Sistemas de refrigeración de doble etaba y en cascada

SISTEMAS DE COMPRESIÓN DE VAPOR EN CASCADA Y EN ETAPAS MÚLTIPLES
Existen dos variaciones del ciclo básico de refrigeración por compresión de vapor. La primera es el ciclo en
cascada, el cual permite el empleo de un ciclo de compresión d vapor cuando la diferencia de temperaturas
entre el evaporador y el condensador es muy grande. La segunda variación incluye el uso de compresión en
etapas múltiples con interenfriamiento, lo que reduce el trabajo de compresión.
CICLO EN CASCADA
Existe discusión acerca de los métodos para obtener temperaturas extremadamente bajas (criogénicas)
Mediante una combinación de compresión de vapor y estrangulamiento. Esos métodos son valiosos e
indispensables para la licuefacción y solidificación de los gases. No obstante, existen aplicaciones industriales
que exigen temperaturas solo moderadamente bajas, por lo que se necesitan sistemas menos complicados.
Esto es especialmente cierto cuando se desean temperaturas en el intervalo de −25 a −75 ºC (−10 a −100 ºF).
En general, por desgracia no es posible usar un solo ciclo de compresión de vapor par obtener estas
temperaturas moderadamente bajas. La diferencia de temperatura entre el condensador y el evaporador es en
este caso muy grande. En consecuencia, la variación de la temperatura de saturación con respecto a la presión
de vapor de un solo refrigerante no cumpliría con los valores deseados par el evaporador y el condensador.
Para superar esta dificultad sin abandonar la compresión de vapor, emplea un sistema en cascada. Un ciclo en
cascada es simplemente una disposición en serie de ciclos simples de compresión de vapor, de tal manera que
el condensador de un ciclo a temperatura baja entregue calor al evaporador de un ciclo a temperatura superior.
Aun cuando ahí se muestran solo dos unidades, el empleo de tres o cuatro
unidades en serie es practico, en caso necesario. Normalmente se utiliza un refrigerante distinto en cada uno
de los ciclos, con el objeto de satisfacer los requisitos de cada intervalo de temperatura y presión. Al elegir los
dos refrigerantes, por ejemplo, es importante que la temperatura del estado triple del fluido en el ciclo B sea
menor que la temperatura crítica del fluido en el ciclo A.. Esquema del equipo y diagrama Ts para un ciclo de
refrigeración en cascada.
En las instalaciones se muestra el diagrama Ts de un sistema ideal en cascada doble que emplea el mismo
refrigerante en cada ciclo. (Si se utilizan dos refrigerantes distintos en un sistema en cascada, deben utilizarse
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También dos diagramas Ts diferentes). A pesar de no ser la práctica común, como se hizo ya la observación,
el
empleo del mismo refrigerante en cada ciclo permite examinar las virtudes de un sistema en cascada. Las
posiciones de los ciclos A (1−2−3−4) y B (5−6−7−8) se indican con claridad en la figura. En general los
gastos másicos de los refrigerantes en los dos ciclos no son los mismos, sean los refrigerantes iguales o
distintos. El gasto másico mA esta determinado por las toneladas de refrigeración requeridas en el refrigerador
del ciclo A. Además la rapidez de transferencia de calor desde el condensador del ciclo A debe ser igual a la
rapidez de transferencia de calor del fluido en el evaporador del ciclo B, si el intercambiador de calor de todo
el conjunto está bien aislado. Un balance de energía para el intercambiador de calor que liga el condensador
con el evaporador revela que por tanto, el cociente de los gastos másicos en cada ciclo está determinado por
los cambios de entalpía de cada
fluido a su paso por el intercambiador de calor.
