INFORME FIS 102 UMSA FACULTAD DE INGENIERIAFull description
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El articulo muestra el control de presiones dentro de un sistema de refrigeración
Descripción: Practica 5
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Descripción: descripción del condensador
transferencia de calor
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ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA, UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER. REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO. 01 DE SEPTIEMBRE DE 2015, I SEMESTRE ACADÉMICO DE 2015.
ANALISIS DE UNA UNIDAD CONDENSADORA Y UNA UNIDAD UNID AD EVAPORADORA. EVAPORADORA. Er!" #$%&'( P%)*&'" M"r+*
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INTRODUCCIÓN La refrigeración es un proceso que consiste en bajar o evitar que que suba suba el nive nivell de calo calorr de un cuer cuerpo po o un espa espaci cio. o. Consid Con sider erand andoo que realme realmente nte el frío frío no existe existe y que debe hablarse de mayor o menor cantidad de calor o de mayor o menor nivel térmico (nivel que se mide con la temperatura! refrigerar es un proceso termodin"mico en el que se extrae calor del objeto considerado (reduciendo su nivel térmico! y se lleva a otro lugar capa# de admitir esa energía térmica sin problemas o con muy pocos problemas. problemas. $no de los métodos para lograr el enfriamiento de un espacio es el de evaporación! por lo tanto los circuitos de refrigeración que se corre correspo sponde ndenn a con constr struir uir para para dicho dicho fin! fin! se deb deben en conformar a partir de elementos mec"nicos que cumplan con los principios b"sicos de termodin"mica termodin"mica y mec"nica de fluidos! para que el sistema sea eficiente y cumpla con su respectiva función. %ependiendo de la aplicación del circuito de refrigeración! se deben escoger sus elementos mec"nicos acordes para dicho fin! por tal motivo! en el presente presente informe se muestra muestra la elaboración de un programa computacional en &atLab! el cual cumple con el fin de seleccionar el condensador acorde a una serie de variables necesarias para que se pueda construir un óptimo circuito de refrigeración.
mantenien manteniendo do constante constante la temperatur temperaturaa del agua de conden con densac sación ión.. Calcul Calcular ar la nue nueva va temper temperatu atura ra de evaporación del evaporador a temperatura ambiente y a temperatura de condensación de este.
'ncontrar el efecto sobre el balance condensadora evapor evaporado adora! ra! cuando cuando se hace hace una dismin disminuci ución ón del tama*o tama*o del evapor evaporado ador! r! manten mantenien iendo do con consta stante nte la temperatura del agua de condensación y la temperatura del ambien ambiente te del evapor evaporado ador. r. +bserv +bservar ar la nue nueva va capacidad del sistema! la temperatura del evaporador y la temperatura de condensación.
,nali#ar las ventajas y desventajas del nuevo estado del sistema para cada uno de los casos de modificaciones modificaciones de los requerimientos del sistema.
MARCO TEÓRICO UNIDAD CONDENSADORA
OB#ETIVO GENERAL 'labor 'laborar ar un progra programa ma con la herra herramie mienta nta comput computaci aciona onall &atLab! que nos permita visuali#ar las variables que se deben tener en cuenta a la hora de elegir un condensador para armar un circuito de refrigera eración que cumpla con las especificaciones especificaciones de utilidad pedidas. OB#ETIVOS ESPECIFICOS %eterminar el efecto sobre el balance condensadora evaporadora! cambiando la temperatura del agua de enfriamiento y manteniendo constante la temperatura ambiente del evaporador. )allar la nueva capacidad! temperatura de condensación y evaporación del nuevo punto de equilibrio. equilibrio.
)allar )allar el efecto efecto sobre sobre el balanc balancee con conden densad sadora ora evap evapor orad ador ora! a! camb cambia iand ndoo la car carga del del sist sistem emaa
Figura 1. Unidad Condensadora.
$na unidad condensadora es el equipo que se encarga de comprimir y de condensar el gas refrigerante que proviene de -
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una unidad evaporadora y que utili#a el agua como medio de condensación. La unidad condensadora que es enfriada por agua est" compuesta por las siguientes partes3
Compresor reciprocante de tipo hermético o que es montado sobre bases anti4vibratorias. $n tablero de control que incluye3 4 Contactores 4 5elevadores 4 6nterruptor de baja y alta presión. 7"lvulas de servicio para la succión y la descarga del compresor. Condensador de tipo de casco y tubo para ser enfriado por agua. 6nterruptor de flujo para el agua dentro del condensador. 5esistencia eléctrica para calentar el compresor. 2oporte de fierro estructural para sujetar el equipo correctamente.
