Tecnología frigorífica y climatización

PRÁCTICAS TECNOLOGÍA FRIGORÍFICA Y CLIMATIZACIÓN
• Máquina de compresión mecánica de vapor
• Máquina de efecto vórtice
• Instalaciones de calefacción del Campus de Viesques
MÁQUINA DE COMPRESIÓN MECÁNICA DE VAPOR
Datos:
Tamb=18ºC
m H2O condensador=30g/s
Se van a realizar mediciones de las temperaturas de entrada y salida del agua en el evaporador y en el
condensador.
Evaporador
tH2OENT=13ºC
tH2O SAL=10ºC
Condensador
tH2OENT=13ºC
tH2O SAL=15ºC
Pcond=0 kN/m2 : Tcond=23ºC (indicación termómetro 18ºC)
Pevap=−62kN/m2 : Tevap=0ºC (indicación termómetro 4ºC)
P R−11
h1=h4 h2
QE=QH2O+Qaire=mR−11 qE
qE=h2−h1=168 kJ/kg
QH2O=mH2O CPH2O(tH2OENT − tH2OSAL)
Qaire=0.8 (ta −tevap)
Sustituyendo:
Qaire=14.4
QE = 139.8 W
1
QH2OEVAP=125.4
mR−11 = 139.8W/168kJ/kg=0.832 g/s
W = mR−11 (h3−h2)=14.14W
QC= QH2Ocond+ Qaire = mR−11 (h3−h4)=0.832g/s 185kJ/kg=154W
= QE/W=9.88
Se repite el ensayo variando el caudal de agua que pasa por el evaporados y manteniendo constante el del
condensador. Se observará el cambio de eficiencia del ciclo.
mH2Oevaporador=20g/s
Evaporador
tH2OENT=13ºC
tH2O SAL=10'5ºC
Condensador
tH2OENT=13ºC
tH2O SAL=15ºC
Pcond=1bar : Tcond=23ºC
Pevap=0.39bar : Tevap=−1ºC
Del diagrama del R−11 obtenemos:
h1=h4=120kJ/kg
h2=288kJ/kg
h3=305kJ/kg
QE=QH2O+Qaire=224.2W
qE=h2−h1=168 kJ/kg
W= mR−11 (h3−h2)=22.7W
QC = mR−11 (h3−h4)=246.8W
= QE/W=9.89
mH2Oevaporador=35g/s
Evaporador
2
tH2OENT=13ºC
tH2O SAL=11'5ºC
Condensador
tH2OENT=13ºC
tH2O SAL=15ºC
Pcond=1bar : Tcond=23ºC
Pevap=0.49bar : Tevap=0ºC
Del diagrama del R−11 obtenemos:
h1=h4=120kJ/kg
h2=289kJ/kg
h3=306kJ/kg
QE=QH2O+Qaire=233.85W
qE=h2−h1=169 kJ/kg
W= mR−11 (h3−h2)=23.5W
QC = mR−11 (h3−h4)=257.4W
= QE/W=9.94
MODELO DE MÁQUINA DE EFECTO VÓRTICE O MODELO RANQUE−HILSCH
Vamos a calcular la potencia frigorífica y eficiencia mediante la toma de datos en varios puntos de
funcionamiento de esta máquina, aplicando posteriormente las fórmulas adecuadas para sacar los valores de
dichas variables y proceder a su representación gráfica.
Los valores observados se pueden ver es l a siguiente tabla, así como los valores de potencia frigorífica,
energía mecánica aportada al compresor y eficiencia que se obtienen tras la aplicación de las fórmulas
correspondientes:
mf(g/s)
1,0
1,1
1,3
1,7
2,1
2,5
2,8
mc(g/s)
3,8
3,8
3,5
3,2
2,7
2,2
1,9
mf/m
0,21
0,22
0,27
0,35
0,44
0,53
0,60
Qf(J/s)
36,1
40,9
48,7
66,6
79,1
86,7
90
t1(ºC)
18,6
19
19
19
19
19
19
t2(ºC)
−17,3
−18,0
−18,3
−20,0
−18,5
−15,5
−13,0
w(J/s)
13,8
16,7
16,4
16,7
16,4
16,1
16,1
ð
2,6
2,4
3,0
4,0
4,8
5,4
5,6
3
3,5
1,4
0,71
96,7
19
−8,5
16,1
6,0
Si representamos los valores de potencia frigorífica y eficiencia frente a la relación de caudales se obtienen las
siguientes gráficas:
VISITA A LAS INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN DEL CAMPUS DE VIESQUES
Edificio Este (Energía)
La visita comienza en el edificio de energía, lo primero que se observa en esta instalación es que está situada
en la parte alta del edificio, en vez de estar en la planta baja o en un sótano.
El acceso a la sala es un hall, como debería ser pero que carece del debido plano de la sala, de medidas
antiincendios, y los interruptores de luz están dentro de la sala y no en el hall.
Una vez en la sala se observan las dos calderas; las dos disponen de extintores automáticos por encima de la
inyección de gas que es donde se puede producir una situación de peligro.
Se observan las salidas de humos de cada caldera; una de ellas hace curva en su recorrido, lo que se supone
que es por no poner dos salidas que es lo que debería tener para que las dos fueran lo más rectilíneas posibles.
