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• Tony Campos

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DIAGRAMA P-H Ing. Luis Bocanegra Ortiz [email protected]

Subenfriamiento y Sobrecalentamiento

CIRCUITO REAL CIRCUITO

Sobrecalentamiento (útil / total) & Sub-enfriamiento

Sobrecalentamiento útil (Salida del evaporador)

Sobrecalentamiento total (Succión del compresor)

Verificación del performance del sistema frigorífico

Válvula de Expansión

NRV

MTE

OUB

KP

BM

SGN

DN

BM

Regulación Válvula de Expansión

Sistema cascada

Sistema 2 etapas

P(KPa)

5

7

8

4

6

3

2

1 h(KJ/Kg)

Una instalación frigorífica de R-502, dotada de tanque "flash'' y enfriador intermedio, opera a una Tevap y Tcond de -25°C y 36°C respectivamente. La presión intermedia corresponde a una temperatura de saturación de 0°C. Si la capacidad de instalación es de 300 Kw, ¿Cuáles son los flujos de masa comprimidos por compresor?

5

3

4

Enfriador Intermedio 6

7 2

8

1

Las entalpías: P(KPa)

h1 = 335.48 KJ/Kg. h2 = 351.0 h3 = 346.6 h5 = h6 h6 = 243.2 h7 = h8 h8 = 200.0

5

7

8

4

6

3

2

1 h(KJ/Kg)

El flujo de masa que circula por el evaporador y por el compresor "booster'' es:

m1 = m2 = m7 = m8 = 300Kw h1 - h8

= 300 = 2.216 Kg/s 335.4 - 200

Para determinar el flujo de refrigerante que calcula por el compresor de alta presión:

Balance de masa:

m2 + m6 = m7 + m3 m7 = m2 y

Balance de energía:

5

3

m2h2 + m6h6 = m7h7 + m3h3 (2.216) (351.0) + m3 (242.2) = (2.216) (200) + m3 (346.6) m3 = 3.326 Kg./s 4

Enfriador Intermedio 6

7 2

8

1

m3 = m6

Comprensión con dos etapas y dos niveles de temperatura de evaporación P(KPa)

30C

56 8

-2C

4

3 7

2

-28C 1 h(KJ/Kg)

5 P(KPa)

3

4

7

30C

56 8

-2C

4

3 7

2

-28C

Enfriador Intermedio

1

6

h(KJ/Kg)

2 8

1

Un almacén de alimentos opera con una instalación frigorífica de R-22 que sirve a una cámara de congelados de 300 Kw de capacidad frigorífica. El evaporador opera a una temperatura de evaporación de -28°C, y una cámara de verduras de 220 Kw de capacidad dotada de un evaporador que opera a una temperatura de evaporación de –2°C. La temperatura de condensación del ciclo es de 30°C. ¿Cuáles son los flujos de masa desplazadas por cada compresor?

Solución: P(KPa)

h1 = 394.02 Kj/Kg. h2 = 417.0 h3 = h7 h7 = 404.63 h5 = h6 h6 = 236.66 h8 = 197.66

30C

56 8

-2C

4

3 7

2

-28C 1 h(KJ/Kg)

Flujos: Evaporador de alta temperatura: m5 = m7 =

220 Kw. = 1.310 Kg /s 404.63-236.66

Evaporador de baja temperatura m8 = m1=

300 Kw. = 1.528 Kg./s 394.02 – 197.66

Flujo de vapor que deja el tanque "flash'' m3 = ( 417.0-197.66 ) 1.528 + 1.310 = 3.305 Kg/s 404.63-236.66 El flujo desplazado por cada compresor: "booster'': Alta presión:

m1 = 1.528 Kg/s m3 = 3.305 Kg/s

Enfriamiento intermedio en compresión de dos etapas 30C

P(KPa)

5

6

30C

0C

5

4

3

3

2

4

Enfriador Intermedio 6 Presión intermedia

-24C 7

0C

1

2

h(KJ/Kg)

