REFRIGERACION Componentes auxiliares enun sistema de refrigeracion

Fecha de edición: 05-25-2006

Nombre del Instructor– Renato C. OLvera

Index

Renato Cadena Olvera

20 Anos de experiencia instalando y manteniendo equipos de refrigeracion comerciale industrial.

Contratista General con licencias del estadode California en las especialidades de refrigeracion, electricidad y plomeria.

Por los ultimos cinco anos he presentado la clase de refrigeracion en espanol en Salinas “Ammonia Safety Day”.

Vapor Compression Refrigeration Vapor Compression Refrigeration CycleCycle

HP

HT

Vapor

HP

HT

Liquid

LP

LT

Liquid

LP

LT

Vapor

TRANSFERENCIA DE ENERGIA TRANSFERENCIA DE ENERGIA

MOVIMIENTO DE MOVIMIENTO DE CALOR EN UN CALOR EN UN EQUIPO IDEAL.EQUIPO IDEAL.

Figura 2-5

Evaporador

Compresor

Condensador

Recipiente de alta presión

Válvula deexpansión

Almacenamiento temporal del líquido

El calor sale delgas refrigerante de altapresión

La compresión generaun volumen bajo, mayor presión,y temperaturasmás elevadas

El calor ingresaal refrigerantelíquido a bajapresión

El refrigerante líquidode alta presión permanece en los tubos

Gas refrigerante de bajapresión baja temperaturay alto volumen

GANANCIAS DE CALOR (INVOLUNTARIAS)

EN Y HACIA EL PRODUCTOEN Y HACIA EL ESPACIO REFRIGERADOEN (POR MEDIO DE / A TRAVES DE) LOS

COMPONENTES DEL SISTEMA DE REFRIGERACION.

LA EFICIENCIA DE UN SISTEMA REFRIGERANTE DEPENDE DE:

DISENOMANTENIMIENTOTIEMPO (CONDICIONES

AMBIENTALES)OPERACION CICLICA O CONTINUA

(APAGADO/ENCENDIDO, CARGA/DESCARGA)

CONSIDERACIONES ESPECIFICAS

CONDICIONES DE DISENO COMUNMENTE IGNORADAS

CORRIENTES DE AIRE POR CONVECCION NATURAL.

RECIRCULACION DE CALOR EN ESPACIOS CERRADOS.

DISTRIBUCION DE EQUIPO FRIO EN PROXIMIDAD DE EQUIPO CALIENTE.

SERVICIBILIDAD.

MEDIO AMBIENTE Y CONDICIONES ESPECIALES

CLIMA Y TRANSICION DE ESTACIONES.(TEMPERATURA DEL BULBO HUMEDO).

UBICACION DE EQUIPO REFRIGERANTE.(DIFERENCIAS DE TEMPERATURA).

REFRIGERACION DIRECTA O INDIRECTA.

(NUMERO DE PASOS EN LA TRANSFERENCIA DE CALOR).

TRES CARGAS DE CALOR

CALOR DEL PRODUCTO

CALOR DEL ESPACIO INTERIOR.

CALOR DEL ESPACIO EXTERIOR.

INFILTRACION DE CALOR

CALOR PROPIO DEL PRODUCTO

CALOR SENSIBLE Y/O LATENTECALOR VEJETATIVO (EN PRODUCTOS

ORGANICOS)CALOR DEBIDO A EL TRABAJO

(DISIPACION DE CALOR), O REACCIONES QUIMICAS EN LOS PRODUCTOS ALMACENADOS (FERMENTACIONES)

CALOR DEBIDO ALESPACIO CUYA TEMPERATURA ESTA SIENDO CONTROLADA

ESPACIO CON TEMPERATURA CONTROLADA

1. MOTORES2. GENTE3. FLUIDOS EN MOVIMIENTO (AGUA,

ENERGIA DE DESHIELO, DEHUMIDIFICADORES, ETC.

