Frío Industrial y Aire Acondicionado (I.T.I.) T1.- Producción de … · 2017-06-01 · • Etapa...

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1 Frío Industrial y Aire Acondicionado (I.T.I.) Departamento: Area: Ingeniería Eléctrica y Energética Máquinas y Motores Térmicos CARLOS J RENEDO [email protected] Despachos: ETSN 236 / ETSIIT S-3 28 http://personales.unican.es/renedoc/index.htm Tlfn: ETSN 942 20 13 44 / ETSIIT 942 20 13 82 INMACULADA FERNÁNDEZ [email protected] Despacho: ETSIIT S-3 74 Tlfn: ETSIIT 942 20 09 32 T1.- Producción de Frío Las trasparencias son el material de apoyo del profesor para impartir la clase. No son apuntes de la asignatura. Al alumno le pueden servir como guía para recopilar información (libros, …) y elaborar sus propios apuntes

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T1.- Producción de Frío

1

Frío Industrial y Aire Acondicionado (I.T.I.)

Departamento: Area:

Ingeniería Eléctrica y Energética Máquinas y Motores Térmicos

CARLOS J RENEDO [email protected] Despachos: ETSN 236 / ETSIIT S-3 28

http://personales.unican.es/renedoc/index.htm Tlfn: ETSN 942 20 13 44 / ETSIIT 942 20 13 82

INMACULADA FERNÁNDEZ [email protected] Despacho: ETSIIT S-3 74 Tlfn: ETSIIT 942 20 09 32

T1.- Producción de Frío

Las trasparencias son el material de apoyo del profesor para impartir la clase. No son apuntes de la asignatura. Al alumno le pueden servir como guía para recopilar información (libros, …) y elaborar sus propios apuntes

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T1.- Producción de Frío

2

1.- Introducción 2.- Procedimientos de producción de frío 3.- Refrigeración por Compresión 4.- Refrigeración por Absorción 5.- Refrigeración Evaporativa

1.- Introducción (I)

Para transportar calor desde un foco a baja temperatura a otro a alta temperatura es necesario la aportación de energía

Interviene un fluido, refrigerante, que sufre una serie de transformaciones termodinámicas. Cada refrigerante tiene un comportamiento definido y diferente

Los ciclos evitan la reposición continua del refrigerante

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3

1.- Introducción (II)

No se hace frío, se retira calor

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T1.- Producción de Frío

4 4

2.- Procedimientos de Producción de Frío (I)

Producción de frío

Basados en medios químicos

Basados en medios físicos

Elevación de la temperatura

Cambio de estado

Expansión de gases

Efectos especiales

Fusión Sublimación Vaporización

Gases ideales Gases reales

Efecto termoeléctrico Efecto magnetoeléctrico Efecto magnetotérmico-eléctrico

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T1.- Producción de Frío

5 5

2.- Procedimientos de Producción de Frío (I)

Producción de frío

Basados en medios químicos

Basados en medios físicos

Elevación de la temperatura

Cambio de estado

Expansión de gases

Efectos especiales

Fusión Sublimación Vaporización

Gases ideales Gases reales

Efecto termoeléctrico Efecto magnetoeléctrico Efecto magnetotérmico-eléctrico

COMPONENTES PARTES EN

PESO

DESCENSO TEMPERATURA

de ºC hasta ºC

Agua Nitrato amónico

1 1

+10 -15,5

Agua Nitrato amónico Carbonato sódico

1 1 1

+10 -22

Ácido nítrico diluido Nitrato sódico

2 +10 -20

Ácido sulfúrico diluido Sulfato sódico

4 5

+10 -20

Ácido nítrico diluido Fosfato sódico

4 9

+10 -25

Ácido nítrico diluido Nitrato amónico Sulfato sódico

4 5 6

+10 -40

Hielo Ácido clorhídrico diluido N/10

8 5

0 -32

Hielo Ácido sulfúrico diluido N/10

3 2

0 -30

Hielo Ácido nítrico diluido N/10

7 4

0 -35

Hielo Cloruro sódico

2 1

0 -20

Hielo Cloruro sódico Nitrato amónico

12 5 5

0

-32

Hielo Cloruro cálcico

4 5

0 -40

Hielo Cloruro cálcico cristalizado

2 3

0 -45

Hielo Potasa

3 4

0 -46

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T1.- Producción de Frío

6 6

2.- Procedimientos de Producción de Frío (I)

