Pres.comercial 2006 Tucuman

(1)

DISE

DISEÑ

Ñ

ÑO Y SELECCI

O Y SELECCI

O Y SELECCIÓ

Ó

ÓN DE

N DE

EQUIPAMIENTO

FRIGORIFICO

(2)

Diseño de Sistemas

• Dado un determinado recinto o conjunto de recintos a refrigerar, o equipamiento que requiere de potencia frigorífica, hay que realizar un balance térmico para

determinar la magnitud de las cargas en cuestión.

(3)

Diseño de Sistemas

• Hay que determinar una serie de datos que se requieren para hacer el balance térmico.

• El balance térmico nos da como

resultado una cantidad de calor que es la que tiene que ser capaz de remover el equipo frigorífico en forma continua y confiable bajo las condiciones de

(4)

Balance Térmico

• El balance térmico para una instalación de refrigeración se hace bajo las más exigentes condiciones de diseño

• Hay que determinar dos puntos básicos para comenzar:

(5)

Balance Térmico

• De acuerdo al método de ASHRAE tenemos cinco componentes de la carga frigorífica:

– Entradas de calor por la envolvente – Carga térmica debida al producto

– Calor generado en el interior del recinto – Carga térmica por infiltraciones de aire – Carga térmica debida al equipamiento

(6)

Entradas de Calor por la

Envolvente

• Depende del elemento aislante y su espesor, de la diferencia de

temperaturas entre ambas caras de la aislación y de la superficie de

(7)

Carga Térmica Debida al

Producto

• Depende de la masa del producto que se quiera enfriar, de las características térmicas de este, de la diferencia de

temperaturas entre la de entrada y la de almacenaje, y del tiempo en que se

requiere remover el calor.

q

₂

= m . c

_p

. (t

_ent

- t

₂

) / T

• También puede existir calor de respiración

(8)

Calor Generado en el Interior

del Recinto Refrigerado

• El calor es generado en el interior de los espacios refrigerados por:

• Personas • Iluminación

(9)

Carga Térmica por

Infiltraciones de Aire

• El aire penetra en los espacios refrigerados por las aperturas de puerta.

• La entalpía del aire que se infiltra siempre es mayor que la del aire interior.

• A mayor diferencia de temperaturas entre el exterior y el interior mayor será la carga.

• También será mayor cuanto más movimiento presente la cámara..

(10)

Carga Térmica Debida al

Equipamiento Frigorífico

• Es el calor que generan en el interior del espacio refrigerado los

componentes del equipo frigorífico que allí se encuentran:

(11)

Datos para Balance Térmico

(I)

• Para hacer un balance térmico ajustado se debe reunir una amplia gama de

datos:

– Temperatura interior – Temperatura exterior

– Dimensiones del espacio refrigerado – Material de la aislación y espesor

– Producto que se almacena (para obtener sus propiedades térmicas)

(12)

Datos para Balance Térmico

(II)

– Carga diaria de producto

– Temperatura de entrada del producto – Temperatura final del producto

– Número de personas y cantidad de horas que trabajan en el interior

(13)

Datos para Balance Térmico

(III)

– Valores de humedad en en exterior y en el interior del espacio refrigerado

– Número y duración de las aperturas de puerta por día

– Elementos de protección para disminuir la perdida de calor

(14)

Balance Térmico

• Este procedimiento se debe repetir para cada carga.

• Todas las que trabajen a las mismas presiones de operación se pueden sumar para utilizar un equipamiento común para todas.

(15)

Tabla Simplificada

Cámaras a 0°C

Vol. int. Pot. Frig. Req.

m3 W/m3 <20 110 25 a 30 100 35 a 60 84 65 a 100 72 105 a 150 65 155 a 200 60

(16)

Condiciones Tabla

• Solo aplicable a cámaras de alturas comprendidas entre 2 y 3 m.

• El producto debe ingresar a la temperatura de almacenamiento

(17)

Selecci

ó

_ó

n del Refrigerante

_{n del Refrigerante}

• De acuerdo al tipo de instalación se debe seleccionar el refrigerante más adecuado según:

• Temperatura de trabajo • Performance

• Costo

(18)

Refrigerantes

• Es el fluido de trabajo que transporta la energía absorbida en la zona de bajas temperaturas y la cede en otra de nivel térmico superior.