4. MONTACARGAS5. ILUMINACION

INFILTRACION DE CALOR

1. PUERTAS (EMPAQUES)2. INSULACION DANADA O INSUFICIENTE.3. INFILTRACION POR EL PISO4. INTRODUCCION DE PRODUCTOS NO PRE-ENFRIADOS

Figura 2-6

Espacio aislado

Dirección del flujo de calor

Temperatura exterior de 90°F (32°C)

36°F (2°C)de temperaturadeseada eneste espacio

Figura 2-10

Compresor

Condensador

36°F (2°C) detemperatura deseada eneste espacio

Calor que se mueve haciadentro delserpentin

NH3 absorve el calordel aire

Vapor a20oF (-7°C)y 33.5 psig

Vaporsobrecalentadoa 181 psig

Evaporador

Aisiamiento

Recibidorde alta presión

Líquido a95oF (32°C)y 181 psigque esdrena po lagravidad

90°F (32°C) de temperaturaaqui afuera

Figura 2-12

RECORDANDO QUE:RECORDANDO QUE:A CADA VALOR DE PRESION DE UN FLUIDO LE A CADA VALOR DE PRESION DE UN FLUIDO LE

CORRESPONDE UNA TEMPERATURA DE SATURACION.CORRESPONDE UNA TEMPERATURA DE SATURACION.

CUALQUIER LIQUIDO SE PUEDE SUBENFRIAR SI SE LE CUALQUIER LIQUIDO SE PUEDE SUBENFRIAR SI SE LE DISMINUYE SU TEMPERATURA POR DEBAJO DE SU DISMINUYE SU TEMPERATURA POR DEBAJO DE SU PUNTO DE SATURACION (MANTENIENDO LA PRESION PUNTO DE SATURACION (MANTENIENDO LA PRESION CONSTANTE).CONSTANTE).

CUALQUIER LIQUIDO SE PUEDE SUBENFRIAR SI SE LE CUALQUIER LIQUIDO SE PUEDE SUBENFRIAR SI SE LE ELEVA SU PRESION POR ENCIMA DE SU PRESION DE ELEVA SU PRESION POR ENCIMA DE SU PRESION DE SATURACION (MANTENIENDO SU TEMPERATURA).SATURACION (MANTENIENDO SU TEMPERATURA).

RECIBIDORRECIBIDOR

UBICACION Y MANTENIMIENTO.UBICACION Y MANTENIMIENTO.GANANCIA DE CALOR DEL MEDIO GANANCIA DE CALOR DEL MEDIO AMBIENTE.AMBIENTE.ACUMULACION DE AIRE Y ACEITE.ACUMULACION DE AIRE Y ACEITE.CAIDA DE PRESION CONSIDERABLE.CAIDA DE PRESION CONSIDERABLE.

Figura 9Figura 9--1313ilustraciilustracióón de un receptor de alta presin de un receptor de alta presióón n

clcláásicosico

Líquido del condensador

Líquido al sistema

A través de un recibidor de flujo continuo

Recibidor de tipo compensador

Líquido al sistema

Líquido del condensador

Figura 9Figura 9--1212tipos de recibidores de alta presitipos de recibidores de alta presióónn

LINEA DE LIQUIDOLINEA DE LIQUIDO

PERDIDA DE EFICACIA DEBIDO A PERDIDA DE EFICACIA DEBIDO A GANANCIA DE CALOR O PERDIDA DE GANANCIA DE CALOR O PERDIDA DE PRESIONPRESIONEXESIVA CAIDA DE PRESION DEBIDA A EXESIVA CAIDA DE PRESION DEBIDA A LONGITUD DE LINEA, DIAMETRO LONGITUD DE LINEA, DIAMETRO INSUFICIENTE, NUMERO DE VALVULAS INSUFICIENTE, NUMERO DE VALVULAS Y/O CONECCIONES.Y/O CONECCIONES.GANANCIA DE CALOR DEL MEDIO GANANCIA DE CALOR DEL MEDIO AMBIENTE. AMBIENTE.

