CICLO DE REFRIGERACIÓN 1. ALCANCE

Trabajo Práctico Integrador – Requisitos Generales
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Operaciones Unitarias
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CICLO DE REFRIGERACIÓN
1. ALCANCE
 Seleccionar un fluido de proceso y su caudal y temperaturas de entrada y salida
(preferentemente ligado a un proceso real).
 Seleccionar el fluido refrigerante y determinar las condiciones de operación del ciclo
de refrigeración.
 Desarrollar los cálculos termodinámicos del ciclo de refrigeración.
 Comprender la interacción de las variables en juego y sus limitaciones.
 Diseñar y especificar el condensador y evaporador de acuerdo a sus requerimientos
térmicos e hidráulicos.
 Diseñar y especificar las cañerías del circuito de refrigeración.
 Seleccionar y especificar el compresor del ciclo.
 Realizar un análisis de perfomance del ciclo de refrigeración y sus equipos.
 Realizar una estimación de costos del ciclo de refrigeración.
Para cumplir con el objetivo general, los alumnos deberán aplicar e integrar los
conocimientos adquiridos en la cátedra y en otras asignaturas específicas.
2. INFORMACIÓN DEL CICLO Y RESTRICCIONES DE DISEÑO
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Ciclo compuesto (dos etapas de compresión) o con economizador
Fluido de proceso orgánico (disponible en base de datos del simulador)
Refrigerante comercial (disponible en base de datos del simulador).
Calor a intercambiar en el evaporador entre 300 a 600 TnRef.
Temperatura en el evaporador de 10 a -28 ºC.
Fluido refrigerante en el condensador: agua de torre de enfriamiento con un
incremento máximo de 10°C.Rango de temperaturas de suministro a definir en
función de la ubicación de la planta.
Evaporador tipo marmita.
Pérdida de carga admisible en fluidos sin cambio de fase: 70 kPa
Pérdida de carga admisible en fluidos con cambio de fase: 15 kPa
Sobrediseño mínimo requerido para los equipos de intercambio de calor: 20%
El compresor debe ser tipo pistón.
2.1 NORMAS DE APLICACIÓN
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Para los intercambiadores de calor se deben considerar en el diseño los
requisitos de las normas: TEMA
Para la especificación de cañerías y accesorios se considerarán los requisitos de
las normas ASME B31.3; ASME B36.10; ASME B16.5.
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2.2 DATOS PARA LA ESTIMACIÓN DE COSTOS
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Se utilizarán los siguientes datos simplificados para la estimación de costos:
 Casco y Tubos: 120 USD/m2
 Compresor: 1000 USD/HP
 Relación (costo instalado / costo de equipos)= 4
 Electricidad: 0,08 USD/kWh
 Agua de enfriamiento: 0,05 USD/m3
2.3 DIAGRAMA DE FLUJO PRELIMINAR
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3. CONTENIDOS MÍNIMOS
Descripción del proceso y Selección del refrigerante:
-
Características generales.
Presentación de todos los posibles refrigerantes analizados.
Análisis y criterios de selección del refrigerante elegido.
Diagramas termodinámico del refrigerante elegido: T vs S indicando sobre el mismo el ciclo
ideal
- Propiedades generales del refrigerante elegido y su MSDS.
Recomendaciones:
- Considerar que la temperatura de condensación del refrigerante debe estar como
mínimo 10 por encima de la temperatura de entrada de agua de enfriamiento al
condensador.
- Considerar que la temperatura de evaporación del refrigerante tiene que estar como
mínimo 10°C por debajo de la temperatura de salida del fluido de proceso del
evaporador.
Balance de masa y energía:
- Cálculo de los calores a intercambiar.
- Cálculo de la potencia de compresión.
- Cálculo de todos los caudales del sistema
- Tabla con el balance de masa con las propiedades de todas las corrientes. Ver tabla base en
punto 5.
- Diagrama de flujo mostrando las corrientes (puede utilizarse el adjunto en este documento de
requisitos).
- Criterios tomados para realizar la simulación en Aspen Hysys (paquete de propiedades,
eficiencia isoentrópica del compresor, DP intercambiadores, etc.)
Diseño de cañerías:
-
Diámetros calculados.
Materiales de construcción.
Espesores/ Schedule requeridos para las condiciones de diseño.
Tipo de unión entre cañerías.
Rating o serie requerido para las conexiones bridadas.
Cálculos de pérdida de carga por kilómetro y velocidades, y su comparación con los
valores de referencia.
Condensador y Evaporador:
-
Características generales.
Presentación de las fórmulas de cálculo utilizadas.
Presentación de las consideraciones hechas y métodos utilizados.
Cálculos realizados para el diseño final obtenido.