• Debe buscarse una sustancia que

(19)

Caracter

í

_í

sticas de los

_{sticas de los}

Refrigerantes

• Además de las presiones de trabajo se deben buscar sustancias con:

– una gran capacidad calorífica

– un buen coeficiente de transmisión del calor

(20)

Clases de Refrigerantes

• Naturales:

• Orgánicos:

R290, R600

• Inorgánicos:

R717, R744

• Sintéticos

• CFC:

R11, R12, R502

(21)

Protocolo de Montreal

• CFCs

• 1° de enero de 1996: fecha límite de producción

• HCFCs

• 1° de enero de 2004: reducción de producción al 65%

• 1° de enero de 2030 : eliminación final • Art. 5°: plazo de 10 años de gracia

(22)

Gases puros y Mezclas

• Gases puros y azeótropos

• Evaporan a presión constante. • R22, R134a, R507

• Mezclas zeotrópicas

(23)

Caracter

í

_í

sticas del

_{sticas del}

Equipamiento

• Estas dependen principalmente de: – Tamaño de la planta

– Ubicación y uso de esta – Refrigerante seleccionado – Instalación:

»industrial »comercial

(24)

Presiones de Operaci

ó

_ó

n

_n

• Como dato, ya en el balance térmico, se tiene la temperatura deseada de

trabajo del equipamiento, y a partir de ella se obtiene la temperatura de

evaporación.

(25)

Presiones de Operaci

ó

_ó

n

_n

• .De acuerdo a la temperatura del medio de enfriamiento que utilicemos, se

puede fijar un diferencial para el condensador y así obtener la

temperatura a la que ocurre la condensación.

• Nuevamente recurriendo a la tabla del refrigerante elegido, obtenemos la

(26)

Evaporadores

• Tienen la misión de absorber el calor dentro del espacio refrigerado (cámara, túnel de enfriamiento o de congelación, sector de elaboración o heladera).

• En su interior se produce un proceso de ebullición del refrigerante líquido que al

(27)

Selecci

ó

_ó

n de Evaporadores

_{n de Evaporadores}

• Se deben elegir según:

– Capacidad frigorífica requerida – Temperatura de evaporación

– Diferencial de temperatura entre aire y evaporación

(28)

Compresores

• La tarea del compresor es aumentar la presión de los vapores (generalmente sobrecalentados) que provienen del evaporador para que se puedan

condensar con el medio de enfriamiento disponible.

(29)

Ciclo de refrigeraci

(30)

Tipos de Compresores

• Desplazamiento positivo –Alternativos –Rotativos –Scroll –Tornillos

(31)

Compresores Alternativos

• Es el tipo de compresor más difundido • Logra la compresión de los gases

aspirados reduciendo el volumen de estos dentro de la cámara de

compresión, aumentando de esta forma la presión, pero también la temperatura. • El pistón se mueve en forma rectilínea

en el cilindro, ya que un sistema biela -manivela transforma el movimiento

(32)

Desplazamiento

• El desplazamiento de un compresor

alternativo es el volumen de refrigerante que puede ser bombeado por el o los

(33)

Espacio Nocivo

• Se llama espacio nocivo al volumen

comprendido entre la tapa de cilindro y la cabeza del pistón, y lo que

eventualmente puede quedar en los orificios de descarga.

• Es un porcentaje pequeño respecto al desplazamiento pero que impacta

(34)

Espacio Nocivo

(35)

Rendimiento Volum

é

_é

trico

_trico

• El rendimiento volumétrico de un

compresor en un determinado ciclo es la relación entre el caudal que

realmente entre al cilindro y el desplazamiento de este.

• Depende del espacio nocivo, de las

• Compresores Abiertos

• Compresores Herméticos

(41)

Compresores Abiertos

• Son aquellos donde un elemento con movimiento (el cigüeñal) atraviesa la carcaza del compresor y el motor es exterior a esta.

• Los compresores abiertos tienen amplio uso en las aplicaciones industriales

donde el amoníaco es preferentemente utilizado.

(42)

(43)

Compresores Herm

é

_é

ticos

_ticos

• Son aquellos donde el conjunto motor compresor se hallan montados en un eje común y se encuentran dentro de una carcasa sellada herméticamente por soldadura.

