• Author / Uploaded
• Efrain Vernaza

Citation preview

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LICENCIATURA EN INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

MATERIA: Aire Acondicionado y Refrigeración

INFORME No. 1 1A – Componentes principales del ciclo de refrigeración por compresión de vapor (CRCV) 1B- Componentes de unidad autocontenida y un sistema de refrigeración indirecta o de agua fría INTEGRANTES: Arroyo, Yeimmy Domínguez, José Vernaza, Efraín Garibaldo, Antonio

8-907-867 8-900-1442 4-777-1581 8-916-1767

INSTRUCTORA: Khristel Rodríguez GRUPO: 1IE-251 (A) FECHA DE ENTREGA: 21 de septiembre de 2019

Marco Teórico Un ciclo real de refrigeración por compresión difiere de uno ideal de varias maneras, debido principalmente a las irreversibilidades que suceden en varios componentes. Principalmente estos se deben por la fricción del fluido (provoca caídas de presión) y la transferencia de calor hacia o desde los exteriores. En el ciclo ideal el refrigerante entra al compresor como vapor saturado. En la práctica esto no es posible, pues difícil controlar el estado del refrigerante con tanta precisión. En lugar de esto, se diseña el sistema de modo que el refrigerante se sobrecaliente ligeramente en la entrada del compresor, de esta manera se asegura que el refrigerante se evapore por completo antes de ingresar al compresor. En la línea que conecta al compresor con el evaporador, la caída de presión ocasionada por la fricción del fluido y la transferencia a de calor de los alrededores al refrigerante puede ser muy significativa, ocasionando esto un aumento del volumen específico y, por tanto, un aumento en los requerimientos en la entrada de potencia al compresor. En el proceso de compresión real se incluyen los efectos de rozamiento, los cuales incrementan la entropía, y la transferencia de calor, lo cual puede incrementar o disminuir la entropía, depende de la dirección. Por consiguiente, la entropía del refrigerante puede aumentar o disminuir durante el proceso de compresión real, depende de los efectos que predominen. En el caso ideal se supone que el refrigerante sale del condensador como líquido saturado a la presión de salida del compresor; sin embargo, en realidad se tienen una caída de presión en el condensador, así como en las líneas que lo conectan con el compresor y con la válvula de estrangulamiento. Además, no es tan fácil ejecutar el proceso de condensación con tal precisión para que el refrigerante sea líquido saturado al final, y es indeseable enviar el refrigerante a la válvula de estrangulamiento antes de que la totalidad del mismo se condense por completo. Es por

ello que el refrigerante se enfría un poco antes de que entre a la válvula de estrangulamiento. La válvula de estrangulamiento y el evaporador se localizan muy próximos uno del otro, de este modo la caída de presión en la línea es pequeña. En el proceso de compresión de vapor se realizan modificaciones al ciclo de Carnot basados en las siguientes consideraciones: • En el proceso de compresión, el fluido de trabajo solo debe estar en la fase de vapor. • Para expansionar el refrigerante es recomendable utilizar un dispositivo más económico y con cero mantenimientos (válvula de estrangulamiento o tubo capilar). • La temperatura de condensación no debe limitarse a la zona de saturación. Muchos aspectos imprácticos asociados con el ciclo invertido de Carnot, se eliminan al evaporar el refrigerante completamente antes de que se comprima y al sustituir la turbina con un dispositivo de estrangulamiento, tal como una válvula de expansión o tubo capilar.

Procedimiento Parte 1-A En esta primera parte de la experiencia, se realizó la identificación de los elementos básicos que componen el ciclo de refrigeración por compresión de vapor y se discutió acerca de su funcionamiento. El módulo de prueba utilizado se muestra en la figura 1.

Figura 1. Módulo de un CRCV.

Resultados A continuación, se describe el funcionamiento de una lista de componentes asignada del CRCV.

Recibidor de líquido Tanque que almacena refrigerante líquido, utilizado en unidades condensadoras enfriadas por aire, controlan la entrada de líquido al evaporador con válvulas de expansión. (No se utiliza en unidades con tubo capilar). El tanque debe ser normalmente grande para contener todo el refrigerante del sistema y debe tener una válvula de servicio en la salida. La salida del recibidor debe contenerse de tal modo que mantenga un remanente de refrigerante líquido. Cuando en la salida se encuentra parte del refrigerante en la parte de arriba o por el lado del tanque, hay un tubo sumergido hasta media pulgada del fondo con un filtro en el extremo inferior, posicionando el líquido a la válvula de salida.