Producción de frío

Basados en medios químicos

Basados en medios físicos

Elevación de la temperatura

Cambio de estado

Expansión de gases

Efectos especiales

Fusión Sublimación Vaporización

Gases ideales Gases reales

Efecto termoeléctrico Efecto magnetoeléctrico Efecto magnetotérmico-eléctrico

SAL UTILIZADA CONCENTRACIÓN TEMPERATURA DE CONGELACIÓN ºC

Cloruro amónico Cloruro cálcico Cloruro magnésico Cloruro potásico Cloruro sódico Carbonato potásico Hidróxido potásico Nitrato sódico Sulfato de magnesio Sulfato de zinc

18,7 29,9 20,6 19,7 22,4 35,5 31,5 36,9 19,0 27,2

-15,8 -55,0 -33,6 -11,1 -21,2 -37,1 -65,0 -18,5 -3,9 -6,5

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7

2.- Procedimientos de Producción de Frío (II)

Cambio de estado

Fusión

Sublimación

Vaporización

Con fluido perdido

Con recuperación de vapores resultantes

Compresión Absorción

Adsorción

Eyección

Evaporación

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8 8

2.- Procedimientos de Producción de Frío (III)

Compresión Compressor Vapor Vapor

Evaporator Condenser

Expansion

Valve Liquid Liquid + Vapor

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9 9

2.- Procedimientos de Producción de Frío (IV)

Absorción CONDENSADOR

DEPÓSITO

GENERADOR COLUMNA DE DESTILACIÓN

EVAPORADOR

V.L.

V.L.

INTERCAMBIADOR

AGUA FRÍA

AGUA CALIENTE

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2.- Procedimientos de Producción de Frío (IX)

Adsorción

10

CONDENSADOR

DEPÓSITO

RESISTENCIA ELÉCTRICA

EVAPORADOR

ADSORBEDOR

A B VÁLVULA

VENTILADOR

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11 11

2.- Procedimientos de Producción de Frío (X) Eyección

11 11

AGUA DE CONDENSACIÓN

GENERADOR COLUMNA DE DESTILACIÓN

EVAPORADOR

SALMUERA FRÍA

BOMBA DE AGUA

SALMUERA CALIENTE

CONDENSADOR

VAPOR DE AGUA

BOMBA DE VACÍO

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T1.- Producción de Frío

12 12

2.- Procedimientos de Producción de Frío (XI)

Producción de frío

Basados en medios químicos

Basados en medios físicos

Elevación de la temperatura

Cambio de estado

Expansión de gases

Efectos especiales

Fusión Sublimación Vaporización

Efecto termoeléctrico Efecto magnetoeléctrico Efecto magnetotérmico-eléctrico

Gases ideales Gases reales

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13

2.- Procedimientos de Producción de Frío (XII)

Gases ideales

COMPRESOR

VÁLVULA

TUBOS DE EXPANSIÓN

REFRIGERADOR

CIRCULACIÓN DE AGUA

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14 14

2.- Procedimientos de Producción de Frío (XIII)

Vórtex

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2.- Procedimientos de Producción de Frío (XIV)

Gases reales

PARED POROSA

P1 V1 T1 P2 V2 T2

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2.- Procedimientos de Producción de Frío (XV)

16 16

Producción de frío

Basados en medios químicos

Basados en medios físicos

Elevación de la temperatura

Cambio de estado

Expansión de gases

Efectos especiales

Fusión Sublimación Vaporización

Efecto termoeléctrico Efecto magnetoeléctrico Efecto magnetotérmico-eléctrico

Gases ideales Gases reales

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17 17

2.- Procedimientos de Producción de Frío (XVI)

Efecto termoeléctrico METAL

METAL METAL

SOLDADURAS SOLDADURAS SE

MIC

ON

DU

CTO

R

TIPO

P

SEM

ICO

ND

UC

TOR

TI

PO N

+ -

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18 18

2.- Procedimientos de Producción de Frío (XVII)

Efecto magnetoeléctrico SAL PARAMAGNÉTICA

BOBINA

FLUIDO

HELIO LÍQUIDO

ELECTROIMAN

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19 19

2.- Procedimientos de Producción de Frío (XVIII)

Efecto magnetotérmico-eléctrico

N

S

I

Q

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20

Diagrama característico de un refrigerante

3.- Refrigeración por Compresión (I)