CONDENSADOR
turbina de vapor en condiciones próximas a la saturación y evacuar el calor de condensación (calor latente al exterior mediante un fluido de intercambio (aire o agua. 'n el caso de una m"quina frigorífica! el condensador tiene por objetivo la disipación del calor absorbido en el evaporador y de la energía del compresor. ,dem"s! el condensador recibe los siguientes flujos3 Las purgas de los calentadores y otros elementos! que una ve# enfriadas son incorporadas al circuito de condensado. 'l aire que procede de entradas furtivas en los diversos elementos del ciclo agua4vapor! a través de los cierres de la turbina de vapor o con el agua de reposición al ciclo. 9ste debe ser extraído y enviado al exterior mediante eyectores o bombas de vacío. 'l vapor procedente del escape de la turbo4bomba de agua de alimentación si la hay en la instalación. 'l vapor de los by4passes de turbina de vapor! que en determinados modos de operación transitorios (arranques! paradas! disparos! cambios bruscos de carga conducen directamente al condensador todo el vapor generador en la caldera una ve# atemperado. 'l agua de aportación al ciclo para reponer las purgas! fundamentalmente la purga contin:a. 'sta agua es desminerali#ada y proviene del tanque de reserva de condensado. Las condiciones en el interior del condensador son de saturación! es decir! est" a la presión de saturación correspondiente a la temperatura de condensación del vapor. 'sta presión es siempre inferior a la atmosférica! es decir! se puede hablar de vacío. CONDENSADORES ENFRIADOS POR AGUA
Figura 2. Condensador.
$n condensador es un cambiador de calor latente que convierte el vapor (en estado gaseoso en vapor en estado líquido! también conocido como fase de transición. 'l propósito es condensar la salida (o extractor de vapor de la turbina de vapor para así obtener m"xima eficiencia e igualmente obtener el vapor condensado en forma de agua pura de regreso a la caldera. Condensando el vapor del extractor de la turbina de vapor! la presión del extractor es reducida arriba de la presión atmosférica hasta debajo de la presión atmosférica! incrementando la caída de presión del vapor entre la entrada y la salida de la turbina de vapor. 'sta reducción de la presión en el extractor de la turbina de vapor! genera m"s calor por unidad de masa de vapor entregado a la turbina de vapor! por conversión de poder mec"nico. Función
La función principal del condensador en una central térmica es ser el foco frío o sumidero de calor dentro del ciclo termodin"mico del grupo térmico. 8or tanto! su misión principal es condensar el vapor que proviene del escape de la
Figura 3. Condensador Enfriado Por Agua.
'l agua de condensación se utili#a por su bajo costo y por manejar presiones de condensación m"s bajas y porque adem"s se puede tener mejor control de la presión de descarga. 8or lo general se utili#a una torre de enfriamiento para bajar la temperatura del agua hasta una temperatura cercana a la temperatura de bulbo h:medo! permitiendo un flujo continuo y disminuir costos en el consumo de agua.
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'stos condensadores tienen un dise*o compacto por las excelentes condiciones de transferencia de calor que ofrece el agua. 2e usan dise*os de carcasa y serpentín! carcasa y tubo! tubo ; tubo. %ebido a este tipo de dise*o se debe tener en cuenta la velocidad del agua a través del condensador 4 < /.-= m>s 4 ! problemas de cavitación que se pueden generar por las condiciones variables de presión y de temperatura! mantener una presión positiva en el condensador. La corrosión! la incrustación y la congelación son los principales problemas que se deben controlar en las actividades de mantenimiento. CONDENSADORES ENFRIADOS POR AIRE Figura $. Condensador E%a!ora&i%o.
Figura . Condensador enfriado !or aire.
