Transparencias Fundamentos de producción de frío, Temas 1

Tema 1: FUNDAMENTOS DE LA
PRODUCCIÓN DE FRÍO POR COMPRESIÓN
MECÁNICA
1. Introducción
2. Fundamentos sobre fluidos
3. Ciclos de compresión mecánica simple
© JFC
1. Introducción
Sector
Aplicaciones
Uso
Comercial
Supermercados, restaurantes, …
Conservación de
alimentos
Doméstico
Frigoríficos, congeladores, …
Conservación de
alimentos
Transporte
Trenes, camiones, barcos, …
Conservación de
alimentos
Industrial
Industria alimentaria, química, …
Múltiples
Climatización
Edificios, vehículos, …
Confort humano y
amb. controlado
© JFC
1. Introducción
Fluido enfriado
R-22 Vapor
-41ºC, 1 bar
R-22 Líquido
30ºC, 20 bar
© JFC
1. Introducción
Producción de frío por compresión mecánica
Fluido calentado
Líquido
50ºC, 19 bar
3
Vapor
70ºC, 19 bar
2
1
Vapor
5ºC, 6 bar
4
Líquido
5ºC, 6 bar
© JFC
Fluido enfriado
1. Introducción
Producción de frío por absorción (compresión térmica)
Fluido calentado
CALOR
© JFC
Fluido enfriado
1. Introducción
Unidades - Presión
© JFC
pabs = pman + patm
1. Introducción
Unidades - Energía y Potencia
1 kcal = 4.19 kJ
1 kcal = 1 fg
1 kW = 860 kcal/h
1 kW= 860 fg/h
© JFC
2. Fundamentos sobre fluidos
Balances de masa y energía en corrientes fluidas
m! e = m! s = m!
⎛
⎞
⎛
⎞
v2
v2
m! ⎜ he + e + gze ⎟ + Q! = m! ⎜ hs + s + gzs ⎟ + W!
2
2
⎝
⎠
⎝
⎠
© JFC
2. Fundamentos sobre fluidos
Curva de saturación líquido-vapor
30"
25"
p"(bar)"
20"
15"
Agua"
R_22"
10"
R'717"
5"
0"
'100"
'50"
0"
T"(°C)"
50"
100"
© JFC
2. Fundamentos sobre fluidos
Diagramas T - s
© JFC
150"
2. Fundamentos sobre fluidos
Diagramas log(p) - h
© JFC
3. Ciclos de compresión mecánica simple
Ciclo de refrigeración de Carnot
T (K)
Foco caliente, Tc
Qc
Máquina
Térmica
W
Tc
4
3
W
Tf
Qf
2
1
Qf
Foco Frío, Tf
s (kJ/kg·K)
T (K)
Foco caliente, Tc
Qc
Máquina
Frigoríca
Qf
Foco Frío, Tf
© JFC
W
Tc
3
2
W
Tf
1
4
Qf
s (kJ/kg·K)
3. Ciclos de compresión mecánica simple
Ciclo de refrigeración de Carnot
Qc
3
T (K)
Foco caliente, Tc
2
CONDENSADOR
Wt
Wc
TURBINA
COMPRESOR
EVAPORADOR
4
3
2
4
1
1
Qf
s (kJ/kg·K)
Foco frío, Tf
© JFC
3. Ciclos de compresión mecánica simple
Ciclo estándar de refrigeración
p
Fluido calentado
Líquido
50ºC, 19 bar
70°C
3
19 bar
3
2
50°C
Vapor
70ºC, 19 bar
2
5°C
6 bar
1
4
1
T
h
Vapor
5ºC, 6 bar
2
3
4
Condensador
4
Líquido
5ºC, 6 bar
3
2
Fluido enfriado
Válvula de
expansión
Compresor
Evaporador
© JFC
1
4
1
s
3. Ciclos de compresión mecánica simple
Ciclo estándar de refrigeración
10
Tc = 35 °C
9
8
COP
7
Carnot
R-22
R-717
1
6
0.9
5
COP/COPCarnot
R-717
4
R-134a
3
R-22
0.8
R-134a
0.7
0.6
2
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
0.5
-25
-20
-15
Te (°C)
-10
-5