Pabsoluta

Los manómetros marcan Prelativas

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21

Basado en los cambios de estado (líquido-vapor y vapor-líquido) de una sustancia (fluido refrigerante)

–  Compresión –  Condensación –  Expansión –  Evaporación

3.- Refrigeración por Compresión (II)

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22

Basado en los cambios de estado (líquido-vapor y vapor-líquido) de una sustancia (fluido refrigerante)

–  Compresión –  Condensación –  Expansión –  Evaporación

3.- Refrigeración por Compresión (II)

Wc Qe Qc

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23

Subenfriamiento Recalentamiento

Subenfriamiento: salida del condensador, asegura líquido en la Val. Exp.

Recalentamiento: salida del evaporador, asegura vapor en el Comp.

∆WComp ∆QEvap

∆QCond ∆QCond

∆Tamaño del Cond

3.- Refrigeración por Compresión (III)

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24 Exp. sin h cte

Comp. sin S cte

Ciclo real: •  Con pérdidas de presión en condensador y evaporador •  La compresión no es isoentrópica •  La expansión no es isoentálpica

3.- Refrigeración por Compresión (IV)

Cond. con ∆p

Evap. con ∆p

∆QCond

∆WCond

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25

3.- Refrigeración por Compresión (V)

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26

Los límites de funcionamiento de un equipo son: •  En el evaporador: la T de la cámara > T del refrig •  En el condensador: la T ambiente < T del refrig

Para calcular el rendimiento del ciclo de compresión hay que conocer las energías y los calores; •  El calor extraído de la cámara es: (h1 - h4) (kJ/kg) •  El calor cedido al exterior es: (h2 – h3) (kJ/kg)

•  El trabajo útil del compresor es: (h2 – h1) (kJ/kg)

estos valores se obtienen del diagrama, ó de las tablas

3.- Refrigeración por compresión (VI)

1

23

4

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27

Análisis Termodinámico (I):

3.- Refrigeración por compresión (VII)

•  Etapa de compresión (1-2)

•  Etapa de condensación (2-3)

Valores por kg de masa

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28

Análisis Termodinámico (II):

3.- Refrigeración por compresión (VIII)

•  Etapa de expansión (3-4)

•  Etapa de evaporación (4-1)

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29

COP (COefficient of Performance)

En función de las temperaturas del ciclo, puede ser superior a 3

3.- Refrigeración por compresión (IX)

EER (Energy Efficiency Ratio)

En aire acondicionado puede ser superior a 13

SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio)

El EER durante un periodo de tiempo

1.000 BTU y 293 Wh

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30

Sistema en cascada

3.- Refrigeración por compresión (X)

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31

Condensador

Evaporador

Compresor V. Exp.

Condensador

Evaporador

V. Exp.

Int. Cal

3.- Refrigeración por Compresión (XI) Un intercambiador de calor auxiliar puede realizar simultáneamente el subenfriamiento y el recalentamiento

1

2

3 4

1

2

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32

ΔQE

Intercamb. de calor

ΔQC

ΔWC

ΔVol ⇒ ΔTamaño Comp

Líquido

Vapor

ΔT

Un intercambiador de calor auxiliar puede realizar simultáneamente el subenfriamiento y el recalentamiento

3.- Refrigeración por Compresión (XII)

1

3 4

2

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33

ΔQE

Intercamb. de calor

ΔQC

ΔWC

ΔVol ⇒ ΔTamaño Comp

Líquido

Vapor

ΔT

Un intercambiador de calor auxiliar puede realizar simultáneamente el subenfriamiento y el recalentamiento

3.- Refrigeración por Compresión (XII)

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T1.- Producción de Frío

34

Dos etapas de compresión con refrigeración intermedia

3.- Refrigeración por Compresión (XIII)

Condensador

V. Exp.

CAP

CBP

Evaporador

Ref. Aux

1

2

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35

ΔWCBaja

Refrigeración

Dos etapas de compresión con refrigeración intermedia

3.- Refrigeración por Compresión (XIII)

ΔWCAlta

1 2

↓Tmax

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36

Dos etapas de compresión con refrigeración intermedia

3.- Refrigeración por Compresión (XIII)

WC

WCBP

WCAP

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37

Dos etapas de compresión con inyección de refrigeración de líquido

3.- Refrigeración por Compresión (XIV)