Figura 1. Tanque recibidor de liquido marca EMERSON

Acumulador de succión Recipiente a presión, este se diseña para evitar daños al compresor debido a una inundación repentina de refrigerante o aceites líquidos lo cual puede llegar por la línea de succión hacia el compresor. Este es un dispositivo temporal para retener el exceso de dicha mezcla de aceite y refrigerante líquidos, seguidamente enviarla en forma de gas a una proporción que el compresor pueda manejar de manera segura.

Figura 2. Ubicación del acumulador de succión.

Filtro secador Componente básico en un sistema de refrigeración y aire acondicionado, tiene la capacidad de evitar que las impurezas y/o humedad pasen hacia el elemento de control (válvula de expansión) o hacia el compresor. Principal función de este dispositivo es absorber la humedad en el sistema, aun así después de realizar un proceso de vacío correctamente, podría existir humedad por eso el filtro es fundamental. Otra de sus funciones es de impedir que pasen partículas solidas lo que puede ocasionar que el sistema se tape y trae problemas en el sistema (baja de enfriamiento, etc.). Posee en su interior un compuesto químico (Sílice - gel, Tamices moleculares).

Figura 3. posiciones de un filtro secador Válvula solenoide Es el componente que se utiliza para controlar el flujo del refrigerante. Este tipo de válvula lleva siempre grabada una flecha para indicar la dirección del flujo de refrigerante. La válvula solenoide debe fijarse en la línea de refrigerante a fin de que no se produzcan fugas de refrigerante. Este tipo de válvula puede emplearse para controlar corrientes de líquido o de vapor. Estas válvulas pueden ser del tipo normalmente abierto o normalmente cerrado. La primera no abre hasta que recibe corriente, y la de tipo normalmente abierto se halla siempre así, y no cierra hasta que llega corriente a la misma.

Figura 4. esquemático del accionar de una válvula solenoide Visor Dispositivo auxiliar en los sistemas de aires acondicionados y refrigeración permite visualizar la condición del refrigerante en el lugar de su ubicación. Indicador de la condición del refrigerante cuyas funciones es mostrar su estado líquido y su contenido de humedad.

Figura. 5 Visor

Parte 1-B Luego de reconocer los componentes principales de un CRCP, en esta ocasión, nos presentan los componentes de una unidad autocontenida y un sistema de refrigeración indirecta o de agua fría. Seguidamente, se realiza la inspección de la unidad manejadora de aire (UMA) marca YORK mostrada en la figura 2 y se identifican los componentes previamente mostrados y explicados de forma virtual por la instructora.

(a)

(b)

Figura 6. (a) Unidad Manejadora de Aire (UMA). (b) Fabricante.

Resultados A continuación, como resultados de esta experiencia, se listan 2 (dos) de los componentes, designados por la instructora, y se describe su funcionamiento y donde se ubica. 1. Rueda entálpica También conocido como recuperador entálpico, su objetivo consiste en precalentar o pre-enfriar el aire, según sea el caso, para sistemas de calefacción precalentar el aire de impulsión aprovechando el calor del aire de extracción y en enfriamiento, humectar el aire interior haciéndolo pasar por unos elementos empapados de agua y así, mediante un intercambiador de calor, pre enfriar el aire exterior de manera gratuita. Este elemento es convenientemente ubicado seguidamente de la entrada del aire exterior como se muestra en la figura 3 para cumplir su función.

Figura 7. Esquema interno de la unidad manejadora de aire.