'l condensador m"s com:n es el tubo con aletas en su exterior! las cuales disipan el calor hacia el aire ambiente. La transferencia de calor se lleva acabo de modo efica# for#ando grandes cantidades de aire a través del condensador. Los condensadores enfriados por aire son f"ciles de instalar! baratos de mantener! no requieren agua y no tienen peligro de congelarse en tiempo de frío. 2in embargo! es necesario un suministro adecuado de aire fresco y el ventilador puede crear problemas de ruido en grandes instalaciones. 'n regiones muy c"lidas! la temperatura relativamente elevada del aire ambiente tal ve# produ#ca presiones de condensación elevadas? sin embargo! si la superficie del condensador es adecuada puede utili#arse satisfactoriamente en toda clase de climas. 'stos condensadores han sido utili#ados en cuartos fríos con gran éxito durante muchos a*os en "reas c"lidas y secas en donde el agua escasea. @ dado el incremento en la escase# de agua en "reas densamente habitadas! el empleo de los condensadores enfriados por aire aumentar" sin duda en el futuro.
Los condensadores evaporativos se utili#an cuando se desean temperaturas de condensación inferiores a las que se obtienen con condensadores enfriados por aire y en donde el suministro de agua es inadecuado para una intensa utili#ación. 'l vapor de refrigerante caliente fluye a través de tuberías dentro de una c"mara con rociadores de agua! ahí se enfría mediante la evaporación del agua que entra en contacto con los tubos refrigerantes. 'l agua expuesta al flujo del aire en una c"mara con rociadores se evaporar" r"pidamente. 'l calor latente requerido para el proceso de evaporación se obtiene mediante una reducción en el calor sensible y! por consiguiente! mediante una reducción de la temperatura del agua. $na c"mara de evaporación con rociadores puede reducir la temperatura del agua a un punto que se aproxima a la temperatura del bulbo h:medo del aire. 8uesto que el enfriamiento se reali#a mediante la evaporación de agua! el consumo de ésta es :nicamente una fracción de la que se utili#a en sistemas de enfriamiento en los que después de utili#arla se descarga a un drenaje. 8or tanto! los condensadores evaporativos se emplean mucho en regiones "ridas y calientes del mundo. La corrosión! incrustación y el peligro de congelación son problemas que deben resolverse! tanto en los condensadores evaporativos como en los enfriados por agua. 'n las torres de enfriamiento y en los condensadores evaporativos debe instalarse un sistema de drenaje continuo para evitar la concentración de contaminantes en el agua de enfriamiento. COMPRESOR
CONDENSADORES E"APORA#I"OS
Figura '. Co(!resor !ara refrigeración.
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,l igual que las bombas! los compresores también despla#an fluidos! pero a diferencia de las primeras que son m"quinas hidr"ulicas! éstos son m"quinas térmicas! ya que su fluido de trabajo es compresible! sufre un cambio apreciable de densidad y! generalmente! también de temperatura? a diferencia de los ventiladores y los sopladores! los cuales impulsan fluidos compresibles! pero no aumentan su presión! densidad o temperatura de manera considerable.
superior debido al aumento de su entalpía! cumpliéndose así el fenómeno de refrigeración. 'l flujo de refrigerante en estado líquido es controlado por un dispositivo o v"lvula de expansión la cual genera una abrupta caída de presión en la entrada del evaporador. 'n los sistemas de expansión directa! esta v"lvula despide una fina me#cla de líquido y vapor a baja presión y temperatura. %ebido a las propiedades termodin"micas de los gases refrigerantes! esta caída de presión est" asociada a un cambio de estado y! lo que es m"s importante a:n! al descenso en la temperatura del mismo. %e esta manera! el evaporador absorbe el calor sensible del medio a refrigerar transform"ndolo en calor latente el cual queda incorporado al refrigerante en estado de vapor. 'ste calor latente ser" disipado en otro intercambiador de calor del sistema de refrigeración por compresión conocido como condensador dentro del cual se genera el cambio de estado inverso! es decir! de vapor a líquido.