Condensador

V. Exp.

CAP

CBP

V. Exp.

Evaporador

Separador de líquido

La inyección consigue una refrigeración

1

2

3

4

5

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T1.- Producción de Frío

38

Dos etapas de compresión con inyección de refrigeración de líquido

3.- Refrigeración por Compresión (XIV)

Inyección

1

2

3

4 5

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T1.- Producción de Frío

39

Dos etapas de compresión con inyección total de refrigerante líquido

3.- Refrigeración por Compresión (XV)

Condensador

V. Exp. CAP

CBP

Separador de líquido

V. Exp.

Evaporador

1

2

3

4

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40

Dos etapas de compresión con inyección de refrigeración de líquido

3.- Refrigeración por Compresión (XV)

Inyección total 1

2 3

4

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Dos etapas de compresión con inyección de refrigeración de líquido

3.- Refrigeración por Compresión (XV)

Inyección parcial 1

2 3

4

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42

Doble compresión con subenfriamiento

3.- Refrigeración por Compresión (XVI)

Condensador

V. Exp. CAP

CBP

Separador de líquido

V. Exp.

Evaporador

1

2

3

5

6

1

4

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T1.- Producción de Frío

43

3.- Refrigeración por Compresión (XVI)

Doble compresión con subenfriamiento

1

2

3

4

6 5

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T1.- Producción de Frío

44

Doble compresión con subenfriamiento

3.- Refrigeración por Compresión (XVII)

Condensador

V. Exp.

CAP

CBP

Separador de líquido

V. Exp.

Evaporador

1

2

3

6

5 1

7

4

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45

3.- Refrigeración por Compresión (XVII)

Doble compresión con subenfriamiento

1

2

3 5 7

6

4

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T1.- Producción de Frío

46

Doble evaporación

3.- Refrigeración por Compresión (XVIII)

Condensador

V. Exp. CAP

CBP

Evaporador Baja

Evaporador Alta

1

2

3

5

6

4

7

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47

3.- Refrigeración por Compresión (XVIII)

Doble evaporación

1

2

3

5

6

4

7

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T1.- Producción de Frío

48

Ciclo Simple con Dos Evaporadores (I)

3.- Refrigeración por Compresión (XIX)

V. Exp.

Evaporador Baja

Toda la superficie del condensador disipa calor siempre

↑η cuando una sola cámara ON

Mezcla

Condensador

Evaporador Alta

1

2

3

4

5

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T1.- Producción de Frío

49

3.- Refrigeración por Compresión (XIX)

Ciclo Simple con Dos Evaporadores (I)

Ev. Alta

Ev. Baja

Mezcla

1

2

3

4

5

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T1.- Producción de Frío

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Ciclo Simple con Dos Evaporadores (II)

3.- Refrigeración por Compresión (XX) Toda la superficie del condensador

disipa calor siempre ↑η cuando una sola cámara ON

V. Exp.

Evaporador Baja

Evaporador Alta

Condensador

Mezcla

1

2

3

4

5

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T1.- Producción de Frío

51

3.- Refrigeración por Compresión (XX)

Ciclo Simple con Dos Evaporadores (II)

Ev. Alta

Ev. Baja

Mezcla

1

2

3

4

5

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T1.- Producción de Frío

52

Ciclo Simple con Dos Evaporadores (III)

3.- Refrigeración por Compresión (XXI) Toda la superficie del condensador

disipa calor siempre ↑η cuando una sola cámara ON

V. Exp.

Evaporador Baja

Evaporador Alta

Condensador

Mezcla

1

2

3

4

5

6

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T1.- Producción de Frío

53

3.- Refrigeración por Compresión (XXI)

Ciclo Simple con Dos Evaporadores (III)

Ev. Alta

Ev. Baja

Mezcla

1

2

3

4

5

6

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T1.- Producción de Frío

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3.- Refrigeración por Compresión (XXII)

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T1.- Producción de Frío

55

3.- Refrigeración por Compresión (XXIII)

Refrigerante

T Cond.

T Evap. ηComp

C.O.P.