Funcionamiento: Sistema de calefacción: Durante las épocas frías el funcionamiento de la unidad es el siguiente: cuando se acciona la unidad, se ponen en marcha los ventiladores de impulsión, retorno y recuperador entálpico (es el elemento que figura en la foto inferior. Básicamente consiste en una rueda que al girar absorbe calor del aire de retorno en la parte superior y lo cede al aire exterior en la parte inferior). El ventilador de impulsión hace pasar el aire por el filtro de aire exterior, luego pasa al recuperador entálpico donde se pre calienta (todo lo que caliente esta sección es energía gratuita, ya que estamos aprovechando el calor interior del edificio), luego atraviesa el ventilador, se calienta de nuevo en la batería de calor hasta alcanzar la temperatura de consignada en el sistema de control. Finalmente pasa por la sección de humectación de vapor, encargada de compensar la humedad perdida en las fases de calentamiento. El aire, ya totalmente tratado, pasa a la red de conductos de distribución de aire del edificio. En esta secuencia de funcionamiento el recuperador adiabático permanecerá fuera de servicio, de manera que la sección superior del climatizador, tendrá por misión extraer calor al aire de retorno y enviarlo al exterior. Sistema de Enfriamiento En esta secuencia entra en funcionamiento el recuperador adiabático con el fin de enfriar el aire de retorno haciéndolo pasar por unos materiales empapados de agua. Dicho aire, que tendrá unos grados menos y muy húmedo, tendrá capacidad para absorber calor al aire de impulsión mediante la rueda entálpica. Es decir, el aire interior enfriado absorberá calor de la rueda antes de ser expulsado al exterior, bajará la temperatura de la rueda de manera que esta extraerá calor al aire exterior a su paso por la misma. Todo lo que se pueda enfriar mediante este proceso será energía gratuita que ahorraremos para

conseguir el punto de consigna solicitado por el sistema de control en la impulsión del climatizador. En la figura 4 se presenta un climatizador con recuperador entálpico estático. Tiene un funcionamiento más sencillo que el recuperador rotativo, pero con un rendimiento notablemente menor.

Figura 8. Climatizador 2. Válvula de desviación de gas caliente Generalmente conocida por su nombre en inglés, Hot-gas by-pass valve con las siglas (HGBP), es una válvula autorregulable que se instala entre la línea de descarga del compresor (gas caliente a alta presión) y la línea de baja presión como se muestra en la figura 5 con el objetivo de permitir el paso de gas, al instante en que la presión decae, para compensar el nivel de presión. ​De esta forma mantiene el compresor ejecutando un trabajo de compresión más estable, mientras el evaporador satisface al consumidor con una potencia variable, pero ajustada a la demanda real en todo momento. Este gas caliente inyectado previene también la formación de hielo en el evaporador. La ejecución del bypass de gas caliente cobra sentido cuando la carga térmica disminuye.

Figura 9. Ubicación de la HGBP.

Como parte final de la experiencia se identifican tres (3) componentes de la UMA de la figura 2 y se describe su funcionamiento. Serpentines de enfriamiento de aire

Figura 10. ubicación de los serpentines de enfriamiento Se seleccionó este lugar como la ubicación de los serpentines de enfriamiento ya que de este lado de la UMA se encuentran conectadas las 2 tuberías de agua, tanto la de agua fría (celeste) y la de agua de retorno caliente(roja). Las tuberías anteriormente mencionadas se encuentran en la figura 6.

Figura 11. Tuberías de agua y de entrada de aire exterior

En la figura 6 también se puede observar un ducto cuadrado en ese espacio, desde ahí se provee el aire exterior que primeramente pasara por la zona de filtros que purifican parcialmente el aire exterior de la figura 7.

Figura 12. Filtros de aire a la entrada de la unidad.

Por último en la figura 8 se señala donde está ubicada la rueda entálpica en esta unidad que absorbe el calor del aire exterior

Figura 13. ubicación de la rueda entálpica.

Conclusiones Posterior a estas experiencias hemos podido reconocer con mayor facilidad los elementos dentro de un ciclo de refrigeración por compresión de vapor y los que componen la unidad manejadora de aire haciendo más didáctica la clase teórica y a la vez mejorar el entendimiento. También, al reconocer el objetivo que cumplen en la ubicación exacta los dispositivos, comprendimos a cabalidad el funcionamiento del ciclo incentivándolos a la idea de optimizar dicho sistema. Sin duda, visualizar los elementos y relacionarnos con nuevos términos amplió nuestro panorama, y seguramente nos dará ventaja en las siguientes experiencias.

Referencias [1] F. Díaz (octubre 11, 2014). Climatizadoras y Unidades Terminales. [En línea]. Diponible en: https://juanfrancisco207.wordpress.com/tag/rueda-entalpica-funcionam iento/