Apunte de Instalaciones Termicas, Mecanicas y Frigorificas

Apunte de Instalaciones Térmicas, Mecánicas y Frigoríficas

[Año]

ÍNDICE REFRIGERANTES ........................................................................... 5 Propiedades:................................................................................................................................................ 5 Designación de Refrigerantes: .................................................................................................................... 5 Refrigerantes Orgánicos: ......................................................................................................................... 5 Refrigerantes Inorgánicos: ...................................................................................................................... 5 Escala de Toxicidad e Inflamabilidad ASHRAE:............................................................................................ 5 Clasificación de Refrigerante según su Tipo de Mezcla: ............................................................................. 6 Clasificación de Refrigerantes según su Factor de Agotamiento de la Capa de Ozono (ODF):................... 6 Tipos de Lubricantes:................................................................................................................................... 6 Refrigerantes mas usados: Características: ................................................................................................. 6

CAÑOS Y TUBOS ........................................................................... 7 Factores a tener en cuenta para el cálculo de un Tubo o Caño: ................................................................. 8 Cálculo de Sección del Caño: ....................................................................................................................... 8 Método práctico (por velocidad): ........................................................................................................... 8 Método por caída de presión: ................................................................................................................ 8 Cálculo de Espesor de Caño: ....................................................................................................................... 8 Método Clásico:....................................................................................................................................... 8 Método del código ASME: ....................................................................................................................... 9 Derivaciones: ............................................................................................................................................... 9 Alineación: ................................................................................................................................................... 9 Caños y Tubos más usados: Características: ............................................................................................... 9 Ferrosos: .................................................................................................................................................. 9 No ferrosos: ............................................................................................................................................. 9 No metálicos:........................................................................................................................................... 9

JUNTAS DE EXPANSIÓN .............................................................. 10 Factores a tener en cuenta para la selección de la junta: ......................................................................... 10 Junta tipo curva completa: ........................................................................................................................ 10 Junta tipo omega o herradura:.................................................................................................................. 10 Junta deslizante: ........................................................................................................................................ 11 Junta axial tipo JE: ..................................................................................................................................... 11 Calculo del espesor de la junta:................................................................................................................. 11

VÁLVULAS .................................................................................. 11 1

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Mecánica Simple: ...................................................................................................................................... 11 Esclusa: .................................................................................................................................................. 11 Globo: .................................................................................................................................................... 11 Diafragma: ............................................................................................................................................. 11 Esférica: ................................................................................................................................................. 11 Mariposa:............................................................................................................................................... 12 Aguja: ..................................................................................................................................................... 12 Tapón:.................................................................................................................................................... 12 Trampas de vapor:..................................................................................................................................... 12 Termostática:......................................................................................................................................... 12 Tipo de presión balanceada: ............................................................................................................. 12 Tipo de expansión líquida:................................................................................................................. 13 Tipo bimetálica: ................................................................................................................................. 13 Mecánicas:............................................................................................................................................. 14 Flotador libre: .................................................................................................................................... 14 Flotador y palanca: ............................................................................................................................ 14 Balde Abierto: .................................................................................................................................... 14 Balde Invertido: ................................................................................................................................. 15 Termodinámica: .................................................................................................................................... 15 Correcto Trampeo: ................................................................................................................................ 16 Ubicación de los puntos de drenaje: ................................................................................................. 16 Selección de la Trampa:..................................................................................................................... 16 Uso de Accesorios: ............................................................................................................................ 16 Válvulas de Expansión (Control de flujo refrigerante): ............................................................................. 17 Tipos de Válvulas de expansión:............................................................................................................ 17 Tubo capilar: ...................................................................................................................................... 17 Por flotador: ...................................................................................................................................... 17 Presostática: ...................................................................................................................................... 17 Termostática:..................................................................................................................................... 17

COMPRESORES ........................................................................... 18 Tipos de Compresores: .............................................................................................................................. 18 Desplazamiento Positivo: ...................................................................................................................... 18 Reciprocantes o Alternativos: ........................................................................................................... 18 Rotativos:........................................................................................................................................... 19 2

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Helicoidal: .......................................................................................................................................... 19 Caracol: .............................................................................................................................................. 19 Turbocompresores: ............................................................................................................................... 19 Centrifugos: ....................................................................................................................................... 20 Axiales: .............................................................................................................................................. 20 Aplicaciones y Capacidad de los Compresores: ........................................................................................ 20 Lubricación de Compresores: .................................................................................................................... 21 Selección de Compresores: ....................................................................................................................... 21 Cálculo de Compresores Alternativos: ...................................................................................................... 21

CONDENSADORES ...................................................................... 21 Cálculo de la capacidad del Condensador: ................................................................................................ 21 Tipos de Condensadores: .......................................................................................................................... 21 Enfriados por aire: ................................................................................................................................. 21 Enfriados por agua: ............................................................................................................................... 22 Evaporativos: ......................................................................................................................................... 22 Selección de Condensadores:.................................................................................................................... 22