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T1.- Producción de Frío

56

3.- Refrigeración por Compresión (XXIV)

P

V

pdescarga

padmisión

PMS PMI vcilindro

vdadmisión

vdesplazado

Espacio muerto reexpandido

Espacio muerto

Admisión

Descarga

ηVol

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T1.- Producción de Frío

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3.- Refrigeración por Compresión (XXV)

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T1.- Producción de Frío

58

3.- Refrigeración por Compresión (XXVI)

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T1.- Producción de Frío

59

3.- Refrigeración por Compresión (XXVII)

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T1.- Producción de Frío

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3.- Refrigeración por Compresión (XXVIII)

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T1.- Producción de Frío

61

3.- Refrigeración por Compresión (XXIX)

Refrigerante

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T1.- Producción de Frío

62

3.- Refrigeración por Compresión (XXIX)

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T1.- Producción de Frío

63

3.- Refrigeración por Compresión (XXX)

Valores del ciclo

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T1.- Producción de Frío

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3.- Refrigeración por Compresión (XXX)

Dibujar el ciclo

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T1.- Producción de Frío

65

3.- Refrigeración por Compresión (XXX)

Infor. del ciclo

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T1.- Producción de Frío

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3.- Refrigeración por Compresión (XXXI)

Ptos del ciclo

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T1.- Producción de Frío

67

3.- Refrigeración por Compresión (XXXI)

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T1.- Producción de Frío

68

3.- Refrigeración por Compresión (XXXII)

Refrigerante

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T1.- Producción de Frío

69

3.- Refrigeración por Compresión (XXXII)

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T1.- Producción de Frío

70

3.- Refrigeración por Compresión (XXXII)

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T1.- Producción de Frío

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3.- Refrigeración por Compresión (XXXIII)

Análisis de Ciclos

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T1.- Producción de Frío

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3.- Refrigeración por Compresión (XXXIV)

Valores del Ciclo

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T1.- Producción de Frío

73

3.- Refrigeración por Compresión (XXXIV)

Auxiliar

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T1.- Producción de Frío

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3.- Refrigeración por Compresión (XXXIV)

Ptos Ciclo

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T1.- Producción de Frío

75

3.- Refrigeración por Compresión (XXXIV)

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T1.- Producción de Frío

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4.- Refrigeración por Absorción (I)

El ciclo necesita calor a T (generador), para obtener efecto refrigerante a ↓T (evaporador); como residuo se ha de extraer calor a media T (absorbedor y condensador)

Su coste de operación es bajo si el calor es residual. Apenas tienen partes móviles, no genera vibraciones ni ruidos, y tiene mantenimiento reducido.

Se usa una mezcla de dos componentes: refrigerante y absorbente. Las mezclas más utilizadas son: NH3-H2O y LiBr-H2O •  El NH3 es el refrigerante y el H2O el absorbente •  El H2O es el refrigerante, y el LiBr el absorbente (Tevap>0ºC, entre 5 y 10ºC)

La tensión de vapor del refrigerante se ve alterada por la presencia del absorbente (↓ al la cantidad de absorbente) Con la concentración de la mezcla, se controla la T de evaporación

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T1.- Producción de Frío

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4.- Refrigeración por Absorción (II)

Una máquina de absorción de efecto simple (I)

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T1.- Producción de Frío

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4.- Refrigeración por Absorción (III)

Una máquina de absorción de efecto simple (II)

Se aporta calor con el que se evapora el

refrigerante

Al generador se le aporta la mezcla

líquida de refrig. y absorbente

1

2

3a

3b Al absorbente retorna al absorbedor

El refrigerante continúa hacia el condensador

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T1.- Producción de Frío

79

4.- Refrigeración por Absorción (III)

Una máquina de absorción de efecto simple (II)

1

2

3a

3b

El refrigerante se licua en el Condensador

4

5

Necesita refrigeración externa auxiliar

El refrigerante continúa hacia el condensador

El refrigerante líquido continua

hacia la expansión

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T1.- Producción de Frío

80

4.- Refrigeración por Absorción (III)

Una máquina de absorción de efecto simple (II) 3a El refrig se licua, en el Cond.,

lo que requiere ceder calor

4

5

El refrig. líquido entra en el evaporador, a baja presión se

evapora produciendo frío

El refrig. líquido, pasa a través de una expansión

donde ↓p y ↓T 6

7

8 El vapor de refrigerante

continúa hacia el absorbedor

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T1.- Producción de Frío

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4.- Refrigeración por Absorción (III)

Una máquina de absorción de efecto simple (II)

6

7

En el Absorbedor se mezclan: –  el vapor de refrig. (evap); 8 –  la mezcla diluida (gen.); 3b