• Tienen amplio campo de uso en los artefactos que usan el ciclo de

refrigeración que son producidos masivamente.

(44)

(45)

Compresores Semiherm

é

_é

ticos

_ticos

• Son un tipo intermedio entre los dos anteriores

• El conjunto motor - compresor se halla montado en una misma carcasa, pero es accesible a través de distintas tapas. • Su campo de aplicación son las

(46)

Capacidad de un Compresor

• La capacidad frigorífica de un compresor aumenta al subir la temperatura de evaporación

• La capacidad frigorífica de un

compresor disminuye al aumentar la temperatura de condensación

(47)

Potencia de un Compresor

• La potencia requerida por un compresor aumenta al subir temperatura de

evaporación

• La potencia requerida por un compresor aumenta al subir la temperatura de

(48)

Comparaci

ó

_ó

n Rendimientos

_{n Rendimientos}

a 5°C / 45°C

Pot. Frig. Pot. Elec. COP

KW KW KW

MT 125 30.17 9.24 3.26 SM120 28.84 7.33 3.94

(49)

Comparaci

ó

_ó

n Rendimientos

_{n Rendimientos}

a -10°C/45°C

KW KW KW

MT 144 17.27 8.47 2.04 SM120 15.84 7.41 2.14 HG4-385-4 17.56 6.48 2.71

(50)

Comparaci

ó

_ó

n Rendimientos

_{n Rendimientos}

a -25°C/45°C

KW KW KW

LTZ 100 9.12 7.95 1.15 HA4-385-4 6.51 4.49 1.45

(51)

Factores que Afectan la

Eficiencia en Compresores

Alternativos

• Rendimiento volumétrico • Válvulas

• Enfriamiento de los motores con el gas de succión

• Perdidas internas de gas • Circulación de aceite

(52)

(53)

(54)

Reducci

ó

_ó

n de espacio nocivo

_{n de espacio nocivo}

• El diseño del pistón disminuye el espacio

(55)

V

á

lvulas

• La válvula de plato y anillo esta diseñada con una gran área de entrada para

minimizar la caída de presión del gas de

succión »Abren y cierran 168000 veces por hora

(56)

(57)

Protecci

ó

_ó

n contra golpes de

_{n contra golpes de}

l

í

_í

quido

_quido

• La carcaza grande permite una mayor acumulación de

líquido sin que

llegue a los cilindros • El gas de succión

entra por la parte superior del motor

(58)

• Imanes en el cárter para retener

partículas metálicas presentes en el aceite • Calentador de cárter

(59)

(60)

Selecci

ó

_ó

n del Compresor

_{n del Compresor}

• Programas de cálculo o tablas • Datos requeridos:

– Refrigerante

– Temperatura de evaporación – Condensación

(61)

(62)

Compresores Semiherm

é

_é

ticos

_ticos

Refrigerado por gas de succión ( HG )

(63)

Semiherm

é

_é

tico Refrigerado

_{tico Refrigerado}

por Gas de Succi

ó

_ó

n

_n

• Especialmente diseñado para uso en aplicaciones de media temperatura y aire acondicionado

(64)

Semiherm

é

_é

tico Refrigerado

_{tico Refrigerado}

por Aire

• Para uso en temperaturas bajas y medias • Presenta las ventajas de rendimiento de un

(65)

HA 3 y HG 3

(66)

HA 6 y HG6

(67)

Corte Compresor HG

(68)

Caracter

í

_í

sticas Compresor

_{sticas Compresor}

HG

• La masa de refrigerante pasa a través del motor para lograr el enfriamiento de este, para luego llegar al cárter desde donde es aspirado.

• La forma de montaje del motor permite su reemplazo en la misma instalación

(69)

Corte Compresor HA

(70)

Caracter

í

_í

sticas Compresor HA

_{sticas Compresor HA}

• Es un compresor semihermético

refrigerado por aire, ya que el motor esta ubicado fuera del circuito del refrigerante • El aire es dirigido por una campana

exterior sobre el cuerpo del motor y luego sobre las cabezas de los cilindros

(71)

(72)

Quemadura de Motor

(73)