EVAPORADORES ......................................................................... 23 Tipos de Evaporadores: ............................................................................................................................. 23 Inundados: ............................................................................................................................................. 23 Secos:..................................................................................................................................................... 23 Lisos (Desnudo): .................................................................................................................................... 24 Aleteados (Sup. extendida): .................................................................................................................. 24 Sistemas de Descarche: ............................................................................................................................. 24 Por agua:................................................................................................................................................ 24 Por aire: ................................................................................................................................................. 24 Eléctrico: ................................................................................................................................................ 24 Por gases calientes: ............................................................................................................................... 24 Selección de Evaporadores: ...................................................................................................................... 24 Por cálculo: ............................................................................................................................................ 24 Por catálogo:.......................................................................................................................................... 25 Selección de evaporadores de aire forzado: ......................................................................................... 25 Selección de evaporadores para enfriamiento de líquidos:.................................................................. 25

BRIDAS ....................................................................................... 25 3

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Welding Neck: ........................................................................................................................................... 25 Slip On: ...................................................................................................................................................... 25 Lap joint: .................................................................................................................................................... 25 Roscada: .................................................................................................................................................... 26 Ciega: ......................................................................................................................................................... 26

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REFRIGERANTES “Fluido que alternativamente se vaporiza absorbiendo calor a presiones y temperaturas bajas y se condensa cediendo calor a presiones y temperaturas altas”

Propiedades:          

Tebull < Tamb a refrigerar a Patm. Tcond < Tamb exterior a Pcomp. Alto calor latente de vaporización: para tener un mínimo de masa de refrigerante. Alto coeficiente de conductancia: para mejorar la transferencia de calor. Bajo punto de congelación. No inflamable, no explosivo, no toxico, no corrosivo. Químicamente estable: para no disociarse espontáneamente Químicamente inerte: para no asociarse con otros materiales inclusive en contacto con el aire y la humedad. Bajo volumen específico de vapor: para reducir el tamaño del compresor. Bajo costo.

Designación de Refrigerantes: Refrigerantes Orgánicos:

R_ _ _ _ Nº de átomos de F Nº de átomos de H+1 Nº de átomos de C-1 Nº de enlaces dobles Ejemplo: CF2CL2  R 0012 Refrigerantes Inorgánicos:

R 7 + (peso molecular) Si tienen los mismos pesos moleculares se utilizan las letras a, b, c, etc. Ejemplo: NH3  Peso molecular = 17  R 717

Escala de Toxicidad e Inflamabilidad ASHRAE:

Toxicidad

Inflamabilidad Mayor

A3

B3

Menor

A2

B2

Nula

A1

B1 5

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Mayor

Menor

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Clasificación de Refrigerante según su Tipo de Mezcla: Refrigerantes Puros: No cambian su composición al condensarse o evaporarse a presión cte. Azeotrópicas (Serie 500): No cambian su composición volumétrica ni su temperatura de saturación al condensarse o evaporarse a presión cte. Zeotrópicas (Serie 400): Cambian su composición volumétrica y su temperatura de saturación al condensarse o evaporarse a presión cte.

Clasificación de Refrigerantes según su Factor de Agotamiento de la Capa de Ozono (ODF): Tipo CFC

Familia

ODF (aprox.)

Cloro - Flúor - Carbonados

HCFC

Hidro – Cloro – Flúor - Carbonados

HFC

Hidro – Flúor - Carbonados

1 0.05 0

Tipos de Lubricantes: Refrigerante CFC

Lubricante Mineral

HCFC

Alquilobenceno

HFC

Poliestireno

Refrigerantes mas usados: Características:  R 11 (CFC, tanque naranja):  Para compresores centrífugos.  Liquido a Patm.  Se usa para sistemas centrífugos de agua fría.  Remplazado por el R 23.  R 12 (CFC, tanque blanco):  Miscible en aceite.  Absorbe humedad y se vuelve corrosivo.  Usado en refrigeradores domésticos y equipos de AA.  Remplazado por el R 134a. 6

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 R 22 (HCFC, Freón 22, tanque verde):  Higroscópico.  Miscible en aceite (hasta -40ºC).  Puede remplazar al Amoniaco.  R 123 (HCFC , tanque gris):  Toxico.  Reemplaza al R 11.  R134a (HFC, tanque azul claro):  Reemplaza AL R 12.  Usado en refrigeradores domésticos, AA automotrices.  R 502 (HCFC, tanque violeta):  Mezcla azeotrópica: serie 500.  No toxico, ni inflamable.  Es reemplazado por el R 22.  Para temperatura muy bajas (-10ºC), en aplicaciones de congelamiento y AA para confort.  R 717 (NH3, Amoníaco, tanque aluminio):  Tóxico, inflamable y explosivo (B2).  Gran calor latente de vaporización.  Corrosivo para el Cu y latón pero NO para Fe y Acero.  No absorbe aceite y necesita usarse un separador de aceite.  Higroscópico.  Solo para industrias, heladerías, hielo, lácteos y pistas de hielo.  Alta temperatura en la descarga (aprox. 100ºC).  Barato.