El paso de la mezcla desde el absorbedor al generador

requiere ↑p, ⇒ una bomba, (única parte móvil del sistema) 9

8 10

La reacción de absorción es exotérmica, y necesita refrigeración, externa auxiliar. De no ser así ↑p, dificultando la absorción

3b 1

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T1.- Producción de Frío

82

4.- Refrigeración por Absorción (IV)

Una máquina de absorción de efecto simple (III)

Para mejorar la eficiencia se instala un intercambiador de calor

•  precalienta la mezcla que va al generador •  refrigera el absorbente que retorna al absorbedor

Se puede instalar una expansión auxiliar en el absorbente que retorna del generador

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T1.- Producción de Frío

83

4.- Refrigeración por Absorción (V)

El calor que se debe eliminar (Qabs + Qcond) es grande, (Qgen + Qevap)

En máquinas de absorción: (Qabs + Qcond) ≅ 2,5 Potencia maquina

En máquinas de compresión: (Qcond) ≅ 1,25 Potencia maquina

Q eliminado en absorción ≅ 2 Q eliminado en compresión

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T1.- Producción de Frío

84

4.- Refrigeración por Absorción (VI)

Las máquinas suelen tener dos partes: •  el generador y el condensador •  el evaporador y el absorbedor

Hay fabricantes que colocan toda la máquina en una única carcasa

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T1.- Producción de Frío

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4.- Refrigeración por Absorción (VII)

El suministro térmico en los arranques debe ser mayor que en régimen

La capacidad se controla con la concentración el absorbedor: Estrangulando la alimentación de calor en el generador Disminuyendo la refrigeración del condensador Regulando el caudal que le llega al hervidor Bypasando la solución con una válvula de tres vías en el hervidor (las dos conexiones con el absorbedor)

Sistema bromuro de litio-agua (BrLi-H2O), requiere en el generador Tª de 100°C

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T1.- Producción de Frío

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4.- Refrigeración por Absorción (VIII)

Sistema amoniaco-agua (NH3-H2O), requiere en el generador de 120-150°C

 El NH3 es tóxico y además ataca el cobre

 Las máquinas y tuberías tienen que ser de acero e inoxidable

 Necesita un rectificador entre el generador y el condensador ya que con el amoniaco se evapora agua

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T1.- Producción de Frío

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4.- Refrigeración por Absorción (IX)

En el rendimiento del ciclo hay que considerar el aporte de calor en el generador, la energía mecánica (bombas y ventiladores) se desprecia

El COP típico de las máquinas comerciales de LiBr-H2O, es de 0,7

El COP de las de NH3-H2O es de 0,5 (trabajan a menores Tevap)

El rendimiento total es el de la producción del frío por el de la de calor

T en el generador al װ

↓ rװ

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T1.- Producción de Frío

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4.- Refrigeración por Absorción (X)

Las máquinas son voluminosas y caras, especialmente si funcionan con T bajas en el generador

Sólo son rentables cuando el calor muy barato, y las horas de funcionamiento anual a plena carga son elevadas

En los sistemas solares la disponibilidad de calor con la necesidad de refrigeración

La intermitencia del Sol hace necesario un sistema de almacenamiento térmico

No son rentables

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T1.- Producción de Frío

89

4.- Refrigeración por Absorción (X)

Las máquinas son voluminosas y caras, especialmente si funcionan con T bajas en el generador

Sólo son rentables cuando el calor muy barato, y las horas de funcionamiento anual a plena carga son elevadas

Generador

Generador Eléctrico G.T.

Bomba Bomba

Motor Motor

Motor Torre de

Refrigeración

Evaporador Cond./Abs.

G. Aux.

Agua Enfriada

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T1.- Producción de Frío

90

4.- Refrigeración por Absorción (X)

Las máquinas son voluminosas y caras, especialmente si funcionan con T bajas en el generador

Sólo son rentables cuando el calor muy barato, y las horas de funcionamiento anual a plena carga son elevadas

En los sistemas solares la disponibilidad de calor con la necesidad de refrigeración

La intermitencia del Sol hace necesario un sistema de almacenamiento térmico

No son rentables Bomba Bomba

Torre de Ref. Evaporador Cond./Abs.

