Experimentos
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experimentos para refrigeración...
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Manual de experimentos ET 915
Sistema de Prácticas HSI Refrigeración e Ingeniería Climática
Todos los derechos reservados, G.U.N.T. Gerätebau, Barsbüttel, Alemania 10/2014
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Manual de experimentos Dipl.-Ing.-Päd, Dipl.-Ing. (FH) Sascha Kiefer Última modificación de: Dipl.-Ing. Peter Mittasch
Estas instrucciones se tienen que guardar junto con el equipo. Antes de poner en servicio el equipo: - Leer estas instrucciones. - Todos los participantes tienen que ser instruidos en lo que concierne al manejo del equipo y, si procede, en cuanto a los aspectos de seguridad.
Version 1.5
Reservado el derecho a realizar modificaciones técnicas
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SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Indice General 1
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 Objetivo del sistema, grupo destinatario y contenidos didácticos . . . . 3 1.2 Indicaciones didácticas para el docente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
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Seguridad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1 Uso previsto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2 Estructura de las indicaciones de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.3 Indicaciones de seguridad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
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Descripción y manejo de la instalación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.1 Puesta en marcha de la instalación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.2 Mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3.3 Llenado y purga del agente frigorígeno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3.4 Instalación e inicio del software. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.5 Manejo del software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.6 Estructura de la Unidad Básica ET 915. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.7 Esquema del proceso de ET 915 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.8 Agente frigorígeno pump-down . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.9 Componentes de la instalación ET 915 y manejo de la instalación . 17 3.9.1 Compresor alternativo hermético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.9.2
Condensador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.9.3
Interruptor de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.9.4
Mirilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.9.5
Filtro/secador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.9.6
Válvulas electromagnéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.9.7
Colector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
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3.10 Construcción y componentes de ET 915.01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.10.1 Esquema del proceso de ET 915.01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.10.2 Evaporador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.10.3 Elementos estranguladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.10.4 Regulación de la temperatura de la cámara. . . . . . . . . . . . . 28 3.10.5 Calefacción de la cámara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.11 Construcción y componentes de ET 915.02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.11.1 Esquema del proceso de ET 915.02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.11.2 Evaporador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.11.3 Regulador de presión de evaporación . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.11.4 Elementos estranguladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.11.5 Regulación de la temperatura de la cámara. . . . . . . . . . . . . 39 3.11.6 Calefacción de la cámara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.12 Construcción y componentes de ET 915.06 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.12.1 Esquema del proceso de ET 915.06 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.12.2 Técnica de medición utilizada e imprecisiones de la medición. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.12.3 Refrigerador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.12.4 Elementos estranguladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.12.5 Regulación de la temperatura del canal del aire . . . . . . . . . 47 3.13 Construcción y componentes de ET 915.07 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.13.1 Esquema del proceso de ET 915.07 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.13.2 Técnica de medición utilizada e imprecisiones de la medición. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.13.3 Refrigerador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.13.4 Elementos estranguladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.13.5 Humectador del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.13.6 Elementos calefactores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.13.7 Tapón de inversión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
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Fundamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 4.1 Fundamentos específicos ET 915.02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5
4.1.1
Servicio paralelo de los evaporadores . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.1.2
Servicio en serie de los evaporadores . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Hojas de trabajo - Tareas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
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5.1 Hoja de trabajo 1: Estructura de un circuito de frío . . . . . . . . . . . . . . 68 5.2 Hoja de trabajo 2: Preguntas fundamentales con respecto al circuito de frío . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 5.3 Hoja de trabajo 3: Cálculo de la potencia de un humectador de vapor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 5.4 Hoja de trabajo 4: Aire húmedo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 5.5 Hoja de trabajo 5: Cálculos en el diagrama h, x . . . . . . . . . . . . . . . . 83 6
Hojas de trabajo - Soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6.1 Hoja de trabajo 1: Estructura de un circuito de frío . . . . . . . . . . . . . . 90 6.2 Hoja de trabajo 2: Preguntas fundamentales con respecto al circuito de frío . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.3 Hoja de trabajo 3: Cálculo de la potencia de un humectador de vapor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.4 Hoja de trabajo 4: Aire húmedo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 6.5 Hoja de trabajo 5: Cálculos en el diagrama h, x . . . . . . . . . . . . . . . 105
7
