Temperatura de congelación a la presión atmosférica.- Interesa que sea lo más baja posible,
para que de esta manera el fluido frigorígeno pueda estar en fase líquida a las temperaturas normal- mente empleadas en el evaporador. El agua, por ejemplo, tiene una temperatura de congelación de 0ºC lo que impide utilizarla en niveles térmicos por debajo de esa temperatura.
Temperatura de ebullición a la presión atmosférica.- La temperatura de ebullición conviene
que sea lo más baja posible en orden a que no sea necesario un alto grado de vacío para conseguir las temperaturas de evaporación usuales en el campo del frío industrial. El agua, por ejemplo, que tiene una temperatura de ebullición alta a la presión atmosférica 100ºC, por lo que necesita reducir su presión a 0,0075 kg/cm2 para poder alcanzar una temperatura de evaporación de 4,45ºC.
La consecuencia de trabajar con vacíos es que en los circuitos con compresores abiertos puede en- trar aire tanto por las empaquetaduras como, en general, a través de cualquier poro o fisura presente en el equipo; esta eventualidad origina, por un lado, un aumento del costo de funcionamiento (fluido incon- densable) y por otro, el hecho de que el aire tenga humedad, por lo que el agua puede reaccionar con los fluidos frigorígenos y aceites lubricantes, pudiendo llegar a congelar en el lado de baja.
Si se supone que la temperatura de evaporación, impuesta por el proyecto, fuese de -35ºC, de acuer- do con lo expuesto hasta el momento, se deberá elegir un fluido frigorígeno cuya presión de saturación a esa temperatura sea superior a la atmosférica.
Si la selección se hace entre los refrigerantes tradicionales de la Fig XIIIA.5, se tiene que si se utiliza:
NH3⇒ pe= 0 ,95060 kg cm2 R-11 ⇒ pe= 0 ,07043 kg cm2 R-12 ⇒ pe= 0 ,82315 kg cm2 R-22 ⇒ pe= 1,35305 kg cm2
el fluido frigorígeno más indicado bajo el único punto de vista de evitar entradas de aire en el circuito se- ría el R-22, pues su presión en estas circunstancias es 1,35305 > 1.
Sin embargo, si por otros motivos la elección recayese en el NH3, sería obligado disponer en el con- densador de un purgador de incondensables de funcionamiento discontinuo, para así purgar periódica- mente el aire hacia el exterior, mezclado inevitablemente con algo de NH3 que se perdería definitiva- mente. Otros aspectos a tener en cuenta son, que cuanto menor sea la presión necesaria en el evapora- dor, mayor será el volumen específico del gas a la entrada del compresor y más elevado, por lo tanto, el caudal volumétrico que éste deberá desplazar, lo que hace necesario la utilización de un compresor cen- trífugo en lugar de uno alternativo; es el caso del agua, que exige cifras de desplazamiento en volumen enormes.
La consecución de un COP elevados se facilita, en principio, mediante la elección de refrigerantes de presiones de evaporación lo más altas posibles.
Fig XIIIA.5.- Relación (presión-temperatura) de saturación de varios refrigerantes
Presión de condensación.- Conviene que la presión correspondiente a las temperaturas usuales
en condensación, que son del orden de 30ºC, no sea alta, pues el dimensionado correspondiente del com- presor, condensador, depósito de líquido y tuberías deberá ser proporcionalmente más grueso; si el fluido frigorígeno utilizado fuera por ejemplo el CO2, la presión de condensación sería del orden de 75 kg/cm2, valor evidentemente demasiado elevado.
Si bien los compresores de tipo alternativo no tienen problemas para conseguir altas presiones de escape, no sucede lo mismo con los TC centrífugos que para alcanzarlas necesitan varias etapas, con el consiguiente encarecimiento. Esta es la razón por la que en los TC centrífugos interesa utilizar fluidos frigorígenos cuyas presiones de condensación resultantes sean bajas, fluidos frigorígenos de baja pre- sión, con lo que la diferencia de presiones entre escape y admisión puede fácilmente generarse en un TC centrífugo de alta velocidad y uno ó dos rodetes. En la Fig XIIIA.5 puede comprobarse que los fluidos fri- gorígenos R-113 y R-11 son los que mejor satisfacen esta característica. La consecución de COP eleva- dos se facilita en principio mediante la elección de refrigerantes de presiones de condensación lo más ba- jas posibles.
