GEA Refrigeration Technologies Curso sep-13 CIRCUITOS DE NH3

GEA Refrigeration Technologies

Curso sep-13

CIRCUITOS DE NH3


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

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Calor

Compresor

Calor

Evaporador

Condensador

Entalpía

Presión

Recipiente

Válvula de expansión

El ciclo de refrigeración básico

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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.

•

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Aplicaciones de la tecnología de refrigeración

-35°C

+50°C

-54°C

+70°C

Bombas de calor en invernaderos

-20°C-16°C

-40°C

-10°C0°C

+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 cervecerasProcesos 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

W

Tc

Med. a refrigerar Tf

Medio refrig. a Tk

Qc

Qf

Tk

Tf

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

GEA Refrigeration TechnologiesInsertar texto con "Insertar encabezado y pie"7

• 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

A)Limitaciones en la hermeticidad, al aumentar Pc/PeB) 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 aceitesEn 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.

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• 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

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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

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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.

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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.

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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

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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.

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ENFRIAMIENTO ABIERTO (Sistema C)

• a:compresor, b: enfriador intermedio, c: válvula expansión• d:separador de aceite• e: condensador-recipiente, f:válvula expansión• g:evaporador

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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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ENFRIAMIENTO CERRADO (Sistema D)

• a:compresor, b: enfriador intermedio, c: válvula expansión• d:separador de aceite• e: condensador-recipiente, f:válvula expansión• g:evaporador

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Sistema de alimentación con bomba de refrigerante

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Sistema de alimentación por gravedad

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Intermedios , tornillo / alternativo


Evaporador bomba desescarche gas caliente

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EVAPORADORES

Los enfriadores de aire son los evaporadores más comunes, las consideraciones que a continuación realizaremos sobre ellos tienen un paralelo con cualquier otro tipo de evaporador (enfriadores de líquidos, congeladores de placas, generadores de hielo etc.).

La capacidad frigorífica de un enfriador de aire viene dada por:

Q = K* S*DT siendo: Q = Capacidad frigoríficaK = Coeficiente de transmisión de calorS = Superficie de intercambioDT = Diferencia logarítmica de temperatura

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El “K” en enfriadores de aire

• K depende de:- La forma , el material, el espesor de la pared, diámetro del tubo.- La distancia entre tubos, disposición cuadrada o rectangular- El espesor y material de las aletas- La forma de las aletas, rugosas o lisas- La distancia entre las aletas- La velocidad de aire entre las aletas , velocidad frontal- El coeficiente de trasmisión de calor interno ( velocidad, rugosidad)- La razón de calor sensible / calor latente- El espesor exterior de hielo- La existencia de aceite en el interior ( ensuciamiento)- El contacto entre aletas y tubos

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EVAPORADOR

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CONDENSADOR DE AIRE

• El condensador de aire esta formado por un paquete de tubos con aletas por cuyo interior circula el refrigerante y exteriormente aire ambiente movido por ventiladores.

El condensador recibe los gases de descarga procedente de los compresores de la instalación y está diseñado para realizar el cambio de estado de dicho refrigerante de gas a líquido eliminando al exterior el calor procedente de la instalación frigorífica. Es conveniente, al menos una vez por año verificar si la instalación contiene aire o cualquier tipo de gases incondensables. Evitando así los incrementos de consumo que la presencia de dichos incondensables producen.

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CONDENSADOR DE AIRE

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CONDENSADOR EVAPORATIVO

• El condensador evaporativo está formado por un paquete de tubos de acero galvanizado, por cuyo interior circula el refrigerante y exteriormente una ducha de agua con aire a contra corriente.

El agua la recibe de la balsa situada en la parte inferior del condensador, que es bombeada e inyectada en la parte superior mediante boquillas distribuidoras.

El aire es impulsado por ventiladores, que a contra corriente favorecen la atomización del agua para garantizar una película de agua en contacto con la superficie exterior del tubo.

Recibe los gases de descarga procedentes de los compresores de la instalación y está diseñado para realizar el cambio de estado de dicho refrigerante de gas a líquido, eliminando al exterior el calor procedente de la instalación frigorífica.

El calor eliminado en la condensación del refrigerante es aportado fundamentalmente por la evaporación del agua que mediante la ducha se hace caer sobre la tubería caliente.

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Ventilador

Suministro de aire

Rebosadero

Desde el compresor

Al recipiente

Des-recalentamiento

Separador de gotas Aspersores

Suministro agua fresca

Bomba de aguaRecipiente de agua

Condensador evaporativo

M

M

Condensador

++ Ahorro Energético, -- Legionela

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CONDENSADOR DE AGUA

• El condensador de agua es un intercambiador de calor generalmente multitubular que está formado por un cuerpo de acero y las placas de inoxidable, soldadas al cuerpo, en las cuales se insertan tubos del material adecuado para el refrigerante.