CAÑOS Y TUBOS Caños: Se designan por el diámetro nominal (dn), el cual no coincide ni con el exterior ni con el interior en diámetros menores a 14´´, a partir del cual coincide con el exterior. Tubos: Se designan con el diámetro nominal (dn) igual al exterior y el espesor o diámetro nominal (dn) igual al interior y el espesor. Schedule: Nº adimensional que representa El espesor del caño en una forma aproximada. : Presion de trabajo. : Tension admisible a la temperatura de trabajo.

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Factores a tener en cuenta para el cálculo de un Tubo o Caño:       

Presión de trabajo: no podrá ser mayor a la que es capaz de entregar la caldera ni podrá ser inferior a la que requiere el equipo. Temperatura de trabajo. Material. Fluido a conducir. Seguridad. Corrosión. Precio.

Cálculo de Sección del Caño: Sobredimensionamiento: causa disminución en la velocidad de circulación y aumento en el condensado lo que disminuye la calidad del vapor entregado. Subdimensionamiento: causa disminución en la presión del vapor y aumento en la velocidad, lo cual se traduce en erosión y posibles golpes de ariete. Método práctico (por velocidad): La velocidad del vapor deberá ser 25-35 m/seg. Por lo tanto podemos dimensionar la tubería conociendo el caudal necesario. Este método es rápido pero en caños de pequeño diámetro puede existir mucha caída de presión. Método por caída de presión: Cuando se requiera mantener la presión la tubería se dimensiona partiendo de la presión inicial y final requerida. P = Factor relacionado con la P inicial 1

P2 = Factor relacionado con la P final L = Longitud de tubería equivalente incluyendo válvulas y accesorios. Con el factor F se puede hallar la sección de caño mediante tabla

Cálculo de Espesor de Caño: Método Clásico: Pi: Presión interna del fluido. de: diámetro exterior del caño. di: diámetro interior del caño. L: longitud del caño. t: espesor del caño.

(Fza interna provocada por el fluido) (Fza resistente del material en la zona de rotura) 8

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E: factor de soldadura (0.7-1). C: Cte. De corrosión. También podemos determinar Padm a partir de t:

Método del código ASME:

Y: Cte. de temp. (Depende del material)

Derivaciones: Se hace por la parte superior de la cañería para extraer el vapor mas seco. Son de longitud mas corta que las tuberías principales y se dimensionan bajo el mismo criterio. Si la derivación es larga puede asumirse una velocidad de vapor de 15 m/seg.

Alineación: La pendiente deberá ser de 1/70 en dirección del flujo. Se debe evitar pendientes ascendentes. Cuando no se pueda evitar esto, la velocidad no debe ser superior a 15 m/seg. Las reducciones serán como la figura.

Caños y Tubos más usados: Características: Ferrosos:  Acero al carbono:  El mas utilizado en la industria por su facilidad para doblarse y ser soldado.  No es aconsejable para temp > 400ºC.  Acero inoxidable y Acero aleado:  Se utilizan para altas temperaturas y donde se requiera tolerancia a la corrosión. No ferrosos:  Cobre.  Latón.  Bronce. No metálicos:  PVC.  Teflón.  Polietileno.  Poliestireno.

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JUNTAS DE EXPANSIÓN Deben absorber en forma elástica los esfuerzos axiales en la cañería. Este esfuerzo se calcula como: : Presión interna : Sección media del fuelle : Esfuerzo del resorte del fuelle : Esfuerzo de rozamiento en las guías La longitud total de una barra que se dilata por calentamiento es: : Long. Total. : Long. Inicial. : Coef. De dilatación. : Dilatación.

(1)

Para una barra sometida a un esfuerzo de tracción P dentro de su límite elástico, por Hooke tenemos que: (2)

: Sección. : Mod. De elasticidad.

El alargamiento específico es: (3) Reemplazando (1) con (3): (4) Reemplazando (2) con (3): (5) Igualando (4) y (5):

Factores a tener en cuenta para la selección de la junta: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Diámetro. Con o sin bridas. Presión de servicio. Temperatura de servicio. Dilatación resultante (Δl). Resistente a la corrosión.

Junta tipo curva completa: Se instala en forma horizontal para evita la acumulación de condensado. La salida debe pasar por debajo de la entrada. Cuando actúan reducen su curvatura y producen esfuerzos en las bridas.

Junta tipo omega o herradura: Se instala en forma horizontal para evita la acumulación de condensado. 10

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No causa esfuerzos en las bridas.

Junta deslizante: Junta axial tipo JE: Para tramos rectos. El fuelle es de acero inoxidable, se acopla por bridas y cuenta con un caño guía de flujo concéntrico al fuelle para disminuir la perdida de carga. Se entregan pre-estiradas (para vapor) o pre-comprimidas (para refrigeración) mediante una varillas distanciadoras que se eliminan una vez instaladas las juntas. La alineación es importante, caso contrario la junta puede romperse en la dilatación del caño.