Comentarios acerca de los diseños alternativos al seleccionado.
Diseño térmico, hidráulico y mecánico.
Selección del compresor:
-
Presentación de los posibles tipos de compresores a emplear.
Criterios de selección.
Descripción el compresor elegido.
Cálculos necesarios para la selección. No se aceptará que se presente únicamente los
resultados de salida de algún programa de selección.
En caso de usar un programa de selección:
o Incluir TODOS los datos de entrada al programa y su significado.
o Explicitar el nombre del programa y la versión utilizada.
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4. DOCUMENTACIÓN MÍNIMA A PRESENTAR
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Lista de documentos
Memoria descriptiva del proceso y refrigerante seleccionados.
Balance de masa y energía del ciclo de refrigeración.
Memoria de cálculo de las cañerías.
Memoria de cálculo térmica e hidráulica del condensador.
Hoja de especificación del condensador.
Descripción y selección del compresor.
Memoria de cálculo térmica e hidráulica del evaporador.
Hoja de especificación del evaporador
Análisis de performance del ciclo de refrigeración.
Estimación de costos operativos y de instalación
Hoja resumen de parámetros (en entrega final, ver más abajo).
5. FORMATOS REQUERIDOS
Todos los documentos deben presentarse según el formato adjunto en la página de la
materia (http://www.fi.uba.ar/materias/7604/).
Cada vez que se presenta un documento, debe cambiarse su revisión. La
presentación inicial es la A, siguiendo la B, C, etc. Esto debe respetarse también para
las emisiones electrónicas, en caso de que las hubiera.
Tabla base para presentar las propiedades de las corrientes:
Corriente
T (°C)
P (kPag)
w (kg/h)
Fracción vapor
Vapor
cp (kJ/kg°C)
k (W/m°C)
ro (kg/m3)
mu (cp)
Líquido
cp (kJ/kg°C)
k (W/m°C)
ro (kg/m3)
mu (cp)
General
Presión crítica (kPaa)
Entalpía (kJ/kg)
Composición (fracciones
molares)
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En el reporte final se incluirá una hoja resumen de parámetros con la siguiente
información (dentro del documento balance de masa y energía):
Item
Proceso
Evaporador
Compresor
Economizador
Condensador
Refrigerante
Ciclo
RESUMEN DE PARÁMETROS
Parámetro
Fluido
Caudal
Tentrada / Tsalida
Presión entrada / DP
Fluido
Caudal
Carga térmica
Presión refrigerante
Temperatura evaporación refrigerante
RC total / etapa
Potencia total / etapa
Eficiencia isoentrópica
Presión
Temperatura
X vapor
Caudal agua de torre
Temperatura entrada agua
Temperatura salida agua
Presión entrada agua / DP
Carga térmica
Presión refrigerante
Temperatura condensación refrigerante
T subenfriamiento
Fluido
Caudal
COP / COP ideal
Valor
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6. ETAPAS DE PRESENTACIÓN
25/03/2013
Lista de documentos
Memoria del proceso y el refrigerante seleccionados
03/04/2013
Lista de documentos
Correcciones previas – si corresponde Balance de masa y energía
Memoria de cálculo de las cañerías
22/04/2013
Lista de documentos
Correcciones previas – si corresponde Memoria de cálculo del condensador
Hoja de datos del condensador
03/06/2013
Lista de documentos
Correcciones previas – si corresponde Memoria de selección del compresor
17/06/2013
Lista de documentos
Correcciones previas – si corresponde Memoria de cálculo del evaporador
Hoja de datos del evaporador
Análisis de performance del ciclo de refrigeración
Estimación de costos
25/06/2013
Entrega Final
En la entrega final deberá presentarse a la cátedra una copia en papel del Reporte
Completo. El tutor asignado corregirá dicho reporte y autorizará al grupo a
presentarse a la instancia de evaluación oral. En la evaluación oral deberá realizarse
una exposición y defensa de todas las actividades desarrolladas, debiendo estar
presentes todos los integrantes del grupo.
7. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA
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Manual del Ingeniero Químico – Perry - Mc Graw Hill
Procesos de Transferencia de calor – Donald Q. Kern – Compañía Editorial
Continental
Design for Chemical and Petrochemical Plants - Ernest E. Ludwig - Gulf Publishing
Company
Válvulas, selección, uso y mantenimiento - Richard Greene – McGraw Hill
Transferencia de calor en ingeniería de procesos – Eduardo Cao – Nueva Librería
Equipos para Procesos Químicos – Roberto Echarte – Editorial de la Universidad
Nacional del Sur
Principios de Refrigeración, Roy J. Dossat, C.E.C.S.A.
Principios y Sistemas de Refrigeración, Edward G. Pita, Limusa