Usos
E%a!oradores seg)n a*i(en&ación de refrigeran&e
Los compresores son ampliamente utili#ados en la actualidad en campos de la ingeniería y hacen posible nuestro modo de vida por ra#ones como3
Los evaporadores pueden ser clasificados de acuerdo al método de alimentación del líquido como de expansión seca! inundados! o líquidos sobrealimentados. Con el método de expansión seca la cantidad de líquido refrigerante alimentado al evaporador est" limitada a la cantidad que pueda ser completamente vapori#ado durante el tiempo de llegada hasta el extremo final del evaporador! de tal manera que solo llegue vapor a la línea de succión. La v"lvula generalmente empleada con este método para el control del flujo de refrigerante es de expansión termost"tica o de tubo capilar. 8ara estar seguro de tener completa vapori#ación del refrigerante en el evaporador y prevenir así el llevar líquido en la tubería de succión al compresor! se permite un sobrecalentamiento de -0B al final del evaporador! esto requiere aproximadamente del -0D al /0D de la superficie total del evaporador. 'n tanto que *os e%a!oradores de e+!ansión seca son algo menos eficiente que el de tipo inundado o de sobrealimentación del líquido! son por lo general mucho m"s simples en su dise*o! su costo inicial es m"s bajo! requiere mucho menos carga de refrigerante y tienen menos problemas que los dem"s en lo que respecta al regreso del aceite. 8or estas ra#ones el evaporador de expansión seca es el tipo m"s popular. 'sto en particular es cierto para sistemas que emplean refrigerantes halocarburos! ya que con los evaporadores inundados a veces es difícil el regreso del aceite. ,os e%a!oradores inundados trabajan con refrigerante líquido con lo cual se llenan por completo a fin de tener humedecida toda la superficie interior del tubo y en consecuencia la mayor ra#ón posible de transferencia de calor. 'l evaporador inundado est" equipado con un acumulador o colector de vapor que sirve como receptor líquido desde el cual el refrigerante líquido es circulado por gravedad a través de los circuitos del evaporador. 'l nivel del líquido en evaporador se mantiene m"s bajo o m"s alto mediante un control de flotador y! el vapor generado por la acción de ebullición del refrigerante en los tubos se separa del líquido en la parte superior del acumulador de donde es sacado directamente a través de la línea de succión con el gas que se forma como consecuencia de la reducción de presión del refrigerante desde la presión en el condensador hasta la presión
$n compresor es una m"quina de fluido que est" construida para aumentar la presión y despla#ar cierto tipo de fluidos llamados compresibles! tal como gases y los vapores. 'sto se reali#a a través de un intercambio de energía entre la m"quina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo! aumentando su presión y energía cinética impuls"ndola a fluir.
2on parte importantísima de muchos sistemas de refrigeración y se encuentran en cada refrigerador casero. 2e encuentran en sistemas de generación de energía eléctrica! tal como lo es el Ciclo Arayton. 2e encuentran en el interior de muchos motores de avión! como lo son los turborreactores! y hacen posible su funcionamiento. 2e pueden comprimir gases para la red de alimentación de sistemas neum"ticos! los cuales mueven f"bricas completas.
EVAPORADOR
Princi!io
'n los sistemas frigoríficos el evaporador opera como intercambiador de calor! por cuyo interior fluye el refrigerante el cual cambia su estado de líquido a vapor. 'ste cambio de estado permite absorber el calor sensible contenido alrededor del evaporador y de esta manera el gas! al abandonar el evaporador lo hace con una energía interna notablemente
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que se tiene en el evaporador. 2e debe observar que el gas instant"neamente formado no circula por la parte de transferencia de calor del evaporador. Un e%a!orador so-rea*i(en&ado es aquel en el cual la cantidad de refrigerante líquido en circulación a través del evaporador ocurre con considerable exceso y que adem"s puede ser vapori#ado. 'l exceso del líquido es separado del vapor en un receptor de baja presión o acumulador y es recirculado hacia el evaporador! mientras que el vapor es extraído por la succión del compresor. Los rangos de ra#ón de circulación son desde un valor de / a - hasta valores altos de E ó F a -! se usan los rangos altos con amoniaco y los bajos con los refrigerantes -/! //! y G0/. $n rango de circulación de = a - indica que se tiene en circulación tres tantos de líquido circulando que pueden ser vapori#ados! en cuyo caso la composición de refrigerante en el cubo de regreso al acumulador estar" compuesta por peso! de dos partes de líquido y una parte de vapor. Con una recirculación adecuada del líquido el humedecimiento de la superficie interior del tubo y el rendimiento en los evaporadores sobrealimentados son similares a los que se tienen con aquellos que trabajan completamente inundados. La ra#ón óptima de recirculación para tener el mejor rendimiento en el evaporador! varía con un gran n:mero de factores y a veces es difícil de predecirlas. , fin de lograr el rendimiento estipulado! es importante que el fabricante de evaporadores haga recomendaciones lo m"s aproximadas posibles. Como en el caso de evaporadores de expansión seca! el flujo de líquido en los evaporadores sobrealimentados es controlado por alg:n dispositivo de medición! por lo general una v"lvula de expansión manual o un orificio dise*ado o ajustado para obtener el flujo m"ximo necesario para cuando se tengan las cargas pico.