Calculo del espesor de la junta:

VÁLVULAS Mecánica Simple: Esclusa:  Vueltas: múltiples.  Cierre: por un disco de cara plana, que se mueve en ángulo recto respecto de la dirección del flujo.  Regulador de caudal: No.  Pérdida estando abierta: poca.  Nota: Trabajando semi-abierta puede destruirse por vibración. Globo:     

Vueltas: múltiples. Cierre: por el movimiento de un tapón que corta el paso del fluido. Regulador de caudal: Si. Pérdida estando abierta: poca. Nota: El asiento se encuentra paralelo a la circulación. Caras.

Diafragma:  Vueltas: múltiples.  Cierre: entre el diafragma y el cuerpo.  Regulador de caudal: Si.  Pérdida estando abierta: poca.  Nota Sirve como regulador de caudal. Gran vida útil. Esférica:  Vueltas: Cuarto.  Cierre: por el giro de una esfera taladrada de manera que se va cubriendo su orificio con el cuerpo.  Regulador de caudal: Si. 11

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Pérdida estando abierta: poca. Nota: Se puede realizar el mantenimiento sin sacarla de la línea.

Mariposa:  Vueltas: Cuarto.  Cierre: por el giro de un disco en ángulos rectos.  Regulador de caudal: Solo en forma grosera.  Pérdida estando abierta: poca.  Nota: Baratas, livianas y pequeñas. Aguja:    

Vueltas: Múltiple. Cierre: por un cono que bloquea orificio. Regulador de caudal: Si. Pérdida estando abierta: Media.

Tapón:  Vueltas: Cuarto.  Cierre: igual que la esférica.  Regulador de caudal: No.  Pérdida estando abierta: poca.  Nota: Rápidas.

Trampas de vapor: Son válvulas automáticas que descargan condensado evitando que pase vapor. La eficiencia del equipo depende del correcto funcionamiento de ésta ya que el condensado puede ser barrido por el flujo y producir golpe de ariete y vapor húmedo. Deben cumplir tres funciones:  Drenar condensado manteniendo P y T del vapor.  Eliminar aire y otros gases no condensables ya que disminuyen la transferencia de calor y pueden volverse corrosivos al mezclarse con el condensado.  Evitar perdidas de vapor de alto contenido energético. El correcto funcionamiento de la válvula depende de:  Diferencia entre la presión de entrada y salida.  Orificio de la descarga.  Temperatura del condensado. Termostática: Se basan en la diferencias de temperatura del vapor y del condensado. Tipo de presión balanceada: El elemento termostático contiene un fluido cuyo pto. de ebullición es menor al del agua, de esta manera al aumentar la temperatura (siempre < Tvap.) del condensado, aparecerá vapor de alcohol en el termostato incrementando la presión en éste mas que en el circuito de la cañería, cerrando la válvula. 12

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La calibración se hace mediante el control de la mezcla del fluido en el termostato. Ventajas:  Rápidas.  Pequeñas.  Fácil mantenimiento.  Proporciona la máxima salida de condensado cuando es necesario.  No es afectada por las heladas. Desventajas:  Afectada por golpes de ariete.  Afectada por condensados corrosivos.  No puede ser usado con vapor sobrecalentado. Tipo de expansión líquida: Similar a las de presión balanceada con la diferencia que el termostato esta lleno de aceite y que la calibración se puede hacer por medio de una tuerca (G) que acerca la válvula a su asiento. Ventajas:  Ideales para bajas temperaturas.  Robusta: soporta golpe de ariete y vibraciones.  Soporta vapor sobrecalentado.  Proporciona la máxima salida de condensado y aire cuando es necesario. Desventajas:  Afectada por las heladas.  Afectada por condensado corrosivo.  Lenta. Tipo bimetálica: Ventajas:  Pequeñas.  Proporciona la máxima salida de condensado y aire cuando es necesario.  Soporta vapor sobrecalentado.  No es afectada por las heladas.  No es afectada por golpes de ariete.  No es afectada por condensados corrosivos.  Fácil mantenimiento. Desventajas:  Lentas. Asiento simple: Independiente de la presión del vapor, aunque puede causar dificultades para reabrir. No se puede calibrar. 13

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Asiento Doble: Elimina el efecto de la presión que afecta a las de asiento simple. No tienen buen cierre y es sensible a la suciedad. Válvula a la salida: La presión de vapor tiende a abrirla por lo que se necesita menos temperatura en el condensado.

