Instalaciones en simple y doble etapa con refrigerante NH3
a) Diseño con compresores alternativos.
b) Diseño con compresores de tornillo y sus particularidades
c) sistemas de enfriamiento intermedio en doble etapa
d) sistemas de alimentación en circuitos de nh3
e) Presiones y temperaturas de diseño
f) Diseño mecánico , materiales y la DEP
(Gp:) Calor
(Gp:) Compresor
(Gp:) Calor
(Gp:) Evaporador
(Gp:) Condensador
(Gp:) Entalpía
(Gp:) Presión
(Gp:) Recipiente
(Gp:) Válvula de
expansión
El ciclo de refrigeración básico
Conceptos generales
En un liquido puro ( o mezcla azeotrópica) los cambios de estado, a una presión determinada son a Temperatura constante.
Si la presión sube la temperatura sube.
En refrigeración se suele hablar de presión en grados ( refiriéndose a la presión equivalente a esa temperatura de cambio de estado)
Evaporación es el paso de liquido a gas
Condensación es el paso de gas a líquido
Cuando ha finalizado la evaporación si seguimos aportando calor el gas sube de temperatura C´-C recalentamiento diferencia de temperatura en grados entre la temperatura de un gas y la temperatura de cambio de estado equivalente a la presión.
Cuando ha finalizado la condensación si seguimos aportando frio el liquido baja de temperatura A-A´ subenfriamiento diferencia de temperatura en grados entre la temperatura de un líquido y la temperatura de cambio de estado equivalente a la presión.
Aplicaciones de la tecnología de refrigeración
(Gp:) -35°C
(Gp:) +50°C
(Gp:) -54°C
(Gp:) +70°C
Bombas de calor en invernaderos
(Gp:) -20°C
(Gp:) -16°C
(Gp:) -40°C
(Gp:) -10°C
(Gp:) 0°C
(Gp:) +6°C
Almacenamiento de hielo industria láctea
Pistas de hielo
Almacenamiento de product. congelados alimentación
Conservación atún rojo
Bombas de calor para ahorro de energía
Acondicionamiento de aire para edificios
Procesos de enfriamiento en cerveceras
Procesos de enfriamiento en industria química y farmacéutica
Procesos de congelación de alimentos
Temperaturas de funcionamiento
To: Temp. Evaporación, Tc: Temp. Condensación, Tk: temperatura del medio refrigerante en condensación, Tf: Temp. Del medio a refrigerar
Indice de rendimiento = COP
COP = Qf/W
COP= Lo obtenido/Lo consumido
(Gp:) W
(Gp:) Tc
(Gp:) Med. a refrigerar Tf
(Gp:) Medio refrig. a Tk
(Gp:) Qc
(Gp:) Qf
(Gp:) Tk
(Gp:) Tf
(Gp:) To
COP= Kw frigoríf. / Kw eléctricos
Las presiones de funcionamiento del circuito frigorífico las determinan las temperaturas del medio a enfriar y del medio refrigerante
NO afecta a la capa de ozono (ODP=0)
NO tiene efecto invernadero (GWP=0)
Alta eficiencia energética COP
No es miscible con aceites ( en general)
Olor desagradable
No explosivo ( hasta cierta concentración) permite el uso de instalaciones no Atex.
Bajas presiones de funcionamiento
Natural
Tóxico
Altas temperaturas de descarga para bajas relaciones Pc/Pe
No permite el uso de cobre y sus aleaciones
Difícil control termostático, gran capacidad por unidad de volumen de líquido.
Ventajas
Inconvenientes
El NH3 como refrigerante
NECESIDAD DE LA COMPRESION EN DOBLE ETAPA
Limitaciones en la hermeticidad, al aumentar Pc/Pe
Limitaciones por temperatura de descarga.
En un circuito frigorífico con compresores alternativos la temperatura de descarga aumenta al aumentar la relación de compresión. Pc/Pe con descomposición de aceites
En compresores alternativos Cuando se divide la compresión en dos partes se refrigeran los vapores entre cada etapa o escalonamiento.
Generalmente se pasa a comprimir en dos etapas cuando la relación de presiones es del orden de:
28>Pc/Pe>9 en el caso de ser mayor de 28 se comprime en tres etapas.
La doble compresión. se puede hacer en un compresor de varios cilindros (COMPOUND) o bien en compresores separados (BOOSTER).
C) Limitaciones de eficiencia energética.
Aumentar capacidad frigorífica por Kw consumido.
Mayor COP en muchas relaciones de presiones de funcionamiento
No necesita enfriamiento de aceite en muchas aplicaciones
Ajusta la relación de compresión
Con condensación a Pc= +35 mas debajo de Pe= -15 requiere doble etapa, en general
Controla la temperatura de descarga al inyectar aceite frio en la cámara de compresión.
