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• Lyly Mamani sanchez

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Universidad Austral de Chile Instituto de Ciencia y Tecnología de los Alimentos (ICYTAL) Asignatura: Ingeniería de Servicios (ITCL 286) Profesor: Elton F. Morales Blancas Refrigeración Presiones Múltiples - Problemas Resueltos

Ejemplo 4-3. Calcular la potencia necesaria para los dos compresores de un sistema de refrigeración que utiliza amoniaco con un evaporador a – 34,4ºC y 25 ton de capacidad de refrigeración. El sistema utiliza una compresión en dos etapas, con enfriamiento del vapor y separación del vapor y separación del vapor saturado. La temperatura de condensación es 32,2ºC.

Primeramente, se traza el esquema del sistema, Fig. 4-10a, y el correspondiente diagrama presión-entalpía, Fig. 4-10b. Las funciones del enfriador y del depósito separador se realizan en un único recipiente.

Universidad Austral de Chile Instituto de Ciencia y Tecnología de los Alimentos (ICYTAL) Asignatura: Ingeniería de Servicios (ITCL 286) Profesor: Elton F. Morales Blancas La presión intermedia para un rendimiento óptimo puede calcularse de la siguiente forma: p8 = presión de saturación a - 34,4º C = 0,98 kg/cm 2 p a = presión de saturación a 32,2º C = 12,70 kg/cm 2 pi = (0,98) (12,70) = 3,5 kg/cm 2 Las entalpías de todos los puntos pueden entonces buscarse en las tablas de propiedades o en el diagrama presión-entalpía del amoniaco: h1 = hg a – 34,4ºC = 334,1 kcal/kg h2 = h a 3,5 kg/cm2 después de la compresión isoentrópica = 374,4 kcal/kg h3 = hg a 3,5 kg/cm2 = 343,4 kcal/kg h4 = h a 12,7 kg/cm2 después de la compresión isoentrópica = 387,7 kcal/kg h5 = hf a 32,2ºC = 79,7 kcal/kg h6 = hs = 79,7 kcal/kg h7 = hf a 3,5 kg/cm2 = 36,9 kcal/kg h8 = h7 = 36,9 kcal/kg A continuación, puede calcularse el caudal en masa a través de los compresores haciendo los balances térmico y de masas. Balance térmico en el evaporador:

m1 =

(25 ton) [50,4 kcal/(min)(ton) ] 334,1 - 36,9 Cal/kg

= 4, 24 kg/min

m1 = m2 = m7 = m8 = 4,24 kg/min

Balances térmico y de masas en el enfriador de vapor: m2 h2 + m s hs = m3 h3 + m7 h7 m s = m3

y

m 2 = m7

(4,24)(374,4) + m3 (79,7) = m3 (343,4) + (4,24) (36,9) m3 = 5,42 kg/min.

Potencia del compresor de baja =

(4, 24 kg/min)(374,4-334,1 kcal/kg) = 16 PH 10,7 kcal/(HP) (min)

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Potencia del compresor de alta =

5,42 (387,7 − 343,4) = 22,5 HP 10,7

Potencia total = 16 + 22,5 = 38,5 HP Esta potencia puede compararse con la de un sistema de compresor único que desarrolla 25 ton a – 34,4ºC. El diagrama presión-entalpía se muestra en la Fig. 4-11.

Las entalpías son: h1 = 334,1 kcal/kg

h2 = 428,8 kcal/kg h3 = h4 = 79,7 kcal/kg

m1 =

25 ton [50,4 kcal/(min)(ton) ] 334,1 - 79,7

Potencia =

= 4,95 kg/min

(4.95)(428,8 − 334,1) = 44 HP 10,7

El sistema con compresión en dos etapas consume 38,5 HP, es decir, 12,5% menos que el sistema de compresor único.

Universidad Austral de Chile Instituto de Ciencia y Tecnología de los Alimentos (ICYTAL) Asignatura: Ingeniería de Servicios (ITCL 286) Profesor: Elton F. Morales Blancas Ejemplo 4-4. En un sistema con amoniaco, un evaporador ha de proporcionar 20 ton de refrigeración a - 34,4ºC, y otro evaporador ha de proporcionar 40 ton a – 12,2ºC. El sistema hace la compresión en dos etapas, con enfriamiento del vapor, y está dispuesto como en la Fig. 4-12a. La temperatura de condensación es 32,2ºC. Calcular la potencia gastada por los compresores. Solución: Trácese el diagrama presión-entalpía del ciclo como en la Fig. 4-12b. La presión de descarga del compresor de baja y la presión de admisión del compresor de alta son iguales a la presión en el evaporador a – 12,2ºC. A continuación, se determinan las entalpías en los puntos clave. h1 = hg a – 34,4ºC = 334,1 kcal/kg h2 = h a 2,71 kg/cm2 después de la compresión isoentrópica = 365,0 kcal/kg h3 = hg a – 12,2ºC = 341,6 kcal/kg h4 = h a 12,70 kg/cm2 después de la compresión isoentrópica = 395,5 kcal/kg h5 = hf a 32,2ºC = 79,7 kcal/kg h6 = hs = 79,7 kcal/kg h7 = hf a – 12,2ºC = 29,9 kcal/kg h8 = h7 = 29,9 kcal/kg El caudal en masa puede calcularse ahora.

m1 =

20 ton [50,4 kcal/(min) (ton)] = 3,31 kg/min 334,1 - 29,9 m7 = m8 = m2 = m1 = 3,31 kg/min.

Probablemente, la forma más simple de calcular el caudal en masa del compresor de alta consiste en hacer balances térmicos y de masa en el evaporador de alta temperatura y en el enfriador de vapor, como se muestra en la Fig. 4-13.

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Balance térmico: m s hs + 2,016 + m2 h2 = m3 h3 + m7 h7 Balance de masas: m2 = m7 = 3,31 kg/min, por tanto, m5 = m3 Sustituyendo, 79,7 m3 + 2.016 + (3,31) (3,65) = 341,6 m3 + (3,31) (29,9) Resolviendo, m3 = 11,92 kg/min Calculando la potencia, Potencia para el compresor de baja =

(3,31 kg/min) (365 - 334,1) = 9,6 HP 10,7 kcal/(HP) (min)

Potencia para el compresor de alta =

(11,92 kg/min) (395,5 - 341,6) = 60,1 HP 10,7 Total dos Etapas.......69,7 HP

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Si un compresor sirviese a cada evaporador con compresiones de una única etapa, se consumiría más potencia. Caudal a través del evaporador de baja =

20 x 50,4 = 3,96 kg/min 334,1 - 79,7

Caudal a través del evaporador de alta =

40 x 50,4 = 7,70 kg/min 341,6 - 79,7

Potencia del sistema de baja temperatura =

3,96(428,8 − 334,1) = 35,1 HP 10,7

Potencia del sistema de alta temperatura =

7,70(395,5 − 341,6) = 38,8 HP 10,7 Total una Etapa.......73,9 HP

Con el sistema de dos etapas hay un ahorro de potencia del 5,7%.