Mecánicas: Son las más usadas. Se basan en la diferencias de densidades del vapor y del condensado. Flotador libre: Cuando disminuye el flujo de condensado el flotador tapa la salida. Como la salida esta por debajo de la entrada se forma un sello de agua que impide la salida de aire. Ideal para drenaje de separadores de gotas. Ventaja:  Poco mantenimiento. Desventaja:  Impide la salida del aire del sistema. Se debe instalar una válvula manual.  Afectada por golpe de aríete. Flotador y palanca: Ventaja:  También funciona por nivel, permitiendo una descarga continua de condensado a la temperatura de vapor.  Larga vida útil.  No es afectada por variaciones de presión. Desventaja:  Impide la salida del aire del sistema. Se debe instalar una válvula manual o automática.  Afectada por golpe de aríete.  Afectada por las heladas. Balde Abierto: El balde flotará en el condensado cuando este vacío cerrando la válvula, pero caerá por su propio peso cuando se llene de condensado abriendo la válvula. Tiene descarga intermitente. Ventaja:  Robusta: soporta golpe de ariete  Soporta vapor sobrecalentado. 14

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[Año]

No es afectado por condensado corrosivo. Soporta altas presiones.

Desventaja:  Afectada por las heladas.  Grandes y pesadas.  No posee mecanismo de desaireación Balde Invertido: La fza de operación la da el vapor que entra al balde haciéndolo flotar cerrando la válvula. Cuando el condensado llena la trampa el balde no puede flotar y cae por su propio peso abriendo la válvula. Tiene descarga intermitente. Ideal para ductos grandes de servicio continuo. Ventaja:  Robusta: soporta golpe de ariete  Soporta vapor sobrecalentado.  Soporta altas presiones.  Larga vida útil.  La suciedad se acumula en el fondo y se puede retirar. Desventaja:  Lenta eliminación de aire.  Afectada por caídas de presión.  Requiere de una válvula de retención en la entrada para evitar perder el sello.  Afectada por las heladas.

Termodinámica: El mas adecuado para ductos exteriores donde existe posibilidad de heladas. Se basan en la diferencias de velocidad del vapor y del condensado. Se trata de un disco que cierra con alta velocidad de revaporizado y abre con baja velocidad de condensado. Cuando sale el condensado su velocidad es baja y permite que el diafragma permanezca abierto, cuando sale vapor lo hace a mayor velocidad disminuyendo la presión que actúa sobre el diafragma y este 15

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se cierra. Tiene descarga intermitente. Ventaja:  Robusta: soporta golpe de ariete y vibraciones.  Soporta vapor sobrecalentado.  No es afectado por condensado corrosivo (son de acero inoxidable).  Soporta altas presiones.  Compactas y simples. Desventaja:  Ruidosas.  No trabajan bien con presiones bajas en la entrada o altas a la salida.  Baja vida útil.

Correcto Trampeo: Ubicación de los puntos de drenaje:  En tramos rectos en intervalos de 50 m.  En puntos bajos del circuito de vapor.  Antes de elevaciones.  Al final de líneas de distribución (dsp de los equipos que utilizan el vapor).  Adelante de juntas de expansión, omegas, válvulas reductoras de presión y temperatura y reguladores de temperatura. Selección de la Trampa: Se debe tener en cuenta: 1. Carga máxima de condensado a la mínima presión de vapor. 2. Presión diferencial (Psal-Pent). 3. Contra-presión. 4. Tipo de descarga. 5. Temperatura y presión de trabajo. 6. Factor de seguridad que afecta la relación entre la capacidad de descarga máxima y la carga de máxima de condensado. Uso de Accesorios:  Filtros: para evitar averías y asegurar el correcto funcionamiento.  Separadores de gotas: deben colocarse antes de los puntos de drenaje para condensar las gotas arrastradas por el vapor.

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Válvulas de Expansión (Control de flujo refrigerante): Controlan el flujo de refrigerante y mantienen la baja presión (generada por el compresor) en el evaporador y alta presión en el condensador. Se ubican cerca del evaporador para conseguir un subenfriamiento y disminuir la presión del refrigerante y así obtener una rápida vaporización. Tipos de Válvulas de expansión: Tubo capilar: Consiste e una tubería larga de diámetro pequeño entre el condensador y evaporador. La diferencia de presiones se debe a la fricción del fluido al pasar por un diámetro muy pequeño y mucha longitud. Por flotador: Del lado de baja: controladas por el nivel de líquido en el evaporador. Cuando éste es elevado frena el paso de condensado. Del lado de alta: controladas por el nivel de gas impulsado por el compresor. Cuando este es elevado se frena el paso de condensado para asegurar la baja presión. Presostática: Permite el paso de condensado hacia el evaporador solo cuando exista suficiente vacío como para producir la evaporación en forma eficiente en el evaporador y así también asegurar la condensación en el condensador. Termostática: El bulbo se encarga se verificar el sobrecalentamiento del vapor y así asegurar que el compresor no cavite. El resorte se encarga de verificar un vacío necesario y así asegurar la vaporización eficiente. Como estos fenómenos son opuestos la válvula se encarga de favorecer alguno en detrimento del otro. Para asegurar el sobrecalentamiento mínimo, el bulbo debe estar cerca de la succión. Para que no exista caída de presión a lo largo del evaporador y para que el funcionamiento de la válvula sea correcto se toma la presión de referencia del diafragma con una extracción cerca de la succión. El bulbo puede ser llenado con una cantidad de refrigerante menor para bajar su presión interna cuando el equipo esta detenido. Caso contrario se abriría mucho la válvula en el arranque y podría enviar condensado al compresor.