Ensayos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 7.1 ET 915.01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 7.1.1 Preparación del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 7.1.2
Ejecución del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.1.3
Valores de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.1.4
Procesos en el diagrama log p, h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
7.1.5
Evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
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7.2 ET 915.02 ensayo 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 7.2.1 Preparación del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 7.2.2
Ejecución del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
7.2.3
Valores de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
7.2.4
Procesos en el diagrama log p, h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
7.2.5
Conclusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
7.3 ET 915.02 ensayo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 7.3.1 Preparación del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 7.3.2
Ejecución del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
7.3.3
Valores de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
7.3.4
Diagrama log p, h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
7.3.5
Conclusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
7.4 ET 915.06 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 7.4.1
Preparación del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
7.4.2
Ejecución del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
7.4.3
Valores de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
7.4.4
Cambios de estado en el diagrama h, x . . . . . . . . . . . . . . . 133
7.4.5
Proceso de refrigeración en el diagrama log p, h . . . . . . . . 134
7.4.6
Conclusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
7.5 ET 915.07 ensayo 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 7.5.1
Preparación del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
7.5.2
Ejecución del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
7.5.3
Valores de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
7.5.4
Cambios de estado en el diagrama h, x . . . . . . . . . . . . . . . 140
7.5.5
Conclusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
7.6 ET 915.07 ensayo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 7.6.1 Preparación del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
vi
7.6.2
Ejecución del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
7.6.3
Valores de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
7.6.4
Cambio de estado en el diagrama h, x . . . . . . . . . . . . . . . . 146
7.6.5
Conclusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
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Anexo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 8.1 Datos técnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 8.2 Lista de los indicios y símbolos en las fórmulas más importantes . 152
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8.3 Lista de los símbolos para el esquema del proceso . . . . . . . . . . . . 154
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Introducción
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El Sistema de Prácticas HSI - Refrigeración e Ingeniería Climática es una serie de sistemas de diseño modular que pretende servir de ayuda para aprender los conceptos básicos de la técnica de refrigeración o climatización. El componente principal de la serie de sistemas es la Unidad Básica ET 915. Esta unidad básica incluye condensador y compresor como elementos básicos de una instalación frigorífica de compresión. En función del objetivo didáctico puede acoplarse la unidad básica de forma rápida y muy sencilla a cuatro modelos diferentes: • ET 915.01:
Modelo Refrigerador
• ET 915.02:
Modelo Instalación Frigorífica con Etapa de Refrigeración y Congelación
• ET 915.06:
Modelo Instalación Sencilla de Aire Acondicionado
• ET 915.07:
Modelo de Climatización
Los modelos incluyen evaporador y elementos de expansión para completar el circuito de agente frigorígeno. Todos los componentes están dispuestos de una manera racional tanto en la unidad básica como en los modelos, lo que facilita la comprensión del circuito y permite detectar las diferencias de temperatura locales. El Sistema de Prácticas HSI - Refrigeración e Ingeniería Climática se controla por completo a través del software incluido en el volumen de suministro. Este software permite seguir en línea todos los valores de medición en un diagrama del
1 Introducción
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sistema o en el diagrama de estado del agente frigorígeno o del aire húmedo. Para evaluaciones detalladas pueden memorizarse los valores de medición durante un periodo de tiempo previamente definido. Los datos memorizados pueden importarse sin ningún problema a MS-Excel para su procesamiento posterior. La estructura del software es tipo cursillo. En función de los accesorios utilizados se tratan diferentes temas que se indican a continuación: ET 915.01: • Comprender y familiarizarse con la estructura y el funcionamiento de una instalación frigorífica sencilla • Funcionamiento de un evaporador • Diferentes elementos de expansión • Uso con tubo capilar • Uso con válvula de expansión • Comportamiento en servicio con carga • El proceso de refrigeración en el diagrama log p, h • Simulación de fallos ET 915.02: • Estructura y funcionamiento de una instalación frigorífica con dos evaporadores • Conexión en serie o en paralelo de evaporadores • Comportamiento en servicio con carga • El proceso del circuito de frío en el diagrama log p, h • Influencia de la presión de evaporación • Simulación de fallos
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1 Introducción
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ET 915.06 • Climatizador para la refrigeración de habitaciones y sus componentes principales • Modo de trabajo de un evaporador como radiador de aire
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• Simulación de fallos
ET 915.07 • Climatizador integral y sus componentes principales • Funcionamiento de un evaporador para la refrigeración por aire y deshumectación • Funcionamiento de un calentador de aire eléctrico • Funcionamiento de un humectador de vapor • Calentar y refrigerar en el diagrama h, x • Régimen de aire exterior y circulante • Simulación de fallos
1.1
Objetivo del sistema, grupo destinatario y contenidos didácticos El Sistema de Prácticas HSI - Refrigeración e Ingeniería Climática, combinado con sus correspondientes modelos, es una instalación muy versátil para aprender los conceptos básicos en el campo de la técnica de refrigeración y climatización. El sistema resulta especialmente apropiado para la formación práctica de trabajadores especializados, pero también sirve para la formación del tercer sector.