VALVULA DE EXPANSIONVALVULA DE EXPANSION

IMPROPIA SELECCION DE LA VALVULA IMPROPIA SELECCION DE LA VALVULA (TAMANO, REFRIGERANTE, DE EQUALIZACION (TAMANO, REFRIGERANTE, DE EQUALIZACION INTERNA O EXTERNA) INTERNA O EXTERNA) MUY ABIERTA O MUY CERRADA.MUY ABIERTA O MUY CERRADA.TAPADA O PARCIALMENTE TAPADA.TAPADA O PARCIALMENTE TAPADA.IMPUREZAS O ESPACIOS ENTRE EL BULBO IMPUREZAS O ESPACIOS ENTRE EL BULBO SENSOR Y LA LINEA DE SUCCION (FALTA DE SENSOR Y LA LINEA DE SUCCION (FALTA DE INSULACION ALREDEDOR DEL BULBO SENSOR).INSULACION ALREDEDOR DEL BULBO SENSOR).

Figura 6Figura 6--33

EVAPORADOREVAPORADOR

TIPO, TAMANO,MATERIAL DE CONSTRUCCION, TIPO, TAMANO,MATERIAL DE CONSTRUCCION, UBICACION, SISTEMA DE DESHIELO, ETC.UBICACION, SISTEMA DE DESHIELO, ETC.CICLO DE DESHIELO (ACUMULACION DE HIELO CICLO DE DESHIELO (ACUMULACION DE HIELO O CALOR INECESARIO EN EL CUARTO FRIO).O CALOR INECESARIO EN EL CUARTO FRIO).

FiguraFigura 88--33CortesCortesííaa de de EvapcoEvapco IncInc

Figura 8-4Intercambiador de calor por corriente inducidaCortesía de Aero Heat Exchanger Inc.

Figura 8Figura 8--55Evaporador de un congelador por Evaporador de un congelador por

rrááfagafagaCortesCortesíía de Evapco Inc.a de Evapco Inc.

FIGURA 8-1CORTESÍA DE Howe Corporation

FIGURA 9-4

Arreglo de tubos

En el cuerpo de estosorificios existe una ranuratorneada para aceptar eltubo expandido a medidaque se ensancha desde elsello entre la pared exteriory el cabezal de tubos.

Los tubos se insertan a travésde estos orificios y seexpanden mecánicamentecon una herramienta especialpara obtener un sello entre elcabezal de tubos y el tubo.

Figura 8Figura 8--66Congelador de cinta continua en espiralCongelador de cinta continua en espiral

CortesCortesíía de Northfield Freezinga de Northfield Freezing

Figura 8Figura 8--7 7 congelador de placa por contacto directocongelador de placa por contacto directo

CortesCortesíía de APV Crepaco, Inc.a de APV Crepaco, Inc.

SISTEMA DE DESHIELOSISTEMA DE DESHIELO

POR GAS CALIENTE.POR GAS CALIENTE.

POR RESISTENCIAS ELECTRICAS.POR RESISTENCIAS ELECTRICAS.

POR AGUA O MEZCLAS DE SALES Y AGUA.POR AGUA O MEZCLAS DE SALES Y AGUA.

POR DEMANDA DE ENFRIAMIENTO POR DEMANDA DE ENFRIAMIENTO (PASIVA O ACTIVAMENTE RECIRCULANDO EL (PASIVA O ACTIVAMENTE RECIRCULANDO EL AIRE ).AIRE ).

Soft Start Soft Start –– Soft Stop Soft Stop Hot Gas DefrostHot Gas Defrost

LPRS

LPRL

Return

ONO

O

OFF

ON

O

O

O

REGULADORES DE PRESION Y REGULADORES DE PRESION Y VALVULAS DE CONTROL.VALVULAS DE CONTROL.

POSICION DE CONTROL LIMITADA A LA POSICION DE CONTROL LIMITADA A LA DEMANDA DE ENFRIAMIENTO DEMANDA DE ENFRIAMIENTO (TEMPERATURA REQUERIDA).(TEMPERATURA REQUERIDA).SECUENCIA DE ENCENDIDO/APAGADO SECUENCIA DE ENCENDIDO/APAGADO DURANTE EL DESHIELO (TIEMPO Y DURANTE EL DESHIELO (TIEMPO Y ORDEN DE CAMBIO)ORDEN DE CAMBIO)