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COMPRESORES Dispositivo que aspira vapores de baja presión formados en el evaporador y los impulsa a la presión del condensador.

Tipos de Compresores: Desplazamiento Positivo: Reciprocantes o Alternativos: Según la disposición del motor y el compresor pueden ser:  Abiertos: Compresor y motor en bloques separados. El primero enfriado por refrigerante y el segundo por aire. Para potencias grandes. Generalmente fabricados de acero.  Semi-herméticos: Compresor y motor cerrados herméticamente (por tornillo) y refrigerados por aire, agua o refrigerante. Para potencias medias y bajas.  Herméticos: Igual que el anterior solo que el cierre hermético va soldado. Para potencias bajas. Ideal para aparatos domésticos por su insonorización. Según el número de ciclos de compresión pueden ser:  De simple efecto Por cada giro del cigüeñal se realiza un ciclo completo. S: sección del pistón [mm2] x: carrera [mm]  De doble efecto Por cada giro del cigüeñal se realizan dos ciclos completos. Realiza la compresión en ambos lados del pistón. Hay que tener en cuenta que el vástago ocupa un espacio no disponible para el aire y, en consecuencia, los volúmenes creados por las dos caras del pistón no son iguales.

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Rotativos:  De paletas: Consiste en un rodillo que gira centrado dentro de un cuerpo, el eje del rodillo es excéntrico con el cuerpo, la diferencia entre las generatrices es un juego de paletas y resortes.  De pistón rotativo: Consiste en un rodillo que gira excéntricamente al cuerpo cilíndrico. El rodillo gira alrededor de la pared haciendo contacto con ella. El cuerpo tiene una paleta que separa las cámaras de aspiración e impulsión que sigue el movimiento del rodillo mediante un resorte para mantener la separación entre las cámaras. Helicoidal:  De rotor único: El volumen de compresión es forzado hacia las ranuras del rotor, por la pared del cilindro y por los dientes del rotor de compuerta. Las ranuras del rotor se llenan de gas girando y comprimiendo el gas. El lubricante también sella y enfría.  De doble rotor: Tienen dos rotores en forma de hélice. El principal tiene 4 espiras convexas y el auxiliar 6 cóncavas. Ambos giran en sentido contrario. El gas queda prisionero entre los espacios del estator, siendo transportado de un extremo al otro del engranaje. Caracol: El gas se comprime entre dos componentes en forma de espirales: uno es fijo y el otro se mueve en una trayectoria orbital (sin girar). Este tipo de compresores no genera vibraciones. Turbocompresores: Las ventajas de los turbocompresores en comparación con los compresores alternativos son: - Construcción compacta - Volumen reducido - Seguridad de funcionamiento - Mantenimiento prácticamente nulo - Escasa cimentación - Montaje sencillo - Sin vibraciones 19

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Carencia de problemas de mezcla del aceite de lubricación con el gas, etc

Centrifugos: La compresión se consigue por la aceleración del gas en el rotor, para que esto suceda se necesitan valores altos de velocidad en el rotor. Para cada velocidad se obtiene una relación de compresión máxima, por lo tanto se debe elegir un compresor para un régimen de funcionamiento máximo. Deben utilizarse refrigerantes pesados (halogenados) ya que esto influye en la relación de compresión. Pueden ser de mono y multi-etapa. Ventajas:  Robustos.  Menor número de escalonamientos  Mayor zona de estabilidad de funcionamiento.

Axiales: Al igual que los centrífugos la compresión se consigue por la aceleración del gas. Este pasa por el espacio anular entre rotor y estator a trabes de alabes fijos (estator) y móviles (rotor) intercalados. La compresión puede hacerse en hasta 3 etapas. En cada etapa se consigue una relación de compresión. Ventajas:  Mejor rendimiento  Más pequeño.  Mayor insonorización.

Aplicaciones y Capacidad de los Compresores: Capacidad [Tn]

AA residencial

AA ligerocomercial

Alt. Hermético

< 50

*

*

Alr. Semi-hermético

< 125

Alt. Abierto

< 150

Rotativo

< 10

Helicoidal

40 - 800

Tipo de Compresor

Caracol Centrífugo

< 40 90 - 800

*

AA comercial

Refrigeración

Industrial

* *

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

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[Año]

Lubricación de Compresores: Puede ser por salpicado de cigüeñal o bomba de aceite independiente. Como parte del lubricante será transportado junto con el gas, este debe ser miscible y compatible con el refrigerante y el sistema (condensador, evaporador, etc.). Además el lubricante debe tener un bajo contenido de humedad para evitar corrosión y congelamiento. El aceite que regresa al cárter proviene de un separador de aceite ubicado entre el compresor y el condensador.