Temperatura de Descarga

-50 -45 -40 -35 -30 -20 -10 -5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 D is c h a rg e T e m p e ra tu re ( °C ) Refrigerant R22 tc =40°C tv1=to+20K Additional Cooling required HG (R22) HG (R404A) AM / HA (R22) AM / HA (R404A) AM / HA (=aircooled) HG (=gascooled)

(74)

Capacidad Frigorifica

30 40 50 60 70 fr ig e ra ti n g C a p a c it y ( K W ) Refrigerant R22 tc=40°C HA

(75)

COP

-50 -45 -40 -35 -30 -20 -10 -5 0 5 10 15 0 1 2 3 4 5 6 C O P REFRIGERANT R22 tc=40°C HA (aircooled) HG (gascooled)

(76)

Regulaci

ó

_ó

n de Capacidad

_{n de Capacidad}

• Se puede variar la capacidad frigorífica del compresor variando su velocidad de rotación

Serie Vel. Min./ Frecuencia Vel. Max./ Frecuencia Serie Vel. Min./ Frecuencia Vel. Max./ Frecuencia Serie Vel. Min./ Frecuencia Vel. Max./ Frecuencia Serie Vel. Min./ Frecuencia Vel. Max./ Frecuencia HG 3 830 U/min=30Hz 1750 U/min=60Hz HG 3 830 U/min=30Hz 1750 U/min=60Hz HG 3 830 U/min=30Hz 1750 U/min=60Hz HG 3 830 U/min=30Hz 1750 U/min=60Hz HG 4 700 U/min=25Hz 1750 U/min=60Hz HG 4 700 U/min=25Hz 1750 U/min=60Hz HG 4 700 U/min=25Hz 1750 U/min=60Hz HG 4 700 U/min=25Hz 1750 U/min=60Hz HG 5 700 U/min=25Hz 1750 U/min=60Hz HG 5 700 U/min=25Hz 1750 U/min=60Hz HG 5 700 U/min=25Hz 1750 U/min=60Hz HG 5 700 U/min=25Hz 1750 U/min=60Hz HG 6 700 U/min=25Hz 1750 U/min=60Hz HG 6 700 U/min=25Hz 1750 U/min=60Hz HG 6 700 U/min=25Hz 1750 U/min=60Hz HG 6 700 U/min=25Hz 1750 U/min=60Hz

(77)

Regulaci

(78)

(79)

(80)

• Comprime por el movimiento orbital de la espiral inferior dentro de la superior. • Alta eficiencia

Compresor Scroll

(81)

Compresores Montados

en Paralelo

• Dos o más compresores se montan de forma tal de que puedan proveer

refrigeración a las mismas cargas.

• Todos los compresores montados de esta forma trabajan a la misma presión de succión y a la misma presión de

descarga.

• Tienen colectores comunes de aspiración y descarga

(82)

Ventajas de los Montajes

en Paralelo

• Modulación de la capacidad frigorífica que permite una excelente adecuación a la demanda.

• Disminución de la sobrecarga eléctrica en la partida de los compresores

(83)

Colector de Succi

ó

_ó

n

_n

• La construcción del colector debe ser simétrica.

• La tubería de succión del compresor debe ser ascendente.

• Es conveniente montar un filtro en la línea de succión de cada compresor.

(84)

Colector de Succi

(85)

Colector de Descarga

• La tubería de descarga del compresor debe ser descendente.

• Se debe ubicar por debajo de la llave de descarga del compresor.

• Es conveniente utilizar una válvula de retención en la salida de cada

compresor para evitar flujos de refrigerante a contracorriente.

(86)

Colector de Descarga

(87)

(88)

(89)

(90)

Válvulas de Retención

• Protegen al sistema de migraciones de

refrigerante en sentido contrario al normal cuando las condiciones de partes varias de la instalación varían durante los

periodos de parada.

• Equipadas con pistón amortiguador

que hace a la válvula apta para

(91)

Válvulas de Retención

Tipo NRV

• Se utilizan en líneas de succión, descarga y líquido. • Máxima presión de operación 28 bar(g) • Temperaturas de operación entre -50ºC y 140ºC

(92)

(93)

(94)

Lubricantes

• Reducen la fricción entre las partes en movimiento para minimizar el desgaste y así aumentar la vida útil del compresor.

• También sirve para sellar el paso del gas refrigerante en las cámaras de

(95)

Sistema de lubricaci

ó

_ó

n

_n

• Cuando los compresores están montados en paralelo levantan diferentes cantidades de aceite al resto del sistema.