0
Te (°C)
© JFC
3. Ciclos de compresión mecánica simple
Ciclo real de refrigeración
2b
Aire a 35°C
2a
1b
3b
p
3a
3b 3a
3c
2b 2a
50°C
2s
35°C
25°C
Aire a 25°C
5°C
1a
4
1a
1b
h
3c
© JFC
4
5
Tema 2: COMPONENTES FRIGORÍFICOS
BÁSICOS
1. Compresores
2. Evaporadores
3. Condensadores
4. Válvulas de expansión
5. Depósitos
6. Refrigerantes
© JFC
1. Compresores
Clasificación según la forma de compresión
•
Desplazamiento positivo o Volumétricos
‣
Alternativos
‣
Rotativos
•
•
•
•
•
© JFC
Paletas
Excéntrica
Espiral (Scroll)
Tornillo (Screw)
Desplazamiento cinemático o Dinámicos
‣
Centrífugos (Turbocompresor)
‣
Axiales
1. Compresores
Compresores Alternativos
•
•
•
•
Potencia de 5 a 800 kW
Simple / doble efecto
En línea, en V, en W y radiales
1450 - 2900 rpm
© JFC
1. Compresores
Compresores Espiral (Scroll)
• Potencia de 5 a 40 kW
• Bajo nivel sonoro
• 1450 rpm
© JFC
1. Compresores
Compresores de Tornillo (Screw)
• Potencias 100 a 1000 kW
• Parcialización continua o por etapas
• 1450 - 10000 rpm
© JFC
1. Compresores
Clasificación según la forma de montaje
• Herméticos
• Semiherméticos
• Abiertos
© JFC
1. Compresores
Compresores Alternativos
© JFC
1. Compresores
Compresores Alternativos
© JFC
1. Compresores
Compresores Alternativos
© JFC
1. Compresores
Compresores Alternativos
© JFC
1. Compresores
Compresores Alternativos
Desplazamiento volumétrico
π Dc
V!t = N c
Lcω
4
2
Rendimiento volumétrico
ηv =
V!R1 m! R v1
=
V!t
V!t
© JFC
1. Compresores
Compresores Alternativos
Rendimiento isentrópico
W!
h −h
ηS = CS = 2S 1
W! C
h2 − h1
Rendimiento total
ηT =
W! CS W! CS W! C W! eje
=
⋅
⋅
= ηS ⋅ η M ⋅ η E
W! ele W! C W! eje W! ele
W! ele
W! C
W! eje
© JFC
2. Evaporadores
Clasificación
Tipo de intercambiador
Métodos de alimentación
•
•
Expansión directa (DX)
•
Enfriadores de líquido
‣
Enfriador sumergido
•
Evaporador inundado
‣
Enfriador multitubular
•
Recirculación de líquido
‣
Enfriador de placas
Enfriadores de aire
‣
Tubos lisos o aletados
‣
Circulación natural o forzada
© JFC
2. Evaporadores
Enfriadores de líquido
Sumergido
De placas
Multitubular (carcasa y tubos)
© JFC
2. Evaporadores
Enfriadores de aire
© JFC
2. Evaporadores
Enfriadores de aire
© JFC
2. Evaporadores
Métodos de alimentación
© JFC
3. Condensadores
Clasificación
• Condensadores de aire (aerocondensadores)
• Condensadores de agua
‣ Torres de refrigeración
• Condensadores evaporativos
© JFC
V
- Vertical
H
V
3. Condensadores
CONDENSADORES
Condensadores de aire
H
V
99
CAPACIDADES NOMINALES
ENTRE 73 Y 925 kW
© JFC
NOMINAL
BETWEEN 73
CARACTERÍSTICAS
CHARACTERISTICS
✓ Condensadores por aire con ventiladores axiales de Ø800 mm. y baterías en forma de “V”.