G. Aux.

Agua Enfriada

Bomba

Generador

Colectores solares

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T1.- Producción de Frío

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4.- Refrigeración por Absorción (IX)

El diagrama que representa la mezcla de trabajo es el Dühirng (P-T)

Se debe evitar la cristalización de la sal, que depende de la presión, y es peligroso en el arranque de la máquina, cuando la T es baja

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T1.- Producción de Frío

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4.- Refrigeración por Absorción (X)

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T1.- Producción de Frío

93

4.- Refrigeración por Absorción (X)

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T1.- Producción de Frío

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3.- Refrigeración por Absorción (IX)

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T1.- Producción de Frío

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2.- Refrigeración por absorción (VIII)

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T1.- Producción de Frío

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2.- Refrigeración por absorción (VIII)

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T1.- Producción de Frío

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4.- Refrigeración por Absorción (XI)

NH3-H2O

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T1.- Producción de Frío

98

Otros ciclos de absorción (I)

Buscan aumentar la capacidad frigorífica, el rendimiento, o poder realizar el suministro térmico a temperaturas reducidas

•  Ciclos multiefect (el calor se aprovecha varias veces)

•  Ciclos multistage (un elemento más de una vez)

4.- Refrigeración por Absorción (XII)

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T1.- Producción de Frío

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Otros ciclos de absorción (II)

•  Double Effect Cycle:  Este ciclo aprovecha el calor desprendido en la refrigeración de un condensador

de alta en un generador de baja (máquina grande y cara)  Tiene COP del orden de 1,2  Necesita un 40% menos de calor que el de simple efecto  La refrigeración auxiliar libera al exterior 25% menos de calor

4.- Refrigeración por Absorción (XIII)

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T1.- Producción de Frío

100

Otros ciclos de absorción (II)

•  Double Effect Cycle

4.- Refrigeración por Absorción (XIII)

Temperatura

Pre

sión

Condensador H.P.

Condensador M.P.

Evaporador Absorbedor

Generador H.P.

Generador M.P.

Calor a med. T.

Calor a alta T.

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T1.- Producción de Frío

101 Temperatura

Pre

sión

Condensador H.P.

Condensador M.P.

Evaporador Absorbedor

Generador H.P.

Generador M.P.

Calor a med. T.

Calor a alta T.

Otros ciclos de absorción (II)

•  Double Effect Cycle

4.- Refrigeración por Absorción (XIII)

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T1.- Producción de Frío

102

4.- Refrigeración por Absorción (XIV)

Otros ciclos de absorción (III)

•  Half Effect Cycle:  Este ciclo aprovecha el calor a dos focos térmicos distintos (alta y media

temperatura)  Tiene COP del orden de 0,5  Necesita un 40% mas de calor que el de simple efecto  La refrigeración auxiliar libera al exterior 25% más de calor

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T1.- Producción de Frío

103

Otros ciclos de absorción (III)

•  Half Effect Cycle:

4.- Refrigeración por Absorción (XIV)

Temperatura

Pre

sión

Calor

Calor Generador M.P.

Generador H.P.

Condensador H.P.

Evaporador

Absorbedor L.P.

Absorbedor M.P.

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T1.- Producción de Frío

104

Otros ciclos de absorción (IV)

•  Single-effect/double-lift:  Busca conseguir gran enfriamiento en el agua de alimentación al generador

(del orden de 30ºC frente a los 10 de un ciclo convencional)  Puede funcionar como uno de Double Effect, o como Half Effect  El COP varía en función de como trabaja

4.- Refrigeración por Absorción (XV)

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T1.- Producción de Frío

105

Otros ciclos de absorción (IV)

•  Single-effect/double-lift:  Busca conseguir gran enfriamiento en el agua de alimentación al generador

(del orden de 30ºC frente a los 10 de un ciclo convencional)  Puede funcionar como uno de Double Effect, o como Half Effect  El COP varía en función de como trabaja

4.- Refrigeración por Absorción (XV) P

resi

ón

Temperatura

Condensador

Evaporador Absorbedor L.P.

Absorbedor M.P.

G.H.P.H.T.

G.M.P.M.T.

G.H.P.M.T.

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T1.- Producción de Frío

106

Otros ciclos de absorción (IV)

•  Single-effect/double-lift:  Busca conseguir gran enfriamiento en el agua de alimentación al generador

(del orden de 30ºC frente a los 10 de un ciclo convencional)  Puede funcionar como uno de Double Effect, o como Half Effect  El COP varía en función de como trabaja

4.- Refrigeración por Absorción (XV) P

resi

ón

Temperatura

Condensador

Evaporador Absorbedor L.P.

