigerantes




q  Volumétricos (desplazamiento positivo) Ø  Alternativos o de pistón Ø  Rotativos

§  Espirales (Scroll) §  Tornillo (Screw)

q  Dinámicos (turbocompersores) Ø  Centrífugos Ø  Axiales

Compresores

Clasificación según el tipo de compresión

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q  Herméticos

q  Semi-herméticos

q  Abiertos

Compresores

Clasificación según el tipo de montaje



Compresor alternativo: Componentes

Compresores

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Compresor alternativo: Funcionamiento q  Animación: https://www.youtube.com/watch?v=fTDkG1y5R34 (2 min 30 seg)

Compresores



Compresor alternativo: Funcionamiento q  Parámetros geométricos:

⎪⎩

⎪⎨⎧

⋅==

⋅⋅=⇒

⎪⎩

⎪⎨⎧

===

[m³/h] CiloVolumétric.DesplazV

[m³] NLD4

Cilindrada

cilindrosdenúmeroNcarreraL

diámetroD

T

CC2C

C

C

ω

π

!

Compresores

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Compresores: Rendimientos q Rendimiento volumétrico

Ø  Relaciona el caudal del compresor con el máximo Ø  Caudal adimensional de refrigerante

q Rendimiento isentrópico Ø  Relaciona el trabajo de compresión con el mínimo ideal

q Rendimiento total Ø  Relaciona el mínimo trabajo de compresión con la

potencia eléctrica absorbida

)f(r V

vmVV

ct

1R

t

1v =⋅==

!

!

!

!η

e

cC p

pr =

)r(fhhhh

WW

C12

1s2

C

Css =

−−==η

elecmsele

eje

eje

C

C

Cs

ele

CsT W

WWW

WW

WW ηηηη ⋅⋅=⋅⋅==

Compresores

↓↑⇒ vcr iS η

↓↑⇒ scr iS η



Compresor de espiral (Scroll) q  Animación: https://www.youtube.com/watch?v=_OYx2JuE7QE (1 min 39 sec)

1. Salida de gas 2. Boquilla de descarga 3. Válvula seguridad 4. Sello flotante 5. Espiral fija 6. Espiral móvil

7. Válvula de aceite 8. Visor de aceite 9. Entrada de gas 10. Bujes 11. Protector térmico 12. Lubricación

Compresores

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Compresor de tornillo (screw) q  Animación: https://www.youtube.com/watch?v=gQ9GBj51Xfg (56 seg)

Compresores



q  Datos de entrada Ø  Tipo de compresor Ø  Refrigerante Ø  Potencia frigorífica, Qf [kW] Ø  Temperaturas de evaporación, Te [ºC] y condensación, Tc [ºC] Ø  Sobrecaliento del vapor ∆TV [ºC] y Subenfriamiento del líquido ∆TL [ºC]

q  Datos de salida Ø  Modelo (datos técnicos) Ø  Potencia frigorífica Qf [kW] Ø  Consumo eléctrico, Wele [kW] Ø  COP Ø  mR [kg/h] Ø  Temperatura descarga, T2 [ºC]

Compresores

Selección de compresores

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Compresores

Selección de compresores



ÍNDICE



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q  Según el fluido enfriado Ø  Enfriadores de líquido

§  Sumergido §  Multi-tubo §  Placas

Ø  Enfriadores de gases §  Banco de tubos aleteados §  Circulación natural o forzada

q  Según el método de alimentación Ø  Evaporador seco ➞ Expansión directa (DX) Ø  Evaporador inundado Ø  Evaporador alimentado por bomba ➞ Recirculación de líquido

Evaporadores

Clasificación de evaporadores



Sumergido

Mutitubular o carcasa-tubo

Placas

Evaporadores

Enfriadores de líquido

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Evaporadores

Enfriadores de aire



q  Evaporador seco Ø  Válvula termostática (TXV) Ø  Salida vapor recalentado Ø  Zona sin cambio de fase

q  Evaporador inundado Ø  Alimentación por termosifón Ø  Depósito de baja sobre cada evaporador Ø  Salida con un título entre 70-80% Ø  Todo cambio de fase

q  Evaporador alimentado Ø  Alimentación con bomba Ø  Evaporadores en paralelo Ø  Salida con un título entre 70-80% Ø  Todo cambio de fase

Evaporadores

Métodos de alimentación

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ÍNDICE





q  Condensación por agua Ø  Placas y carcasa-tubo Ø  Agua bruta o agua de torre

q  Condensación por aire Ø  Banco de tubos aleteados Ø  Parecidos a los evaporadores de aire

q  Condensadores evaporativos Ø  Banco de tubos Ø  Parecidos a las torres

Condensadores

Clasificación de condensadores

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Condensación por agua de torre

Condensadores



Condensadores evaporativos

Condensadores

Combina las características de los condensadores de agua y las torres de refrigeración

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Condensación por agua vs. aire

Condensadores

Enfría aire y condensa con aire Enfría aire y condensa con agua



Temperaturas típicas de condensación

Condensadores

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ÍNDICE





q  Tipos de válvulas - Manuales - Termostáticas - Electrónicas - Automáticas

q  Válvulas termostáticas Ø  Válvula expansión termostática (TXV) ➞ Fija recalentamiento (∆T) salida evaporador

