TECNOLOGIA DE LA ENERGIA TERMICA REFRIGERACION Mariano Manfredi Tecnología de la Energía Térmica 1
REFRIGERACION Indice 1. Objetivos 2. Alcance 3. Desarrollo Métodos de refrigeración Ciclo simple Ciclo compuesto Ciclo en cascada Coeficiente de performance Elección del refrigerante Definición de parámetros del ciclo Tecnología de la Energía Térmica 2
OBJETIVOS Conocer los ciclos de refrigeración simple y compuesto Conocer las etapas de un ciclo de refrigeración Conocer los fluidos refrigerantes más comunes Tecnología de la Energía Térmica 3
ALCANCE Ciclo de refrigeración mecánico Establecer parámetros mínimos para definir un ciclo de refrigeración Cálculo del coeficiente de performance Tecnología de la Energía Térmica 4
Métodos de refrigeración Trabajo mecánico mediante uso de compresor Diferencia de presiones mediante uso de eyector Energía generada por absorción y desorción Tecnología de la Energía Térmica 5
Ciclo simple Descripción del proceso Etapas: Expansión Evaporación Compresión Condensación Presiones: Presión de alta Presión de baja Temperaturas: Temperatura de alta Temperatura de baja Fluidos Refrigerante De proceso Servicio de enfriamiento Tecnología de la Energía Térmica 6
Ciclo simple Uso de diagrama P-H Tecnología de la Energía Térmica 7
Ciclo simple Representación en diagrama P-H Tecnología de la Energía Térmica 8
Ciclo simple Eficiencia Relación de compresión Balances Eficiencia (compresor) η = h h 2 ' 2 h h 1 1 P P Alta Relación de compresión rc = 3 Baja Balances Trabajo W compr = ω refr ( ' h ) 2 h 1 Condensador Evaporador Q Q cond evap ( ' h h ) = Cp T = ω ωrefr 2 3 servicio ( h h ) = Cp T ωrefr 1 4 = ω proceso Tecnología de la Energía Térmica 9
Ciclo simple Desviaciones de la idealidad Tecnología de la Energía Térmica 10
Ciclo simple Perfiles térmicos de intercambiadores de calor Condensador Evaporador Tecnología de la Energía Térmica 11
Ciclo compuesto Etapas: Expansión (x2) Evaporación Compresión (1º y 2º etapa) Condensación Separación L/V (economizador) Presiones: Presión de alta Presión intermedia Presión de baja Temperaturas: Temperatura de alta Temperatura intermedia Temperatura de baja Fluidos Refrigerante De proceso Servicio de enfriamiento Tecnología de la Energía Térmica 12
Ciclo compuesto Tecnología de la Energía Térmica 13
Ciclo compuesto Eficiencia Relación de compresión Balances h2 h1 h4 h3 Eficiencia (compresor) η1 = η ' 2 = ' h h h h Relación de compresión Balances Trabajo W 2 1 PInt rc1 = 3 P Baja ( ' h ) compr refr 1 = ωl 2 h1 4 3 PAlta rc2 = 3 P Int W P = ω Int = P Alta ( ' h ) compr refr 2 Tot 4 h3 P Baja Condensador Q cond ( ' h h ) = Cp T = ω refr ωtot 4 5 servicio Evaporador Q evap ( h h ) = Cp T refr ωl 1 9 = ω proceso Economizador Interetapa ω ω refr Tot refr L h h ω ω refr refr 6 = L h7 + V h8 ω ω ' refr refr 2 + V h8 = Tot h3 Tecnología de la Energía Térmica 14
Ciclo compuesto Perfiles térmicos de intercambiadores de calor Condensador Evaporador Tecnología de la Energía Térmica 15
Ciclo compuesto Vs. simple Diferencias Ventajas Desventajas Cantidad de equipos Ciclo simple < Ciclo compuesto Costo de instalación Ciclo simple < Ciclo compuesto Costo de operación Ciclo simple > Ciclo compuesto Mejoras en el proceso Ciclo compuesto Mayor ER Menor temperatura en el evaporador Mayor RC global Menor cantidad de vapor en el evaporador Tecnología de la Energía Térmica 16
Ciclo en cascada Etapas: Expansión (una en cada ciclo) Intercambiador (Evaporador/Condensador) Compresión (dos compresores, uno en cada ciclo) Condensación Evaporación Presiones: Presión de alta (para ciclo 1 y 2) Presión de baja (para ciclo 1 y 2) Temperaturas: Temperatura de alta (para ciclo 1 y 2) Temperatura de baja (para ciclo 1 y 2) Fluidos Refrigerante (dos fluidos distintos) De proceso Servicio de enfriamiento Tecnología de la Energía Térmica 17
Coeficiente de performance - COP Definición del COP ideal Ciclo de Carnot Reversible Compresión adiabática (isoentrópica) 1-2 Condensación isotérmica 2-3 Expansión adiabática 3-4 Evaporación isotérmica 4-1 COP ideal = T T Alta Baja T Baja Tecnología de la Energía Térmica 18
Coeficiente de performance COP Eficiencia COP de ciclo simple COP real = Q evap W ω = ω refr refr ( h1 h4 ) ' ( h h ) 2 1 COP de ciclo compuesto COP COP real real Q = W = refr ωl ( h1 h9 ) ' refr ' ( h h ) + ω ( h ) evap = refr 1 + W2 ωl 2 1 Tot 4 h3 6 ( 1 xv )( h1 h9 ) 6 ' ' ( 1 x )( h h ) + ( h h ) v 2 1 4 3 Eficiencia COP ε = COP real ideal Tecnología de la Energía Térmica 19
Elección del refrigerante P Alta y P Baja dentro de la campana del diagrama P-H Explosividad Toxicidad Inflamabilidad Costo Propiedades de corrosión Eficiente (alto COP) P Baja > P atm No contaminante Fácil de detectar ante fugas Estabilidad Buenas propiedades termodinámicas Alto λ vap Alta conductividad térmica Tecnología de la Energía Térmica 20
Elección del refrigerante Fluidos más empleados Halocarbonados R-22 (clorodifluorometano) R-32 (difluorometano) R-125 (pentafluoroetano) R-134a (1,1,1,2-tetrafluoroetano) R-410 (mezcla 50/50 R-32 y R-125) Inorgánicos R-717 (amoníaco) Hidrocarburos R-290 (propano) Criogénicos R-728 (nitrógeno) R-732 (oxígeno) R-740 (argón) Tecnología de la Energía Térmica 21
Definición de parámetros del ciclo Realidad Temperatura final de fluido de proceso Temperatura final de fluido de servicio en el condensador Aproximaciones en ambos intercambiadores Caudal de fluido de proceso Elección del refrigerante Eficiencia del compresor (dato del proveedor) Tecnología de la Energía Térmica 22
Definición de parámetros del ciclo TPI Elección del refrigerante y fluido de proceso RC < 3 Establecer T Alta y T Baja y aproximaciones en ambos intercambiadores Establecer calor a intercambiar en el evaporador Eficiencia del compresor (70%) Tecnología de la Energía Térmica 23
PREGUNTAS? Tecnología de la Energía Térmica 24
FIN Mariano Manfredi Tecnología de la Energía Térmica 25