• Se debe proveer un sistema que mantenga un mismo nivel de aceite en todos los

compresores.

• Además se debe limitar la cantidad de aceite circulando por el sistema porque incrementa la potencia requerida.

(96)

Sistema de lubricaci

ó

_ó

n

_n

• Hay dos métodos para asegurar un correcto nivel en todos los

compresores:

– Mantener el nivel a través de

conexiones ecualizadores de aceite y gas

(97)

Ca

ñ

_ñ

er

_er

í

_í

as de Ecualizaci

_{as de Ecualizaci}

ó

_ó

n

_n

• Se utilizan dos caños diferentes:

– Uno por debajo del nivel de aceite para que este pueda migrar entre compresores – Otro sobre el nivel de aceite para que se

igualen las presiones en los cárteres

• Es recomendable instalar válvulas de

cierre en las líneas de ecualización para que la central pueda funcionar aunque haya que retirar un compresor

(98)

Reguladores de Nivel de

Aceite

• Pueden ser de tipo mecánico o eléctrico. • Cuando el nivel en el cárter baja del nivel

prefijado, abre la alimentación desde el reservorio de aceite.

• En el caso de ser mecánicos, se debe

(99)

Separador de Aceite

• Se montan inmediatamente después del compresor o al final del colector de descarga.

• Se deben utilizar siempre cuando:

– la temperatura de evaporación es inferior a -10ºC

– evaporadores inundados – sistemas de dos etapas

(100)

(101)

(102)

(103)

Filtros

• La misión del filtro es retener los distintos contaminantes presentes dentro del sistema frigorífico como sólidos, humedad, acidez, ceras, resinas y barnices.

• Algunos contaminantes penetran

desde el exterior, pero otros se forman dentro del sistema.

(104)

Filtros de L

í

_í

quido

_quido

• Se montan en la línea de líquido a la salida del tubo recibidor para retener todo tipo de contaminantes

• Como elemento filtrante se usa

mayormente cartuchos de Molecular Sieves

(105)

(106)

(107)

Filtros de Succi

ó

_ó

n

_n

• Se colocan en la cañería de succión lo mas próximo posible al compresor.

• Se utilizan de dos tipos:

• De malla o papel para filtrar exclusivamente sólidos

• De cartucho de Molecular Sieves para retener todo tipo de

(108)

(109)

(110)

Condensadores

• Deben tener suficiente capacidad para disipar toda la potencia frigorífica que tiene el o los compresores, mas el calor producido en la compresión cuando se trata de compresores herméticos o

(111)

Condensadores

• En el caso de compresores montados en paralelo es conveniente se pueda regular la capacidad de condensación de acuerdo a la potencia aplicada en cada momento

• Es más conveniente utilizar un condensador grande que varios pequeños

(112)

V

á

_á

lvulas Solenoides

_{lvulas Solenoides}

• La válvula deja pasar de refrigerante cuando la bobina del solenoide se

energiza y el campo magnético que se forma levanta el vástago (NC).

• Pueden ser de operación directa o servoasistida.

n de

_{n de}

aspiraci

ó

_ó

n

_n

• Cuando el sistema arranca después de una parada prolongada, al aspirar el

compresor gases muy densos debido a una presión mucho más alta que la de operación, el motor puede

sobrecargarse y cortar por protector térmico.

(122)

Limitaci

ó

_ó

n de la presi

_{n de la presi}

ó

_ó

n de

_{n de}

aspiraci

ó

_ó

n

_n

• Para evitar que el compresor succione con una presión alta contamos con:

– Válvulas reguladoras de presión de aspiración

(123)

(124)

(125)

Ca

ñ

_ñ

er

_er

í

_í

as

_as

• Las cañerías en instalaciones frigoríficas

deben reunir una serie de requisitos que son un compromiso entre distintos factores.

• Máximo de capacidad

• Mínima caída de presión • Menor costo de materiales

• Velocidad de gases suficiente para asegurar el retorno de aceite a los compresores

(126)

Velocidades recomendadas

• Las cañerías de succión deben diseñarse con velocidades comprendidas entre 5 y 20 m/s

• Las cañerías de descarga deben diseñarse con velocidades entre 10 y 18 m/s