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Tema 2: Componentes
Frigoríficos Básicos
Juan F. Coronel Toro http://jfc.us.es
Grupo de Termotecnia Dpto. Ingeniería Energética
Universidad de Sevilla
Master en Ingeniería Industrial 2º cuatrimestre
Instalaciones y máquinas hidráulicas
y Térmicas
Producción de frío Grupo 1
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío2
ÍNDICE
1. Compresores 2. Evaporadores 3. Condensadores 4. Válvulas 5. Depósitos 6. Refrigerantes
Componentes frigoríficos básicos
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Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío3
ÍNDICE
1. Compresores 2. Evaporadores 3. Condensadores 4. Válvulas 5. Depósitos 6. Refrigerantes
Componentes frigoríficos básicos
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío4
q Volumétricos (desplazamiento positivo) Ø Alternativos o de pistón Ø Rotativos
§ Espirales (Scroll) § Tornillo (Screw)
q Dinámicos (turbocompersores) Ø Centrífugos Ø Axiales
Compresores
Clasificación según el tipo de compresión
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Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío5
q Herméticos
q Semi-herméticos
q Abiertos
Compresores
Clasificación según el tipo de montaje
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío6
Compresor alternativo: Componentes
Compresores
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Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío7
Compresor alternativo: Funcionamiento q Animación: https://www.youtube.com/watch?v=fTDkG1y5R34 (2 min 30 seg)
Compresores
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío8
Compresor alternativo: Funcionamiento q Parámetros geométricos:
⎪⎩
⎪⎨⎧
⋅==
⋅⋅=⇒
⎪⎩
⎪⎨⎧
===
[m³/h] CiloVolumétric.DesplazV
[m³] NLD4
Cilindrada
cilindrosdenúmeroNcarreraL
diámetroD
T
CC2C
C
C
ω
π
!
Compresores
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Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío9
Compresores: Rendimientos q Rendimiento volumétrico
Ø Relaciona el caudal del compresor con el máximo Ø Caudal adimensional de refrigerante
q Rendimiento isentrópico Ø Relaciona el trabajo de compresión con el mínimo ideal
q Rendimiento total Ø Relaciona el mínimo trabajo de compresión con la
potencia eléctrica absorbida
)f(r V
vmVV
ct
1R
t
1v =⋅==
!
!
!
!η
e
cC p
pr =
)r(fhhhh
WW
C12
1s2
C
Css =
−−==η
elecmsele
eje
eje
C
C
Cs
ele
CsT W
WWW
WW
WW ηηηη ⋅⋅=⋅⋅==
Compresores
↓↑⇒ vcr iS η
↓↑⇒ scr iS η
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío10
Compresor de espiral (Scroll) q Animación: https://www.youtube.com/watch?v=_OYx2JuE7QE (1 min 39 sec)
1. Salida de gas 2. Boquilla de descarga 3. Válvula seguridad 4. Sello flotante 5. Espiral fija 6. Espiral móvil
7. Válvula de aceite 8. Visor de aceite 9. Entrada de gas 10. Bujes 11. Protector térmico 12. Lubricación
Compresores
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Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío11
Compresor de tornillo (screw) q Animación: https://www.youtube.com/watch?v=gQ9GBj51Xfg (56 seg)
Compresores
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío12
q Datos de entrada Ø Tipo de compresor Ø Refrigerante Ø Potencia frigorífica, Qf [kW] Ø Temperaturas de evaporación, Te [ºC] y condensación, Tc [ºC] Ø Sobrecaliento del vapor ∆TV [ºC] y Subenfriamiento del líquido ∆TL [ºC]
q Datos de salida Ø Modelo (datos técnicos) Ø Potencia frigorífica Qf [kW] Ø Consumo eléctrico, Wele [kW] Ø COP Ø mR [kg/h] Ø Temperatura descarga, T2 [ºC]
Compresores
Selección de compresores
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Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío13
Compresores
Selección de compresores
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío14
ÍNDICE
1. Compresores 2. Evaporadores 3. Condensadores 4. Válvulas 5. Depósitos 6. Refrigerantes
Componentes frigoríficos básicos
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Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío15
q Según el fluido enfriado Ø Enfriadores de líquido
§ Sumergido § Multi-tubo § Placas
Ø Enfriadores de gases § Banco de tubos aleteados § Circulación natural o forzada
q Según el método de alimentación Ø Evaporador seco ➞ Expansión directa (DX) Ø Evaporador inundado Ø Evaporador alimentado por bomba ➞ Recirculación de líquido
Evaporadores
Clasificación de evaporadores
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío16
Sumergido
Mutitubular o carcasa-tubo
Placas
Evaporadores
Enfriadores de líquido
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Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío17
Evaporadores
Enfriadores de aire
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío18