Selección de Compresores: 1. 2. 3. 4.

Potencia de refrigeración necesaria (adecuando al evaporador seleccionado*). Presión y temperatura de evaporación. Presión t temperatura de condensación. Tipo de refrigerante.

*La válvula de expansión permite llegar a un equilibrio (Pfrig.-Tevap.) entre compresor y evaporador, ya que el cambio en sus potencias frigoríficas es opuesto ante un cambio en la temperatura en el evaporador.

Cálculo de Compresores Alternativos: 

Conocidas las temperaturas de condensación y evaporación obtenemos las presiones respectivas.

CONDENSADORES Se ubica en la descarga del compresor. Su función es extraer el calor absorbido por el refrigerante en la evaporación y compresión. Por lo tanto el calor a disipar es mayor que la potencia frigorífica obtenida. El refrigerante ingresa al condensador en forma de vapor y sale como líquido sub-enfriado. Este subenfriamiento es necesario para:  Asegurar una corriente continua de líquido en la válvula de expansión.  Aumenta la capacidad de enfriamiento del sistema (0.5%/ºCsub-enfriamiento)

Cálculo de la capacidad del Condensador: El calor que será necesario evacuar en el condensador será: ̇ ̇ ̇ Pot. Frigorífica en el evaporador [kW]. Pot. de compresión [kW]. O bien: ̇ ̇ Salto entálpico en el condensador [kJ/kg]. ̇ Caudal másico de refrigerante [kg/seg] También se puede calcular como: ̇ : Potencia frigorífica [kW]. [w/m2ºC]. Coef. global de transmisión entálpico en[m el2evaporador [kJ/kg]. Sup.Salto De condensador ]. Dif. de temperatura media frigorífica [ºC].

Tipos de Condensadores: Enfriados por aire: Están formados por un serpentín liso o aleteado. El calor es disipado directamente al aire por transferencia de calor sensible. 21

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Como el calor específico del aire es bajo (1kJ/kgºC) se requiere de grandes caudales de aire para producir la condensación, por lo tanto la ventilación puede ser natural o forzada. Aplicación:  Residenciales hasta 5 Tn  Comerciales hasta 50 Tn Enfriados por agua: Son mas eficientes debido a que el calor especifico del agua (2500 kJ/kgºC) es mayor al de el aire, requieren menor potencia para la misma capacidad. El agua proviene de una torre de enfriamiento y es devuelta a ésta para disipar el calor tomado del refrigerante. No dependen de la temperatura exterior. Tipo tubo dentro de tubo (Coaxial): Son pequeños pero de capacidad menor. El agua fluye por el tubo interior y el refrigerante por el exterior en sentidos opuestos. Carcasa y serpentín: La carcasa es de acero soldado y el serpentín en el interior cuenta con aletas. El agua fluye por el serpentín y el refrigerante por a carcasa.

Carcasa y tubos: Son los de mayor capacidad (10-100 Tn). Formados por una carcasa en cuyo interior hay tubos paralelos. El agua circula por los tubos y el vapor por el exterior de los mismos. Evaporativos: El agua se dosifica como lluvia en contracorriente con un flujo de aire. De esta manera se enfría un serpentín por donde circula el vapor refrigerante. En el fondo hay un depósito y una válvula flotador que reponen el agua evaporada. Este depósito se debe limpiar periódicas para eliminar los minerales depositados.

Selección de Condensadores: Refrigerados por aire:  Diferencia de temperatura (ΔT = 10-20ºC) entre la ambiente (de diseño) y la de condensación.  Rechazo total de calor ( ̇ ).  Refrigerante. Refrigerado por agua: 1. Agregar 20% al ηfrig en las condiciones deseadas para compensar el QComp. 2. Fijar TCond. 3. Medir la TEntrada agua disponible. 4. Estimar TSalida agua. 22

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5. Con TCond, TEntrada agua, TSalida agua por tabla se halla Tmedia logarítmica. 6. Con ηfrig + 20% y Tmedia logarítmica se ingresa en un grafico para ubicar el condensador necesario. Verificación: 1.

̇

2. Verificar que ̇ esté dentro de los límites del condensador seleccionado. 3. Si no verifica reiniciar el proceso cambiando o Tmedia logarítmica.

EVAPORADORES Intercambiador de calor en el cual se vaporiza un líquido (refrigerante) absorbiendo calor. La temperatura del refrigerante en el evaporador es menor que la del recinto a refrigerar e igual a la temperatura de saturación del gas correspondiente a la presión del evaporador. En los sistemas de carbono-halogenados los tubos son de cobre o aluminio en tamaños pequeños o acero para tamaños grandes. En los sistemas de NH3 son de hierro, acero o aluminio (sin latón).