LINEAS DE SUCCION LINEAS DE SUCCION PERDIDA DE EFICIENCIA DEBIDO A GANANCIA DE PERDIDA DE EFICIENCIA DEBIDO A GANANCIA DE CALOR O CAIDA DE PRESION.CALOR O CAIDA DE PRESION.INSULACION DANADA O INEXISTENTE.INSULACION DANADA O INEXISTENTE.NUMERO EXESIVO DE CONECCIONES Y/O VALVULASNUMERO EXESIVO DE CONECCIONES Y/O VALVULASDIAMETRO REDUCIDO DIAMETRO REDUCIDO CORRIDA DE TUBOS DE SUCCION DEMASIADO CORRIDA DE TUBOS DE SUCCION DEMASIADO LARGOS.LARGOS.TRAMPAS EXESIVAS O DIRECCION DE FLUJO DE TRAMPAS EXESIVAS O DIRECCION DE FLUJO DE REFRIGERANTE ASCENDENTE (DISTANCIA REFRIGERANTE ASCENDENTE (DISTANCIA ASCENDENTE ENTRE EVAPORADOR Y COMPRESOR, NO ASCENDENTE ENTRE EVAPORADOR Y COMPRESOR, NO DECLIVE HACIA EL COMPRESOR).DECLIVE HACIA EL COMPRESOR).

COMPRESORCOMPRESOR

TIPO, TAMANO, ESTADO (MANTENIMIENTO).TIPO, TAMANO, ESTADO (MANTENIMIENTO).CONTROL (CAPACIDAD).CONTROL (CAPACIDAD).SISTEMA DE ENFRIAMIENTO.SISTEMA DE ENFRIAMIENTO.FUNCION (SENCILLO, DOBLE ESTADO, EN FUNCION (SENCILLO, DOBLE ESTADO, EN CASCADA, CON ECONOMISADOR, ETC).CASCADA, CON ECONOMISADOR, ETC).UBICACION CON RESPECTO A EL CUARTO UBICACION CON RESPECTO A EL CUARTO FRIO.FRIO.FUNCIONES SECUNDARIAS. FUNCIONES SECUNDARIAS.

Figura 2-18

Figura 5-1Ilustración sectorizada de un compresor hermético soldado

Cortesía de Tecumseh Products Company

Figura 5-4

Figura 5-8 compresor de aspas giratorias

Cortesía de Fuller Company

Figura 6Figura 6--44

Figura 5Figura 5--1111conjunto de compresor helicoidal con dispositivo separador conjunto de compresor helicoidal con dispositivo separador

de aceitede aceiteCortesCortesíía de FES Corpa de FES Corp

Figura 5Figura 5--99Compresor helicoidal rotativo Compresor helicoidal rotativo

gemelo gemelo CortesCortesíía de Mycom Corpa de Mycom Corp

Figura 5-10etapas de compresión de un rotor gemelo

compresor helicoidal Cortesía de Howden Corp.

Extremo de descarga

Extremo de succión

Válvula de corredera – se muestra en posición de carga parcial

El gas se desvía de esta abertura y regresa al extremo de succión del compresorFLUJO

Figura 5Figura 5--1212Interior de un compresor hicoidal gemeloInterior de un compresor hicoidal gemelo

CortesCortesíía de Mycom Corp.a de Mycom Corp.

SUCCIÓN

VÁLVULA DE RETENCIÓNDE LA SUCCIÓN SOLADOR DE SUCCIÓN

OPERADORHIDRÁULICO

INJECCIÓN

RODAMIENTOS DE ENTRADAY SELLO DEL EJE

PISTÓN DE COMPENSACIÓN DELRODAMIENTO DE SALIDARODAMIENTO DE EMPUJE

CALENTADOR

LUBRICANTE

BOMBA DEACEITE

MOTOR DELA BOMBA

ENFRIADOR DELLUBRICANTE

LUBR

ICAN

TE

ENTRADA DE FLUIDOENFRIADOR

SALIDA DE FLUIDOENFRIADOR

REGULADOR DELA PRESSIÓNDEL LUBRICANTE

COLADORPLANO

ELEMENTOCONGLUTINANTE DEETAPA SECUNDARIA

DESCARGA

ENGRANAJEDEL MOTOR

COMPRESORDE TORNILLO

SISTEMA DE ADMINISTRACIÓN DEL LUBRICANTEDEL COMPRESOR DE TORNILLO

FILTRO DE 15 MICRONES

LÍNEA DE RETORNO DEL ACEITE

Figura 7-7sistema de administración de aceite de un conjunto de compresor

helicoidal clásico

FiguraFigura 66--22CortesCortesííaa de Vilter Manufacturingde Vilter Manufacturing