Absorbedor M.P.

G.H.P.H.T.

G.M.P.M.T.

G.H.P.M.T.

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T1.- Producción de Frío

107

4.- Refrigeración por Absorción (XIV)

T Evap. C.O.P.

T Cond.

T Abs.

ΔT Gen.

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T1.- Producción de Frío

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5.- Refrigeración Evaporativa (I)

Es un proceso de transferencia de calor y masa basado en la conversión del calor sensible en latente; el aire no saturado es enfriado por la exposición al agua más fría en condiciones de aislamiento térmico, a entalpía cte, llegando a la saturación adiabática

La clasificación de los sistemas evaporativos : – Directos: el agua se evapora en la corriente de aire que se desea enfriar,

aumentando la humedad

–  Indirectos: la evaporación se efectúa en una corriente secundaria de aire, la cual intercambia calor sensible con la corriente primaria, que de este modo no recibe ninguna humedad

– Mixtos: mezcla de los dos anteriores

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T1.- Producción de Frío

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- Directos: humectación, un ventilador, filtros, un depósito inferior y una carcasa

El agua se recircula y su temperatura se aproxima a la de bulbo húmedo del aire enfriado. Son económicos y eficaces (εs ≈ 80%, un aumento de la velocidad aumenta el efecto refrigerador). Presenta riesgo de la legionela

5.- Refrigeración Evaporativa (II)

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T1.- Producción de Frío

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5.- Refrigeración Evaporativa (III)

•  Indirectos: intercambiador de calor, elementos de atomización y recirculación de agua, toma de aire exterior con sus filtros, ventilador y una carcasa

Puede utilizar como aire primario el de retorno o el exterior. No aumentan la humedad ambiente y además evita la legionela en el edificio

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5.- Refrigeración Evaporativa (IV)

•  Mixtos: conectan en serie un evaporador indirecto y otro directo; puede disponerse de una batería de expansión directa de apoyo a las dos etapas

La instalación es: enfriador indirecto, enfriador directo y por último la batería de expansión directa

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T1.- Producción de Frío

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5.- Refrigeración Evaporativa (V)

Recuperan energía si utilizan como aire secundario el de retorno de los locales

Los sistemas evaporativos pueden operar según en cuatro ciclos: • Evaporativo directo, recupera calor si se emplea aire de recirculación

• Evap. indirecto convencional, aire exterior para primario y secundario

• Evap. indirecto Regenerativo; parte del aire primario es utilizado como secundario, lo que aumenta el efecto de refrigeración

• Eva. indirecto con Recuperación; toma aire de retorno de la instalación como aire secundario

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T1.- Producción de Frío

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5.- Refrigeración Evaporativa (VI)

La instalación de los equipos ha de ser en el exterior de los edificios, el aire debe ser filtrado para posteriormente ser enfriado e impulsado al local

Para la mayor eficacia de la ventilación, en la pared opuesta al equipo deben practicarse amplias bocas de salida. Si se requieren conductos para la aspiración, su boca también debe ser amplia

Estos equipos trabajan con aire primario de renovación (20 y 40 renov/hora), lo que mejora la calidad del aire interior (no suelen trabajar nunca con aire de recirculación, excepto para como aire secundario)

Para el cálculo hay que tener en cuenta la altura de instalación de los aparatos, ya que se climatiza únicamente desde estos hasta el suelo (envían aire frío y denso)

Estos sistemas, tienen un coste menor que los de compresión, presentan un consumo energético mucho menor y un mantenimiento más fácil

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T1.- Producción de Frío

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Bibliografía del Tema

Frío Industrial P. C. Koelet

La Producción de Frío Ejercicios de Producción de Frío E. Torrella

Cálculos en Instalaciones Frigoríficas J.M Pinazo

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T1.- Producción de Frío

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Bibliografía del Tema

Climatización con Gas Natural Sistemas de Absorción y Compresión Gas Natural

Revistas nacionales: •  El Instalador •  Montajes e Instalaciones

ASHRAE HANDBOOKS (CD`s) Fundamentals; Cap 1 Refrigeration; Cap 41

Refrigeración Evaporativa G. Termotecnia, U. Valladolid