Válvulas

Válvulas

pe

pc

pb

∆T pe + pM = pb

Tse

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ÍNDICE





q  Tipos de depósitos Ø  Recipientes de líquido (receiver) ➞ Salida del condensador ➞ Alta presión Ø  Depósitos a presiones intermedias (expansiones múltiples) Ø  Tanques para evaporadores inundados ➞ Baja presión Ø  Depósitos alimentación evaporadores ➞ Baja presión Ø  Diámetro mínimo ➞ Evitar arrastre de gotas en la líneas de aspiración

Depósitos

Depósitos

Líq. Saturado

Vapor Saturado

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ÍNDICE





q  Nomenclatura Ø  Fórmula química: CHClF2 Ø  Denominación química: Clorodifluormetano Ø  Denominación simbólico alfanumérica: R-22 Ø  Nombre comercial: Freón 22

q  Denominación simbólica alfanumérica Ø  Compuestos orgánicos: R - X Y Z

donde X = nC - 1 Y = nH + 1 Z = nF

Ø  Compuestos inorgánicos: R – 7 PM donde PM es el peso molecular

Ø  Mezclas: R – 4 comb. A R – 5 comb. A

Refrigerantes

Terminología

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q  Grado de toxicidad Ø  Bajo R-134a Ø  Alto R-717

q  Inflamabilidad Ø  Altamente inflamable R-50 Ø  Ligeramente inflamable R-717 Ø  No inflamable R-22

q  Grupos de Seguridad (RD 138/2011: Reglamento de Seguridad para Inst.Frigoríficas) Ø  Grupo L1: Alta seguridad = A1 Ø  Grupo L2: Media seguridad = B1, A2 y B2 Ø  Grupo L3: Baja Seguridad = A3, B3

Refrigerantes

Clasificación



q  ODP (Ozone Depletion Potential) Ø  Indica la capacidad para destruir ozono estratosférico de una sustancia, tomando

como referencia el R-11

q  GWP (Global Warming Potential) Ø  Indica cuánto calor puede ser atrapado por una sustancia de efecto invernadero,

tomando como referencia el CO2

q  TEWI (Total Equivalent Warming Impact) Ø  Masa equivalente de CO2 emitida por una instalación como resultado de la suma

del impacto directo generado por fugas de refrigerante y el impacto indirecto generado por el CO2 emitido en la producción de energía eléctrica consumida por la planta frigorífica.

Refrigerantes

Índices medioambientales

]CO [kg En +)-(1 m GWP + nLGWP= TEWI 2rec βα ⋅⋅⋅⋅⋅⋅

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Refrigerantes

ODP y GWP



Refrigerantes

Evolución histórica q  1930: Se sintetizan los primeros halogenados

Ø  R-12 y R-22: Buenas propiedades termodinámicas y de seguridad

q  1987: Protocolo de Montreal. Ø  Efecto destructor del Cl y Br sobre la capa de ozono (ozone depletion) Ø  CFC (R-12): Prohibido su uso desde 1996. Ø  HCFC (R-22): Prohibido su uso salvo reciclado desde 2014 Ø  Aparición de los HFC

q  1997: Protocolo de Kyoto Ø  Efecto invernadero ⇒ Calentamiento global (Global Warming) Ø  Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero Ø  Definición de índices ambientales: ODP, GWP y TEWI

q  2014: Directiva 517/2014 (F-GAS)

Ø  2020 ⇒ GWP < 2500 ⇒ Prohibición del R-404A

Ø  2025 ⇒ GWP < 750 split pequeños ⇒ Prohibición R-410A y R-407C Ø  Reducción progresiva de la comercialización de HFC en EU

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Refrigerantes

Evolución del mercado de HFC

2015 2016 2018 2021 2024 2027 2030

100 93 63 45 31 24 21

q  Reducción de la comercialización (2009-2012)

q  Evolución de los precios



Refrigerantes

Presente y futuro

q  CFC y CHFC: Prohibidos los refrigerantes con cloro ⇒ R-12 y R-22

q  R-404A: Habitual en baja temperatura (< -18ºC) ⇒ Prohibido en 2020

q  R-410A: Habitual en clima ⇒ Prohibido en 2025 para autónomos pequeños.

q  R-134a: Habitual en todos los sectores ⇒ Afectado por intervención mercado

q  R-717 (Amoniaco) ⇒ En la industria o en ambiente exterior

q  R-744 (CO2) ⇒ Interesante en ciclos en cascada como refrigerante de baja.

q  Hidrocarburos ⇒ Prohibidos en edificios por el RSIF

q  R-32: GWP bajo (675) pero seguridad media (L2) ⇒ Prohibidos por el RSIF

q  HFO (R-1234ze, R-1234yf): GWP bajísimo (<10) pero seguridad media ⇒ Prohibidos por el RSIF

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Tema 2: Componentes

Frigoríficos Básicos

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Instalaciones y máquinas hidráulicas

y Térmicas

Producción de frío Grupo 1

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