Las tapas extremas son fabricadas en acero al carbono.

Por el exterior de los tubos circula el gas procedente de los compresores de la instalación y por el interior el agua de refrigeración, para realizar el cambio de estado de dicho refrigerante de gas a estado líquido.

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Tipos modernos con tubos de cobre especiales (corrugados) con grandes superficies externas e internas.

Condensadores de agua

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TANQUE DE AGUA HELADA

• Para tanques de agua helada, utilizamos el sistema de evaporador de tubo liso, galvanizado. Está formado por una serie de parrillas de tubo de acero y unidas por medió de colectores, para entrada de líquido en su parte inferior y para aspiración' en su parte superior.

Todo él está sumergido en un depósito aislado, lleno de agua, que posee un agitador para moverla. La utilización de los tanques de agua helada se debe a una necesidad de poder disponer de una cantidad importante de frío acumulada para poderla utilizar en periodo corto de tiempo, por ejemplo, en recepción de leche, o en proceso de pasterización o tratamientos de los zumos.

En estos casos para hacer el enfriamiento directo deberíamos disponer de una gran y costosa instalación frigorífica, para ser utilizada pocas horas al día y estar parada el resto del día. La reserva de frío se hace al cambiar de estado el agua a hielo desprendiendo 80 kcal,. por cada kg. de hielo formado.

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TANQUE DE AGUA HELADA

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ALIMENTACION

Los sistemas de alimentación mas comúnmente utilizados son:

a) Válvulas de expansión termostática.b) Alimentación por bomba de refrigerante.c) Alimentación por gravedad

Una válvula de expansión termostática es un elemento modulante que inyecta directamente en el evaporador mayor o menor cantidad de liquido refrigerante procedente del sector de alta presión de la instalación (recipiente de liquido) en el evaporador, ubicado en el sector de baja presión, produciéndose por tanto la expansión.

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VALVULA TERMOSTATICA NH3

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BOMBAS DE REFRIGERANTE

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DESESCARCHE

• En la actualidad se utiliza, principalmente, el sistema por gases calientes y cuando no es posible su aplicación, se utiliza el sistema de resistencias eléctricas.

• El sistema de desescarche por gas caliente, aprovecha la energía acumulada, en el gas al ser comprimido, por lo tanto, no hay consumo de energía, al contrario, hay aprovechamiento de energía puesto que ayudamos a la condensación enfriando el refrigerante e incluso condensando una parte de él y bajando algo la presión de descarga.

• Para temperaturas negativas, en la cámara, la entrada de gases calientes se hace a través de un serpentín acoplado a la bandeja, luego entra en el bloque serpentín por la parte alta, colector de aspiración, y sale por la parte baja colector de entrada de líquido, por medio de un sifón para facilitar la salida del refrigerante condensado.

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VALVULAS SOLENOIDES

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VALVULAS DE RETENCION

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VALVULA PRESOSTATICA DE AGUA

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PURGADOR AUT. DE INCONDENSABLES


PURGADOR AUT. DE INCONDENSABLES


DIAGRAMA PURGADOR AUTOMATICO

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ESQUEMA ELECTRICO PURGADOR

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• Desde tres puntos de vista:• Cargas térmicas e intercambio térmico• Mecánica de fluidos• Diseño mecánico ( presiones de diseño, materiales)

INSTALACIONES FRIGORIFICAS


Presiones de diseño, reglamento if 06, 1


Mapa climático de España


Relaciones entre presiones


Las Instalaciones frigorificas y la DEP


Las tuberías de refrigerante deben cumplir DEP1. Tuberías y conexiones.

3.1. Requisitos generales. 3.1.1. Circuito del refrigerante.

Todas las tuberías del circuito del refrigerante deberán cumplir con las normas aplicables especificadas en la solicitud de evaluación de conformidad cuando sea preceptivo y se diseñarán, construirán e instalarán para mantener la estanquidad y resistir las presiones y temperaturas que puedan producirse durante el funcionamiento, las paradas y el transporte, teniendo en cuenta los esfuerzos térmicos, físicos y químicos que se prevean. ( el articulo 10 de la DEP desarrolla la evaluación de la conformidad para aquellas tuberías en que sea preceptivo)


Las categorias de las tuberías en la DEP


La DEP en las condiciones de diseño de la tubería

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