q Evaporador seco Ø Válvula termostática (TXV) Ø Salida vapor recalentado Ø Zona sin cambio de fase
q Evaporador inundado Ø Alimentación por termosifón Ø Depósito de baja sobre cada evaporador Ø Salida con un título entre 70-80% Ø Todo cambio de fase
q Evaporador alimentado Ø Alimentación con bomba Ø Evaporadores en paralelo Ø Salida con un título entre 70-80% Ø Todo cambio de fase
Evaporadores
Métodos de alimentación
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Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío19
ÍNDICE
1. Compresores 2. Evaporadores 3. Condensadores 4. Válvulas 5. Depósitos 6. Refrigerantes
Componentes frigoríficos básicos
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío20
q Condensación por agua Ø Placas y carcasa-tubo Ø Agua bruta o agua de torre
q Condensación por aire Ø Banco de tubos aleteados Ø Parecidos a los evaporadores de aire
q Condensadores evaporativos Ø Banco de tubos Ø Parecidos a las torres
Condensadores
Clasificación de condensadores
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Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío21
Condensación por agua de torre
Condensadores
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío22
Condensadores evaporativos
Condensadores
Combina las características de los condensadores de agua y las torres de refrigeración
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Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío23
Condensación por agua vs. aire
Condensadores
Enfría aire y condensa con aire Enfría aire y condensa con agua
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío24
Temperaturas típicas de condensación
Condensadores
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Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío25
ÍNDICE
1. Compresores 2. Evaporadores 3. Condensadores 4. Válvulas 5. Depósitos 6. Refrigerantes
Componentes frigoríficos básicos
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío26
q Tipos de válvulas - Manuales - Termostáticas - Electrónicas - Automáticas
q Válvulas termostáticas Ø Válvula expansión termostática (TXV) ➞ Fija recalentamiento (∆T) salida evaporador
Válvulas
Válvulas
pe
pc
pb
∆T pe + pM = pb
Tse
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Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío27
ÍNDICE
1. Compresores 2. Evaporadores 3. Condensadores 4. Válvulas 5. Depósitos 6. Refrigerantes
Componentes frigoríficos básicos
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío28
q Tipos de depósitos Ø Recipientes de líquido (receiver) ➞ Salida del condensador ➞ Alta presión Ø Depósitos a presiones intermedias (expansiones múltiples) Ø Tanques para evaporadores inundados ➞ Baja presión Ø Depósitos alimentación evaporadores ➞ Baja presión Ø Diámetro mínimo ➞ Evitar arrastre de gotas en la líneas de aspiración
Depósitos
Depósitos
Líq. Saturado
Vapor Saturado
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Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío29
ÍNDICE
1. Compresores 2. Evaporadores 3. Condensadores 4. Válvulas 5. Depósitos 6. Refrigerantes
Componentes frigoríficos básicos
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío30
q Nomenclatura Ø Fórmula química: CHClF2 Ø Denominación química: Clorodifluormetano Ø Denominación simbólico alfanumérica: R-22 Ø Nombre comercial: Freón 22
q Denominación simbólica alfanumérica Ø Compuestos orgánicos: R - X Y Z
donde X = nC - 1 Y = nH + 1 Z = nF
Ø Compuestos inorgánicos: R – 7 PM donde PM es el peso molecular
Ø Mezclas: R – 4 comb. A R – 5 comb. A
Refrigerantes
Terminología
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Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío31
q Grado de toxicidad Ø Bajo R-134a Ø Alto R-717
q Inflamabilidad Ø Altamente inflamable R-50 Ø Ligeramente inflamable R-717 Ø No inflamable R-22
q Grupos de Seguridad (RD 138/2011: Reglamento de Seguridad para Inst.Frigoríficas) Ø Grupo L1: Alta seguridad = A1 Ø Grupo L2: Media seguridad = B1, A2 y B2 Ø Grupo L3: Baja Seguridad = A3, B3
Refrigerantes
Clasificación
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío32
q ODP (Ozone Depletion Potential) Ø Indica la capacidad para destruir ozono estratosférico de una sustancia, tomando
como referencia el R-11
q GWP (Global Warming Potential) Ø Indica cuánto calor puede ser atrapado por una sustancia de efecto invernadero,
tomando como referencia el CO2
q TEWI (Total Equivalent Warming Impact) Ø Masa equivalente de CO2 emitida por una instalación como resultado de la suma
del impacto directo generado por fugas de refrigerante y el impacto indirecto generado por el CO2 emitido en la producción de energía eléctrica consumida por la planta frigorífica.