FIGURA 7-2

VISTA DEL SEPARADOR DE ACEITE

CORTESÍA DE FRICK COMPANY

Salida de gas

CascoGas separado

Almohadilla deseparacióndel aceite

Placa deflectora

Flotador de aceite

Entradade gas

Aceiteseparado Conexión

del flotador de aceite

Figura 7Figura 7--1 1 Figura 7Figura 7--1. 1. demostracidemostracióón de la presin de la presióón neta del aceite con el n neta del aceite con el manmanóómetro superior, siendo la presimetro superior, siendo la presióón de succin de succióón de 20 n de 20 psigpsig. . CortesCortesíía de Western Precooling Systemsa de Western Precooling Systems

CONDENSADORESCONDENSADORES

TIPO (MEDIO DE ENFRIAMIENTO)TIPO (MEDIO DE ENFRIAMIENTO)TAMANO (CAPACIDAD)TAMANO (CAPACIDAD)MATERIAL (CONDUCCION TERMICA)MATERIAL (CONDUCCION TERMICA)CANTIDAD Y DISTRIBUCION DE CANTIDAD Y DISTRIBUCION DE

MATERIAL ( AREA,Y ESPACIAMIENTO DE MATERIAL ( AREA,Y ESPACIAMIENTO DE LAMINADO)LAMINADO)UBICACION, (MEDIO AMBIENTE).UBICACION, (MEDIO AMBIENTE).

Figura 9-9condensador de evaporación por corriente inducida

Cortesía de Evapco, Inc.

FIGURA 9FIGURA 9--88CONDENSADOR DE EVAPORACICONDENSADOR DE EVAPORACIÓÓN POR CORRIENTE FORZADA CON VENTILADOR N POR CORRIENTE FORZADA CON VENTILADOR

CENTRCENTRÍÍFUGOFUGOCORTESCORTESÍÍA DE EVAPCO, INCA DE EVAPCO, INC..

Figura 9Figura 9--66condensador de evaporacicondensador de evaporacióón por corriente n por corriente

forzadaforzadaCortesCortesíía de a de EvapcoEvapco, Inc., Inc.

Figura 9Figura 9--11diagrama simplificado del proceso de flujo de un condensador condiagrama simplificado del proceso de flujo de un condensador con un un

sistema de torre de enfriamientosistema de torre de enfriamientoCortesCortesíía de Baltimore Air Coila de Baltimore Air Coil

Figura 9Figura 9--33condensador acorazado horizontalcondensador acorazado horizontal

CortesCortesíía de Howe Corp.a de Howe Corp.

Figura 9Figura 9--55Condensador acorazado sin Condensador acorazado sin

cabezacabeza

Figura 9-7sección del serpentín del condensador de evaporación

Cortesía def Baltimore Air Coil

Water Mist EliminatorsWater Spray Laterals

Serpentine Condensing Coil

Figura 9Figura 9--1010ilustraciilustracióón de un condensador enfriado por n de un condensador enfriado por

aireaire

Heat TransferHeat TransferThe Mollier PThe Mollier Phh DiagramDiagram

Figure 6Figure 6--22

Increasing Enthalpy (Btu/lb.)

Pressure Enthalpy (P-h) Diagram(Mollier Diagram)

Incr

easi

ng P

ress

ure

(lb./s

q. in

. abs

olut

e)

SubcooledLiquidRegion

Saturated Mixture of Liquid and Vapor Region

SuperheatedVaporRegion

Critical Point1651 psia and 270 0F

Heat TransferHeat TransferThe Mollier PThe Mollier Phh DiagramDiagram

Figure 6Figure 6--33

Increasing Enthalpy (BTU/lb.)

