Tema 1: FUNDAMENTOS DE LA PRODUCCIÓN DE FRÍO POR COMPRESIÓN MECÁNICA

Transcripción

1 Tema 1: FUNDAMENTOS DE LA PRODUCCIÓN DE FRÍO POR COMPRESIÓN MECÁNICA 1. Introducción 2. Fundamentos sobre fluidos 3. Ciclos de compresión mecánica simple 1. Introducción Sector Aplicaciones Uso Comercial Supermercados, restaurantes, Doméstico Frigoríficos, congeladores, Transporte Trenes, camiones, barcos, Conservación de alimentos Conservación de alimentos Conservación de alimentos Industrial Industria alimentaria, química, Múltiples Climatización Edificios, vehículos, Confort humano y amb. controlado

2 1. Introducción Fluido enfriado R-22 Vapor -1ºC, 1 bar R-22 Líquido 30ºC, 20 bar 1. Introducción Producción de frío por compresión mecánica Fluido calentado Líquido 50ºC, 19 bar 3 2 Vapor 70ºC, 19 bar 1 Vapor 5ºC, 6 bar Líquido 5ºC, 6 bar Fluido enfriado

3 1. Introducción Producción de frío por absorción (compresión térmica) Fluido calentado CALOR Fluido enfriado Unidades - Presión 1. Introducción p abs = p man + p atm

4 1. Introducción Unidades - Energía y Potencia 1 kcal =.19 kj 1 kcal = 1 fg 1 kw = 860 kcal/h 1 kw= 860 fg/h 2. Fundamentos sobre fluidos Balances de masa y energía en corrientes fluidas!m e =!m s =!m!m h e + v 2 e 2 + gz e +!Q =!m h s + v 2 s 2 + gz s + W!

5 2. Fundamentos sobre fluidos Curva de saturación líquido-vapor 30" 25" 20" p"(bar)" 15" 10" Agua" R_22" R'717" 5" 0" '100" '50" 0" T"( C)" 50" 100" 150" Diagramas T - s 2. Fundamentos sobre fluidos

6 2. Fundamentos sobre fluidos Diagramas log(p) - h 3. Ciclos de compresión mecánica simple Ciclo de refrigeración de Carnot Foco caliente, T c T (K) Q c Máquina Térmica Q f W T c T f 3 2 W 1 Q f Foco Frío, T f s (kj/kg K) Foco caliente, T c Q c Máquina Frigoríca W T (K) T c 3 W 2 Q f T f Q f 1 Foco Frío, T f s (kj/kg K)

7 3. Ciclos de compresión mecánica simple Ciclo de refrigeración de Carnot Foco caliente, T c 3 Q c 2 T (K) CONDENSADOR 3 2 W t W c TURBINA EVAPORADOR COMPRESOR 1 1 Q f s (kj/kg K) Foco frío, T f 3. Ciclos de compresión mecánica simple Fluido calentado Ciclo estándar de refrigeración Líquido 50ºC, 19 bar 3 Vapor 70ºC, 19 bar p 19 bar 3 70 C 50 C bar 5 C 1 h Vapor 5ºC, 6 bar T Líquido 5ºC, 6 bar Fluido enfriado 3 Válvula de expansión Condensador Compresor 2 s Evaporador 1

8 3. Ciclos de compresión mecánica simple Ciclo estándar de refrigeración 10 T c = 35 C 9 8 COP 7 6 Carnot R-717 R R-13a COP/COP Carnot R-13a R-717 R T e ( C) T e ( C) 3. Ciclos de compresión mecánica simple Ciclo real de refrigeración 2b 3a 3b Aire a 35 C 2a 1b p 3c 3b 3a 50 C 35 C 2s 2b 2a Aire a 25 C 25 C 5 C 1a 1a 1b h 3c

9 Tema 2: COMPONENTES FRIGORÍFICOS BÁSICOS 1. Compresores 2. Evaporadores 3. Condensadores. Válvulas de expansión 5. Depósitos 6. Refrigerantes 1. Compresores Clasificación según la forma de compresión Desplazamiento positivo o Volumétricos Alternativos Rotativos Paletas Excéntrica Espiral (Scroll) Tornillo (Screw) Desplazamiento cinemático o Dinámicos Centrífugos (Turbocompresor) Axiales

10 Potencia de 5 a 800 kw Simple / doble efecto En línea, en V, en W y radiales rpm 1. Compresores Compresores Alternativos 1. Compresores Compresores Espiral (Scroll) Potencia de 5 a 0 kw Bajo nivel sonoro 150 rpm