Refrigerantes
Índices medioambientales
]CO [kg En +)-(1 m GWP + nLGWP= TEWI 2rec βα ⋅⋅⋅⋅⋅⋅
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Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío33
Refrigerantes
ODP y GWP
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío34
Refrigerantes
Evolución histórica q 1930: Se sintetizan los primeros halogenados
Ø R-12 y R-22: Buenas propiedades termodinámicas y de seguridad
q 1987: Protocolo de Montreal. Ø Efecto destructor del Cl y Br sobre la capa de ozono (ozone depletion) Ø CFC (R-12): Prohibido su uso desde 1996. Ø HCFC (R-22): Prohibido su uso salvo reciclado desde 2014 Ø Aparición de los HFC
q 1997: Protocolo de Kyoto Ø Efecto invernadero ⇒ Calentamiento global (Global Warming) Ø Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero Ø Definición de índices ambientales: ODP, GWP y TEWI
q 2014: Directiva 517/2014 (F-GAS)
Ø 2020 ⇒ GWP < 2500 ⇒ Prohibición del R-404A
Ø 2025 ⇒ GWP < 750 split pequeños ⇒ Prohibición R-410A y R-407C Ø Reducción progresiva de la comercialización de HFC en EU
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Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío35
Refrigerantes
Evolución del mercado de HFC
2015 2016 2018 2021 2024 2027 2030
100 93 63 45 31 24 21
q Reducción de la comercialización (2009-2012)
q Evolución de los precios
Eficiencia Energética en la Edificación
Tema2:ComponentesfrigoríficosbásicosIMHT-3ªParte:Produccióndefrío36
Refrigerantes
Presente y futuro
q CFC y CHFC: Prohibidos los refrigerantes con cloro ⇒ R-12 y R-22
q R-404A: Habitual en baja temperatura (< -18ºC) ⇒ Prohibido en 2020
q R-410A: Habitual en clima ⇒ Prohibido en 2025 para autónomos pequeños.
q R-134a: Habitual en todos los sectores ⇒ Afectado por intervención mercado
q R-717 (Amoniaco) ⇒ En la industria o en ambiente exterior
q R-744 (CO2) ⇒ Interesante en ciclos en cascada como refrigerante de baja.
q Hidrocarburos ⇒ Prohibidos en edificios por el RSIF
q R-32: GWP bajo (675) pero seguridad media (L2) ⇒ Prohibidos por el RSIF
q HFO (R-1234ze, R-1234yf): GWP bajísimo (<10) pero seguridad media ⇒ Prohibidos por el RSIF
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Tema 2: Componentes
Frigoríficos Básicos
Juan F. Coronel Toro http://jfc.us.es
Grupo de Termotecnia Dpto. Ingeniería Energética
Universidad de Sevilla
Master en Ingeniería Industrial 2º cuatrimestre
Instalaciones y máquinas hidráulicas
y Térmicas
Producción de frío Grupo 1