Pressure Enthalpy (P-h) Diagram(Mollier Diagram)

Incr

easi

ng P

ress

ure

(lb./s

q. in

. abs

olut

e)

SubcooledLiquid

Mixture of Saturated Liquid and Vapor

SuperheatedVapor

CriticalPoint

A B

CD

Evaporation occurring along this line.Heat energy is being absorbed into the system

Condensation occurring along this line.Heat energy is leaving the system.Saturated

LiquidLine

Saturated Vapor Line

Heat TransferHeat TransferThe Mollier PThe Mollier Phh DiagramDiagram

Figure 6Figure 6--55

Increasing Enthalpy (BTU/lb.)

Pressure Enthalpy Diagram(Mollier Diagram)

Incr

easi

ng P

ress

ure

(lb./s

q. in

. abs

olut

e)

A1

CD

AB

0% liquid,100% Saturated Vapor

Capacity to Absorb Heat Energy Heat energy used to

cool refrigerant to evaporator temp.

87% Saturated Liquid, 13% Saturated Vapor

Sub-cooled Liquid

Superheated Vapor

100% Saturated Liquid

Heat TransferHeat TransferThe Mollier PThe Mollier Phh DiagramDiagram

Figure 6Figure 6--66

Consta

nt E

ntro

py li

ne

Increasing Enthalpy (BTU/lb.)

Pressure Enthalpy Diagram(Mollier Diagram)

Incr

easi

ng P

ress

ure

(lb./s

q. in

. abs

olut

e)

A

CD

A1

C1

B

Sub-cooled Liquid

Superheated Vapor

Metering Device

Evaporation

Condensing

Saturated Mixture Region at Constant Temperature and Pressure

Heat Heat TransferTransfer

Figure 6Figure 6--77

Figura 5-13esquema de representación de un sistema de refrigeracíon de dos etapas

simples

Two Stage SystemsTwo Stage Systems

Figure 7Figure 7--22Con

stant

Entro

py li

ne

Increasing Enthalpy (Btu/lb.)

Pressure Enthalpy Diagram(Mollier Diagram)

Incr

easi

ng P

ress

ure

(lb./s

q. in

. abs

olut

e)

A

CD

A1

C10

B

Sub-cooled Liquid

Superheated Vapor

Metering Device

Evaporation

Condensing

Illustration of tenstages of compressionwhich keeps theinter-stage compressionratios small yet achievesthe over-all 13:1 ratio

C1

Two Stage SystemsTwo Stage Systems

Figure 7Figure 7--3 Two Stage Compression3 Two Stage Compression

Consta

nt En

tropy

line

Increasing Enthalpy (Btu/lb.)

Pressure Enthalpy Diagram(Mollier Diagram)

Incr

easi

ng P

ress

ure

(lb./s

q. in

. abs

olut

e)

A

CD

A1

C2

B

Sub-cooled Liquid

Superheated Vapor

Low Stage Evaporation

Condensing

A2

C1

RepresentsEfficiency Gained

Hi Stage Suction (evaporation & de-superheating)

Two Stage SystemsTwo Stage Systems

Figure 7Figure 7--4 Two Stage Compression4 Two Stage CompressionIncreasing Enthalpy (Btu/lb.)

Incr

easi

ng P

ress

ure

(lb./s

q. in

. abs

olut

e)

Pressure Enthalpy Diagram (Mollier Diagram)

A

CD

A1

A2

C1

Mixture of Liquid and Vaporat Constant Temperature and Pressure

SuperheatedVapor Region

Subcooled LiquidRegion

Saturated LiquidLine

Saturated Vapor Line

Condensing Line

Hi Stage Suction (evaporating and de-superheating) Line

Low Stage Evaporating Line

Constant Entropy Lines

B

C2

110°

210°320°

-28°

Tem

pera

ture

Lin

es

Figura 7-4Cortesía de Applied Process Cooling Inc.

Recibidor de Aceite

Figura 7-3Cortesía de FES

Figura 7-4ACortesia de joseph schauf company

Figura 9Figura 9--1111áárbol de la rbol de la vváálvlv. . de de desahogodesahogo de de trestres vvííasas

CortesCortesííaa de Henry Valve Companyde Henry Valve Company