Si fuese posible emplear un solo ciclo de refrigeración en todo el intervalo de temperaturas, se representaría
mediante el ciclo 1−a−7−b−1 en la figura 5. El diagrama Ts hace evidente dos hechos importantes. En primer
Lugar, para el ciclo único el trabajo del compresor aumenta en una cantidad igual al área 2−a−6−5, en
comparación con el del sistema en cascada. En segundo lugar, hay una disminución en la capacidad de
Refrigeración, cuando se utiliza una sola unidad para el mismo gasto másico del evaporador de temperatura
Baja. Esta pérdida se representa mediante el área 4−b−d−c en el diagrama Ts. Estos dos hechos darían por
resultado un COP mayor par el sistema en cascada en comparación con el del ciclo individual.
Método de funcionamiento de ciclo
En pocas palabras. El ciclo de refrigeración en cascada hace referencia a que si se disminuye la temperatura
de condensación a una presión determinada, mas adelante en el dispositivo de expansión se generara una caída
de presión al igual que su temperatura. Usando este principio, el ciclo de refrigeración en cascada usa un
sistema frigorífico aparte para absorber el calor del condensador que ha sido ganado el proceso de
evaporación y en la compresión del vapor refrigerante en su paso por el compresor.
Mediante ese sistema, el calor presente en el condensador es absorbido por el evaporador de segundo sistema
de refrigeración presente. Una solución fácil y practica de cómo realizar este proceso es utilizando un
intercambiador de calor especialmente formulado para las capacidades frigoríficas respectivas a los sistemas
de enfriamiento involucrados. este método es mucho mas optimo que la extracción de calor por procesos
convectivos, ya que el entorno de absorción en el dispositivo condensativo es de menor temperatura que el
aire que circula mediante el.
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Ciclo de refrigeración en doble etapa:
En el ciclo de refrigeración de doble etapa se requiere la presencia en la instalación dos compresores que
marquen y hagan efectiva la función de la doble etapa. Este sistema tiene la ventaja de disminuir el
sobrecalentamiento del refrigerante que se esta utilizando dentro del sistema de enfriamiento. Al reducir este
fenómeno en el proceso de descarga del compresor, la temperatura que gano el fluido refrigerante en el
proceso adiabático de compresión será menor, optimizando así en plenitud el proceso frigorífico.
Para la construcción de la instalación de refrigeración de doble etapa se requieren otros componentes en el
cual son propios de este sistema. Uno de ellos es un estanque en el cual conecta la succión y la descarga de
ambos compresores de tal forma que se mantenga el circuito cerrado de circulación de refrigerante. De ese
modo, el compresor proveniente desde la línea de succión del evaporador del sistema descarga el fluido de
refrigerante saturado hacia el estanque de tal modo que el otro compresor del sistema descarga el líquido a alta
presión dentro del estanque. Al producirse esta combinación de diferentes presiones dentro de este estanque se
produce una mejora en el coeficiente de compresión en el sistema ya que los volúmenes que son succionados
desde el estanque hacia el compresor son mucho mayores y así generando mucho mas valores masicos de
refrigerante en camino hacia el condensador.
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Conclusiones
En virtud de la información retenida y comprendida, se concluye que a medida de que se va generando una
mejora en el ciclo desde el punto de vista físico en la disminución de calor en línea de alta presión, el
fenómeno frigorífico tendrá a mejorar considerablemente siempre y cuando las condiciones de
funcionamiento y diseño así lo permitan.
Bibliografía
• Refrigeración y acondicionamiento de aire, W. F Stoecker ,editorial mcGraw Hill
SANTIAGO SUR
INFORME DE FUNDAMENTOS DE REFRIGERACION
SISTEMAS DE REFRIGERACION DE DOBLE ETAPA
Y SISTEMAS EN CASCADA
NOMBRE:
INTRODUCCION
En estos días, la mejora y optimización de los sistemas de enfriamiento es indispensable, por lo consiguiente
se a comenzado diseñar y analizar métodos mecánicos en el cual el sistema se mejore de manera notable. En
consecuencia han proliferado sistemas llamados Sistemas de refrigeración en cascada y de doble etapa. Estos
métodos permitirán lograr temperaturas mas bajas con la misma maquinaria y equipos existentes que a lo
mejor se tendrán que unir a otros componentes, pero en fondo estarán en pro de la mejora y rendimiento y
resultados que se quisieren arrojar.
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