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1.2
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Indicaciones didácticas para el docente Como ayuda para impartir las clases ponemos además a su disposición estas instrucciones de ensayo en formato PDF en un CD. Le otorgamos derechos ilimitados para la copia o reproducción del material didáctico en el marco de su trabajo de enseñanza. Además, el sistema ET 915 forma parte del programa didáctico completo elaborado para estudiar la técnica de refrigeración y climatización que se encuentra en el Catálogo 3b. Este sistema de prácticas permite transmitir con éxito y de forma muy práctica algunos de los contenidos didácticos dirigidos a mecatrónicos especialistas en técnica de refrigeración.
Le deseamos que disfrute con este Sistema de Prácticas G.U.N.T. ET 915 y que tenga un gran éxito en su importante labor: introducir los principios básicos de la tecnología a estudiantes y aprendices. Si desea hacernos algún comentario o sugerencia en relación con este sistema de prácticas, no dude en ponerse en contacto con nosotros.
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1 Introducción
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Seguridad
2.1
Uso previsto El equipo se ha previsto exclusivamente para fines didácticos.
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2.2
Estructura de las indicaciones de seguridad Las palabras de señalización PELIGRO, ADVERTENCIA o ATENCIÓN indican la probabilidad y la gravedad posible de las lesiones. Otro símbolo explica, si procede, el tipo de peligro o un precepto.
Palabra señaladora
PELIGRO
Señaliza una situación que, si no se evita, causará la muerte o lesiones graves.
ADVERTENCIA
Señaliza una situación que, si no se evita, puede causar la muerte o lesiones graves.
ATENCIÓN
Señaliza una situación que, si no se evita, puede causar lesiones leves o de gravedad media.
AVISO
2 Seguridad
Explicación
Señaliza una situación que puede causar daños en los equipos o bien informa sobre el manejo del dispositivo.
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Símbolo
Explicación Riesgo eléctrico
Peligro indefinido (en general)
Superficie muy caliente
Baja temperatura
Aviso
2.3
Indicaciones de seguridad
ADVERTENCIA Las conexiones eléctricas quedan libres si la pared posterior está abierta - Peligro de descarga eléctrica. • Desconectar el enchufe de red antes de abrir la pared posterior. • Toda operación en este ámbito debe ser realizada exclusivamente por electricistas debidamente capacitados. • Proteger la instalación de la humedad.
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2 Seguridad
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ADVERTENCIA Debido a manipulaciones en el circuito de refrigeración, puede sufrir lesiones de carácter grave. • No soltar ninguna de las uniones del sistema de tubería. • El sistema se encuentra bajo presión.
ADVERTENCIA El contacto con agente frigorígeno derramado puede provocar congelaciones de las manos y de la cara. • No soltar ninguna de las uniones que no esté prevista para ello.
ADVERTENCIA El contacto con las tuberías de presión del compresor puede provocar quemaduras. • No entrar en contacto con las tuberías de presión del compresor.
ADVERTENCIA El contacto con el humectador del aire puede provocar quemaduras. • No entrar en contacto con el humectador del aire.
AVISO Utilizar el compresor solo con el agente frigorígeno que figura en el anexo.