Tipos de Evaporadores: Según la proporción liquido-vapor de refrigerante en el serpentín pueden ser: Inundados: El serpentín se encuentra lleno de refrigerante líquido, su nivel se mantiene constante mediante una válvula flotador colocada en un acumulador externo. Parte del refrigerante se evapora en el serpentín y pasa al acumulador donde es extraído hacia el compresor. Ventajas:  Mayor absorción de calor.  Aspiración de vapor saturado en lugar de sobrecalentado. Desventajas:  Requiere gran cantidad de refrigerante debido a que tiene un depósito voluminoso. Secos: El refrigerante se evapora totalmente en el serpentín y sale sobrecalentado. Este sobrecalentamiento se mantiene constante mediante una válvula de expansión que mantiene la presión constante. Ventajas:  Requiere menor cantidad de refrigerante debido a que no tiene un depósito. Desventajas:  Aspiración de vapor sobrecalentado. Según la forma de los tubos pueden ser: 23

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Lisos (Desnudo): Tienen forma de trombón ovalado o zig-zag. Por el interior circula refrigerante y por el exterior aire con circulación natural o forzada. Se los utiliza para depósitos sumergidos. Aleteados (Sup. extendida): Aumentan la transferencia de calor hacia el aire, reduciendo el tamaño del dispositivo y así su costo. Las aletas deben estar bien unidas a los tubos para una transferencia de calor eficiente. La separación entre aletas depende de la temperatura de operación (- temperatura  + separación) y el tipo de ventilación para evitar la formación de escarcha.

Sistemas de Descarche: Por agua: Se pulveriza agua a presión sobre las capas de hielo hasta fundirlo. Por aire: Apagando el equipo y esperando que el aire descongele la escarcha. Eléctrico: Se acoplan resistencias eléctricas a las aletas para fundir el hielo cuando se calientan. Por gases calientes: Aprovechan los gases calientes provenientes del compresor.

Selección de Evaporadores: Por cálculo: 1. Cálculo de capacidad frigorífica:

Q: cantidad de calor que pasa a través de la superficie de intercambio [W]. K: Coef. Global de transferencia de calor [W/m2ºK]. Te: temp. entrada de aire. : dif. de temperatura media logarítmica Ts: temp. salida de aire. Tr: temp. de refrigerante. 2. Cálculo de salto térmico: ( ) 3. Los límites de humedad relativa dependen de la aplicación. Su relación con ΔT se ve en la grafica: Agregar gráfica capacidad salto “Un evaporador pequeño puede tener la misma capacidad que uno grande si trabaja a un ΔT mayor. Esto está limitado por el efecto sobre la humedad que se requiere en el local o producto. “

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Por catálogo: 1. Capacidad frigorífica o del recinto (potencia frigorífica). 2. Temperatura de vaporización y de régimen para elegir el ΔT más adecuado. 3. Humedad relativa del proyecto. Procedimiento: 1. Con el grafico Hum – ΔT determinar el ΔT mas adecuado para la Hum. Rel. deseada. 2. Los catálogos proporcionan la potencia frigorífica y ΔT en condiciones nominales de temperatura de evaporación de refrigerante. 3. Se proporcionan factores de corrección para distintos refrigerantes (f2)y distintos ΔT (f1).

Selección de evaporadores de aire forzado: 1. Se elije la humedad relativa dentro de la cámara de acuerdo al producto, con esto determinamos ΔT. 2. Con ΔT y la Trecinto requerida determinamos la Tvap. refrig. 3. Se toma el rendimiento del condensador a instalar considerando la Tevap y la Tcond. 4. Hallar, de grafico, el factor de eficiencia. Elijo un tiempo descongelamiento para ello. 5. Ubicar en la tabla de información técnica un evaporador que con el ΔT hallado tengo un rendimiento tal que multiplicado por el factor de eficiencia entregue la potencia frigorífica que necesitamos. 6. Verificar si el caudal de aire del evaporador satisface el requerimiento de velocidad de aire del recinto para el producto almacenado. Selección de evaporadores para enfriamiento de líquidos: 1. Definir la Tevap , Tliq ent, Tliq sal. 2. 3. 4. Con esto hallamos de grafico 5. Con y la cantidad de calor a transferir se busca el modelo.

BRIDAS Welding Neck: Resistencia a la fatiga por flexión en los caños debido a los cambios de temperatura y alta presión.

Slip On: El caño va adentro con costura interna y externa para su estanqueidad.

Lap joint: Requiere de un accesorio tipo pestaña. No soporta altas presiones. 25

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Roscada: No requiere soldadura. No resiste alta presión ni temperatura ni flexión.

Ciega: Para extremos de cañerías.

1. Compresor. 2. Condensador de agua 3. Colector de liquido (con tubo nivel transparente) 4. Válvula solenoide, que actúa en conjunto con el compresor 5. Válvula de expansión (válvula de flotador de baja presión) 6. Colector de baja presión 7. Nivel 8. Bomba de circulación de liquido 9. Evaporador inundado, alimentado por la bomba 10. Purga de aceite (sólo en caso de máquina de amoniaco) 11. Circuito de agua

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