Serie VCN (normales)
Conexión : 900 rpm
Conexión : 680 rpm
Serie VCS (silenciosos)
Conexión : 450 rpm
Conexión : 350 rpm
✓ Batería construida mediante una combinación de tubo de cobre y aleta
de aluminio que proporciona un optimizado coeficiente de intercambio
térmico. La separación de aletas es de 2,1 mm.
✓ Sistema de batería flotante, que evita que los tubos entren en contacto
con las chapas soporte, asegurando una larga vida en ausencia de
fugas. Secciones separadas e independientes para cada ventilador.
✓ Carrocería en acero galvanizado y lacado con resina poliester en blanco
RAL-9002 de elevada resistencia a la corrosión.
✓ Ventiladores helicoidales con motor de rotor externo, trifásicos 400V
50Hz y dos velocidades. Con protección IP-54 y protector térmico
(Termocontacto).
✓ Air cooled condensers with axial f
ming a “V”.
Serie VCN (Normal)
Connection : 900 rpm
Connection : 680 rpm
Serie VCS (Silent)
Connection : 450 rpm
Connection : 350 rpm
✓ Coil built with a combination of c
designed for condensation that p
exchange. The fin spacing is 2,1
✓ Supported to the casing by mea
kind of contact between the copp
assuring a long life for the cond
separated and independent for e
✓ Casing made of galvanized stee
polyester RAL-9002.
✓ External rotor axial fans, three
Protection IP-54 and with therma
3. Condensadores
Condensadores de agua - TorresOPCIONES
de refrigeración
OPTIONS
•
•
•
•
•
•
Ventiladores conectados a caja exterior
Multicircuitos para servicio a varios compresores
Circuitos para agua o aceite (ver serie VL)
Tubos de cobre zincados o de acero inoxidable
Aletas de cobre o pretratadas
Batería tratada con resina de poliuretano (consultar oficina técnica de
Frimetal)
• Ventiladores de conmutación electrónica EC
•
•
•
•
•
•
Fans wired to a external junction
Multicircuits for service to various
Circuits for water or oil (see serie
Zinced copper or stainless steel t
Copper or pretreated fins
Coil treated with polyurethan res
Frimetal)
• Electronically conmutated EC fan
VC N -463
Conexión - Connection ∆: Triángulo - De
Y: Estrella - Star
Nº Modelo - Model Nr.
Nivel sonoro - Level sound N: Normal - Normal
S: Silencioso - Silent
Serie modelo - Model serie
© JFC
3. Condensadores
Condensadores evaporativos
© JFC
4. Válvulas de expansión
Válvulas de expansión termostáticas
© JFC
5. Depósitos
Tipos de depósitos
1. Recipientes de líquido (alta presión)
2. Depósitos de recirculación de líquido (baja presión)
3. Tanques de evaporadores inundados
4. Enfriadores intermedios
5. Depósitos con termosifón (enfriamiento de aceite) © JFC
6. Refrigerantes
Formas de nombrar los refrigerantes:
▪ Fórmula química:
C H Cl F2
▪ Denominación química:
Clorodifluormetano
▪ Denominación simbólico alfanumérica: R-22
▪ Nombre comercial:
Freón - 22
Denominación simbólica alfanumérica
Compuestos orgánicos:
© JFC
nº H + 1
Compuestos inorgánicos:
R – 7 peso mol.
R-XYZ
nº C - 1
nº F
Mezclas:
R – 4 comb. A
R – 5 comb. A
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
© JFC
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
© JFC
6. Refrigerantes
Protocolo de Montreal, 1987
•
Prohibición absoluta del uso de CFC
•
Prohibido el uso de HCFC salvo
reciclado (hasta 2014)
•
ODP o PAO (Potencial de agotamiento
de ozono)
© JFC
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
© JFC
6. Refrigerantes
Situación actual
© JFC
Refrigerante
Uso
R-134a
Doméstico, aire acond. automoción,
Plantas enfriadoras
R-407C
Aire acond. autónomo, Plantas
enfriadoras
R-410A
Aire acond. autónomo, Plantas
enfriadoras
R-404A
Frío Industrial
R-717
Plantas Enfriadoras, Frío Industrial