Presión y temperatura críticas.- En general, es conveniente que la presión crítica se encuentre
bastante por encima de cualquier presión de condensación esperada en el funcionamiento de la instala- ción. Si el condensador del circuito frigorífico se refrigera por aire, sería deseable que el fluido frigorígeno utilizado tuviese una temperatura crítica inferior, al menos en 55ºC; de los fluidos frigorígenos más co- rrientes, únicamente el dióxido de carbono no llega a este valor, pues su temperatura crítica es de 31ºC. No solamente conviene que el fluido frigorígeno pueda licuarse sino que además interesa que la potencia de compresión absorbida en el compresor sea lo menor posible, lo cual depende del valor de la relación de compresión pero sobre todo de lo alejada que se encuentre la presión crítica de la de condensación. Cuan- to más se acerque ésta última al máximo de la campana de saturación, tanto más rápidamente crece el trabajo requerido para la compresión. Esto dato es muy importante en las grandes plantas frigoríficas de costes de explotación elevados, y no lo es tanto en las pequeñas.
Peso molecular, constante R y exponente de compresión isentrópica γ del gas.- Como los
compresores centrífugos tienen dificultad para generar presiones de escape altas, observando la expre- sión de la máxima relación de compresión teóricamente alcanzable en el escalonamiento en uno de sim- ple etapa, de la forma:
εc= p3 p1 = ( γ - 1 γ u22 R T1 + 1) γ γ - 1
se comprueba que los fluidos frigorígenos cuyas constantes R y γ son bajas, proporcionan valores eleva- dos de la relación de compresión
εc= p3
p1 . Los gases de pesos moleculares altos como el R-113 y el R-11
cumplen ambas características.
Relación de presiones entre -15ºC a 30ºC.- En la mayoría de los equipos frigoríficos se registran
producciones de frío a diversas temperaturas de saturación estando especificados en cada caso los posi- bles grados de recalentamiento, (a la entrada del compresor), y subenfriamiento, (a la salida del conden- sador), del ciclo. El intervalo de temperaturas, -15 a +30ºC, es representativa de los niveles medios de frío que se utilizan en la práctica; todas las magnitudes que a continuación se comentan están referidas al par de temperaturas de saturación mencionadas, en base a las cuales se supone ha sido trazado el ci- clo termodinámico correspondiente.
Relación de compresión.- Cuanto menor sea su valor menor será también la tendencia del fluido
frigorígeno a fugarse del lado de alta al de baja del compresor, lo que se reflejará en un rendimiento volu- métrico más elevado. La existencia del espacio muerto en los compresores alternativos hace que en és- tos sea todavía más crítica la dependencia del rendimiento volumétrico con la relación de compresión, aunque los valores de la relación de compresión varían poco de unos fluidos frigorígenos a otros.
Temperatura de escape.- Interesa que sea moderada para evitar averías en válvulas, y para que
tanto el fluido frigorígeno como el aceite lubricante no pierdan sus características originales.
En una compresión isentrópica, el amoniaco origina una temperatura de 99ºC que es demasiado ele- vada, lo que obliga a refrigerar el compresor mediante una camisa de agua. Otros refrigerantes sin em- bargo no necesitan de este enfriamiento adicional.
Eficiencia COP.- Interesa que sea alta, pudiéndose comprobar que los valores del COP varían poco
de un fluido frigorígeno a otro.
Volumen específico en la aspiración.- Interesa que sea bajo para que el tamaño tanto del com-
Desplazamiento específico, VD/qevap, en (m3/min)/Frig. hora.- Este valor proporciona el volu-
men de refrigerante que es necesario desplazar por cada frigoría producida en el evaporador. Se puede comprobar que mientras que el amoniaco necesita desplazar 3,2 m3/min de refrigerante, el R-113 debe desplazar 94,1 m3/min, es decir, 30 veces más, lo que hace que el amoníaco se utilice en compresores al- ternativos y el R-113 en TC centrífugos.