-24C 7

1

Una instalación frigorífica de amoniaco produce 210 Kw (59.7 TR) de refrigeración, operando entre las temperaturas de evaporación y condensación respectivamente iguales a -24°C y 30°C ¿Cuál debe ser la potencia de compresión para las siguientes condiciones? : a) El sistema opera según el ciclo padrón de compresión a vapor. b) El sistema opera según el ciclo con enfriamiento intermedio a la presión de 430KPa (62.3 Psia)

Vapor saturado para el compresor de alta Del evaporador Vapor sobrecalentado liquido

Enfriador Intermedio Presión intermedia

Solución: a) Para el ciclo padrón de compresión a vapor, las entalpías asociadas a los estados del ciclo son iguales a: h1 = Entalpía de vapor saturado que deja el evaporador = 1431.6 KJ/Kg. h2 = Entalpía al final de la compresión isoentrópica hasta la presión de condensación = 1729 KJ/Kg. h3 = h4 = entalpía en la salida del condensador y en la entrada del evaporador 341.8 KJ/Kg. El flujo de refrigerante y la potencia de compresión pueden, así ser calculados: Flujo de masa =

210 Kw. = 0.193 Kg./s 1431.6 – 341.8 KJ/Kg.

Potencia del compresor = (0.193) ( 1729 – 1431.6 Kj/Kg) = 57.4 Kw. (77 hp) P(KPa)

3

3

Condensador

2

2

Dispositivo de expansión

Evaporador 4

1

4 h(KJ/Kg)

1

El ciclo y su diagrama p-h para el caso b) en que se utiliza enfriamiento intermedio son mostrados en el esquema adjunto: P(KPa)

5

Las entalpías de los estados son:

30C

0C

6

4

3

2

-24C

7 h1 = 1431.6 KJ/Kg. h2 = 1565 h3 = Entalpías de vapor saturado a 430 KPa (62.3Psia) = 1461 Kj/Kg. h4 = 1601 h5 = 341.8 h6 = 341.8 P(KPa) h7 = 341.8

Reducción de compresión

hb

ha

3

h(KJ/Kg)

30C

 ha 4

1

5 Pc

2

5

3

Pi

4

Enfriador Intermedio 6 Presión intermedia

Pe

1

0C 2

 hb

h(KJ/Kg)

-24C 7

1

El flujo de refrigerante a través del evaporador, m7 = m1 = m2 es la misma que ya fue calculada en la parte a) 0.193 Kg/s. Un balance de masa y energía en el enfriador intermedio permite escribir las siguientes condiciones: m3 = m2 + m6 = 0.193 + m6 m6h6 + m2h2 = m3h3 Combinando las ecuaciones (m3 – 0.193) (341.8 Kj/Kg) + (0.193) (1565 Kj/Kg.) = m3 (1461.7 Kj/Kg) m3 = 0.211Kg/s La potencia total de comprensión puede calcularse: Estado de baja presión (0.193)(1565-1431.6) = Estado de alta presión (0.211)(1601-1461.7) = Potencia Total de compresión =

25.7 Kw 29.4 Kw 55.1 Kw (73.9 hp)

En este caso (amoniaco) la reducción de compresión resultante fue de 4%. Si utilizamos R22 para las mismas condiciones de operación la potencia del ciclo padrón seria de 58.4 Kw (78.3hp) y adoptando enfriamiento intermedio la potencia combinada de compresión seria de 59.3 Kw (79.5 hp):  Enfriamiento intermedio no implica reducción de potencia.  La razón de usarlo es limitar la temperatura del refrigerante en la descarga. En instalaciones con compresores alternativos, temperaturas de descarga elevadas pueden comprometer la lubricación del compresor además de disminuir la vida útil de las válvulas de descarga.

GRACIAS Ing. Luis Bocanegra Ortiz [email protected]