11 1. Compresores Compresores de Tornillo (Screw) Potencias 100 a 1000 kw Parcialización continua o por etapas rpm 1. Compresores Clasificación según la forma de montaje Herméticos Semiherméticos Abiertos

12 1. Compresores Compresores Alternativos 1. Compresores Compresores Alternativos

13 1. Compresores Compresores Alternativos 1. Compresores Compresores Alternativos

14 Desplazamiento volumétrico!v t = N c π D c 2 L cω Rendimiento volumétrico 1. Compresores Compresores Alternativos η v =! V R1!V t =!m R v 1!V t 1. Compresores Compresores Alternativos Rendimiento isentrópico W η S =! CS = h h 2S 1 W! C h 2 h 1 Rendimiento total W η T =! CS W =! CS W! C W! eje = η W! ele! W! eje W! S η M η E ele W C! W C! W eje! W ele

15 Tipo de intercambiador 2. Evaporadores Clasificación Métodos de alimentación Enfriadores de líquido Enfriador sumergido Enfriador multitubular Enfriador de placas Expansión directa (DX) Evaporador inundado Recirculación de líquido Enfriadores de aire Tubos lisos o aletados Circulación natural o forzada Sumergido 2. Evaporadores Enfriadores de líquido De placas Multitubular (carcasa y tubos)

16 2. Evaporadores Enfriadores de aire 2. Evaporadores Enfriadores de aire

17 2. Evaporadores Métodos de alimentación 3. Condensadores Clasificación Condensadores de aire (aerocondensadores) Condensadores de agua Torres de refrigeración Condensadores evaporativos

18 3. Condensadores Condensadores de aire H V 3. Condensadores Condensadores de agua - Torres de refrigeración

19 3. Condensadores Condensadores evaporativos. Válvulas de expansión Válvulas de expansión termostáticas

20 1. Recipientes de líquido (alta presión) 2. Depósitos de recirculación de líquido (baja presión) 3. Tanques de evaporadores inundados. Enfriadores intermedios 5. Depósitos Tipos de depósitos 5. Depósitos con termosifón (enfriamiento de aceite) 6. Refrigerantes Formas de nombrar los refrigerantes: Fórmula química: Denominación química: C H Cl F2 Clorodifluormetano Denominación simbólico alfanumérica: R-22 Nombre comercial: Freón - 22 Denominación simbólica alfanumérica Compuestos orgánicos: Compuestos inorgánicos: Mezclas: R - X Y Z nº C - 1 nº H + 1 nº F R 7 peso mol. R comb. A R 5 comb. A

21 6. Refrigerantes RD 138/2011: Reglamento de Seguridad para Instalaciones Frigoríficas Grupos de Seguridad Altamente inflamable A3 B3 Ligeramente inflamable A2 B2 No inflamable A1 B1 Baja toxicidad Alta toxicidad Grupo L1: Alta seguridad = A1 Grupo L2: Media seguridad = B1, A2 y B2 Grupo L3: Baja Seguridad = A3, B3 6. Refrigerantes Evolución histórica Comienzos del siglo XX Instalaciones y sustancias peligrosas 1930: Se sintetizan los primeros halogenados R-12 y R-22: Buenas prop. termodinámicas y de seguridad 1987: Protocolo de Montreal. Efecto destructor del Cl y Br sobre la capa de ozono Aparición de los HFC 1997: Protocolo de Kyoto. Efecto invernadero, calentamiento global

22 6. Refrigerantes Protocolo de Montreal, 1987 Prohibición absoluta del uso de CFC Prohibido el uso de HCFC salvo reciclado (hasta 201) ODP o PAO (Potencial de agotamiento de ozono) 6. Refrigerantes Protocolo de Kyoto, 1997 Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero Principal gas de efecto invernadero CO2 GWP o PCA (Potencial de Calentamiento Atmosférico) TEWI (Total Equivalent Warming Impact) TEWI = PCA L n + PCA m( 1 α rec ) + n E β

23 6. Refrigerantes Situación actual Refrigerante R-13a R-07C R-10A R-0A R-717 Uso Doméstico, aire acond. automoción, Plantas enfriadoras Aire acond. autónomo, Plantas enfriadoras Aire acond. autónomo, Plantas enfriadoras Frío Industrial Plantas Enfriadoras, Frío Industrial