Cada salida tiene una zona de recogida del condensado que se forme al entrar en contacto los humos con el
exterior, y un agujero pequeño para la toma de medidas de temperatura.
Se pueden ver, también, las tuberías de entrada de agua fría y de salida de agua caliente, el vaso de expansión,
las bombas que impulsan el fluido; se observan, en los puntos altos purgas de aire en todas las tuberías, ya que
si se acumulara aire, éste impediría el movimiento del agua.
Todas las tuberías que transportan agua caliente van debidamente aisladas.
En cuanto al acondicionamiento de la sala, ésta es amplia, las calderas están separadas entre sí, se tiene un
buen acceso a las tuberías, bombas y válvulas, aunque hay algún elemento de medida situado a una altura
excesiva con lo que no se puede consultar sin la ayuda de una escalera; se observa que no hay salida al
exterior, en caso de avería de una caldera y necesidad de sustitución habría que abrir el tejado para sacarla;
otro fallo importante es la ventilación de la sala que se realiza mediante unas ventanas enrejadas que se sitúan
a un nivel superior al de las calderas, por lo tanto la ventilación que pueden proporcionar a la sala es bastante
pobre.
La salida de emergencia es una escalera de caracol que comunica con la planta inferior, lo más destacable de
la escalera, es que es de PVC con lo que la misma escalera puede ser un foco de incendio y toxicidad en caso
de producirse una desgracia.
No hay desagüe, con lo cual no se cumple la normativa pues la sala se podría inundar.
Edificio Sur
La siguiente sala de calderas a visitar es la del Edificio Sur. Esta sala está situada en la planta baja, un poco
por debajo del nivel del edificio pero sin ser un sótano.
El acceso a la sala es bastante angosto carece del plano de la sala y de las medidas de seguridad en el hall, esta
vez los interruptores si están en el hall.
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Una vez dentro de la sala, lo más destacable es la falta de espacio (casi no cabe todo el grupo), en esta sala
hay ocho calderas modulares en dos grupos de cuatro totalmente pegadas unas a otras y con muy poco espacio
de separación entre los dos grupos, lo que hace que haya zonas de tuberías en las que el acceso para cualquier
maniobra de mantenimiento sea prácticamente imposible.
Como medidas antiincendios hay dos extintores automáticos elevados por encima de cada grupo de calderas,
pero no sobre la zona donde más posibilidades hay de que se produzca un incendio; además están a una altura
tal que solo se podría acceder a ellos, en caso de emergencia, con una escalera.
El vaso de expansión está situado en una pared, debajo de las salidas de humos de las calderas, que en este
caso también toman varias curvas antes de salir al exterior.
En la pared opuesta se sitúan las tuberías de agua fría y caliente, las bombas y válvulas necesarias.
Ventilación, no tiene, se hace notar nada mas entrar en la sala, como salida de emergencia tiene una puerta de
acero cerrada con llave en la pared opuesta a la de la puerta de entrada.
En una caja, al lado de la puerta de entrada está el manual de instrucciones de la sala.
Esta sala también carece de inclinación su suelo para evitar la inundación de la misma.
Las bombas están situadas en el circuito de ida, lo cual es un error pues deberían estar en el de retorno.
Un correcto diseño de estas instalaciones sería disponer de una central térmica común para todos los edificios
y en cada uno de ellos una subcentral.
Edificio Oeste (Nuevas Sedes)
En este edificio la sala de calderas vuelve a estar, otra vez, en una planta elevada del mismo. En este caso el
acceso a la sala es un hall en el que hay un plano de la instalación interior, los interruptores de luz están fuera
de la sala y hay medios antiincendios.
En esta sala hay cuatro calderas, con separación entre ellas para operaciones de mantenimiento, aunque un
poco escasa. Se ven los vasos de expansión bombas y válvulas necesarias.
Dispone de extintores elevados automáticos encima de los posibles focos de incendio; tiene salida de
emergencia (no al exterior); bastante pegada a la de entrada (están puerta con puerta) y que salen al mismo
pasillo.
La ventilación vuelve a ser deficiente y otra vez, si hay necesidad de extraer una caldera del conjunto, no hay
otra posibilidad que abrir el tejado.
Por debajo de la sala de calderas está la sala de aire acondicionado.
En el techo de esta sala se observa un orificio circular que parece ser fruto de la intención inicial de instalar
una escalera de caracol como salida de emergencia de la sala de calderas, como en el edificio de Energía.
Edificio de la Escuela de Marina Civil
La instalación de calefacción de este edificio, se diseñó inicialmente para que funcionara como calefacción en
invierno y como aire acondicionado en verano; por lo que se pusieron bombas de calor en vez de calderas.
Pero el diseño no fue muy bueno y las bombas de calor no funcionaban. Por estas razones se optó por calderas
que se colocaron en un edificio anexo al de la escuela.
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Por otro lado, existe en el edificio una sala cuyo acondicionamiento se ha hecho independiente del resto del
edificio, ya que es una sala que va a funcionar independientemente a éste. Éste acondicionamiento se ha
realizado mediante un sistema de intercambiadores aire−aire.
h1=120kJ/kg
h3=305kJ/kg
h2=288kJ/kg
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