Se construye una unidad compresora que gestiona un gran flujo de aceite en movimiento.
Relación de compresión fija o variable.
Se puede comprimir desde Pe=-45 hasta Pc=+45 en un solo escalón
El sistema de enfriamiento intermedio es en general para mejorar el COP y no por limitaciones mecánicas
Alternativos
Tornillos
Compresores, particularidades (Nh3)
ENFRIAMIENTO DE GAS (Sistema A)
En la tubería entre los cilindros de baja y alta presión, se ha instalado un enfriador intermedio interetapas. Este tiene por objeto reducir la temperatura de los gases procedentes de la descarga de la baja etapa.
Con este enfriamiento intermedio , la temperatura de descarga se mantiene en límites razonable. Para controlar ésta temperatura, se ha instalado una estación de regulación compuesta por una válvula de paso, una solenoide y una termostática. Ésta lleva el bulbo conectado al enfriamiento intermedio interetapas, éste acusará la temperatura y regulará la apertura o cierre de la válvula con relación a ésta.
En caso de parada del compresor, la válvula solenoide se cerrará automáticamente; cuando se vuelva a arrancar la válvula solenoide se abrirá de nuevo, impidiendo así un posible paso de líquido al compresor cuando éste está parado.
Este sistema ha sido utilizado refrigerantes fluorados , si bien con termostáticas electrónicas se usa también en instalaciones de NH3
ENFRIAMIENTO DE GAS (Sistema A)
a:compresor, b: enfriador intermedio, c: termostática
d:separador de aceite, e: condensador-recipiente
f: válvula de expansión, g:evaporador
ENFRIAMIENTO CON INTERCAMBIADOR (Sistema B)
Constituye una variante del sistema A y que termodinámicamente se parece al sistema anterior. Su principal razón es la de obtener las ventas del sistema D utilizando refrigerante R-22 sin que se presenten problemas de aceite.
Para ello el enfriador intermedio es un cambiador térmico de tubos múltiples cuya misión es realizar un intercambio de calor entre las dos líneas diferentes procedentes del depósito de líquido.
El refrigerante procedente del depósito de líquido es subenfriado (posteriormente se inyectará en el evaporador) mediante el paso de líquido que se enfría sufriendo una expansión seca para ser inyectado en el colector de enfriamiento interetapas (donde son enfriados los gases de descarga) del compresor. A fin de evitar que la etapa de alta del compresor se realice con vapores húmedos (golpe de líquido) conveniente que los gases sean ligeramente recalentados. Esto se consigue regulando la válvula de expansión termostática.
ENFRIAMIENTO CON INTERCAMBIADOR (Sistema B)
a:compresor, b: enfriador intermedio, c: intercambiador de liquido
d:válvula exp. termostática
e:separador de aceite, f: condensador-recipiente
g: válvula de expansión, k:evaporador
ENFRIAMIENTO ABIERTO (Sistema C)
La etapa de baja del compresor aspira de un circuito a baja temperatura y descarga en un recipiente intermedio, donde son enfriados y aspirados nuevamente por el compresor, mediante su etapa de alta, para una vez comprimidos descargarlos en el condensador.
Si no hubiese enfriamiento en el recipiente intermedio, los vapores descargados al condensador serían todavía muy calientes.
El enfriamiento tiene lugar gracias a la inyección de líquido en cantidad no solo suficiente para enfriar los vapores, sino que se inyecta la totalidad de líquido necesaria para la alimentación del evaporador.
El líquido es subenfriado a la Ti pero es también expansionado a la presión Pi que difiere muy poco de la presión de evaporación por lo que si hay una modificación del régimen de marcha que reduzca todavía esta diferencia, se corre el riesgo de que las válvulas de expansión de baja presión no funcionen bien y el evaporador sea mal alimentado.
ENFRIAMIENTO ABIERTO (Sistema C)
a:compresor, b: enfriador intermedio, c: válvula expansión
d:separador de aceite
e: condensador-recipiente, f:válvula expansión
g:evaporador
ENFRIAMIENTO CERRADO (Sistema D)
En el enfriador intermedio se inyecta solo la cantidad de líquido a alta presión suficiente para enfriar los vapores descargados por la etapa de baja presión del compresor y enfriar el líquido de alimentación del circuito de baja.
De esta forma solo una parte del líquido procedente del condensador sufre la expansión.
El resto del líquido (se emplea para alimentación del evaporador) atraviesa un serpentín, sumergido en el refrigerante que sufre la expansión, con lo que se subenfriará.
Este líquido se encontrará ligeramente superior a Ti pero permanece a la presión de condensación, asegurando el perfecto llenado del evaporador.
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