2 Seguridad
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AVISO Para que se pueda acumular el agente frigorígeno, es necesario dejar las instalaciones sin actividad durante cierto tiempo antes de la primera puesta en servicio. Esta particularidad es especialmente aplicable a la Unidad Básica ET 915. De lo contrario, pueden producirse daños en el compresor del agente frigorígeno.
AVISO Antes de conectar el compresor deben abrirse primero todas las válvulas de cierre.
AVISO Si se activa el interruptor de protección térmica del compresor, la instalación debe enfriarse antes de una nueva conexión. Después de la conexión deben comprobarse las presiones de trabajo.
AVISO El agente frigorígeno es un gas de efecto invernadero perjudicial para el medio ambiente que puede escapar al entorno en caso de un manejo incorrecto de la instalación.
AVISO No se deben abrir los grifos esféricos en las mangueras de unión cuando las líneas no están conectadas. Cerrar los grifos esféricos antes de abrir las mangueras de unión.
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Descripción y manejo de la instalación
3.1
Puesta en marcha de la instalación Como la Unidad Básica ET 915 no es capaz de funcionar por sí sola, es necesario conectarla primero a un modelo. Además, ET 915 se controla por completo a través del software incluido en el volumen de suministro. Por ello, antes de la ejecución del ensayo, debe establecerse primero la conexión con un ordenador.
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Fig. 3.1
Establecer primero todas las uniones mecánicas:
1
• Colocar los accesorios deseados sobre los caballetes de sujeción de la unidad básica (compare con la Fig. 3.1). A tal fin, se han previsto unas asas de transporte especiales a un lado del modelo.
Montaje del modelo
• Fijar a continuación el modelo con los tensores de cierre (1). 5
Fig. 3.2
4
3
5
2
• Preparar el circuito de agente frigorígeno (compare con la Fig. 3.2), conectando las mangueras (2) de la unidad básica al modelo. Enroscar a tal fin la tuerca de unión (3) sobre la rosca (4). A continuación pueden abrirse los grifos esféricos (5).
AVISO No se deben abrir los grifos esféricos antes de que las tuberías de agente frigorígeno estén firmemente unidas entre sí. De lo contrario, el Preparar el circuito de agente agente frigorígeno escapa al entorno. frigorígeno
3 Descripción y manejo de la instalación
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ET 915
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Proceder como sigue para establecer la conexión de datos y la alimentación eléctrica: • Conectar la Unidad Básica ET 915 mediante un cable de red a la alimentación eléctrica (toma de corriente). • Establecer la alimentación eléctrica mediante un conector para aparatos fríos entre la unidad básica y el modelo. • Establecer la conexión de datos mediante un cable USB entre la unidad básica y el ordenador, así como entre la unidad básica y el modelo. • Conectar la unidad básica con el interruptor principal. La Fig. 3.3 muestra un resumen de los componentes entre los que deben establecerse conexiones de datos y alimentaciones eléctricas.
Modelo ET 915.xx
Alimentación de tensión
Conexión de datos USB Conexión de datos USB
Unidad Básica ET 915
Ordenador
Concentrador USB
Alimentación eléctrica (enchufe de red) Fig. 3.3
10
Resumen de las conexiones de datos y de la alimentación de energía
3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
3.2
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Mantenimiento
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Los componentes mecánicos de la instalación requieren poco mantenimiento, debiéndose descalcificar de vez en cuando el humectador del modelo ET 915.07. En caso de perturbaciones de funcionamiento debido a una pérdida de agente frigorígeno, debe llenarse la instalación con agente frigorígeno nuevo (compare con el Capítulo 3.3).
3.3
Llenado y purga del agente frigorígeno Tanto la unidad básica como los correspondientes modelos vienen llenos de fábrica con agente frigorígeno. No obstante, debido a los frecuentes cambios de modelo y a los procesos de difusión, con el tiempo puede producirse una falta de agente frigorígeno. Se percibe que falta agente frigorígeno, por ejemplo, porque la potencia de frío es insuficiente y se forman burbujas de vapor que pueden observarse en la mirilla. Es por ello que cada modelo está provisto con una válvula de llenado que permite rellenar o purgar el agente frigorígeno. La válvula de llenado está montada en el lado de aspiración. AVISO Tener en cuenta las disposiciones legales con respecto al uso y al almacenamiento del agente frigorígeno.
3 Descripción y manejo de la instalación
11
ET 915
3.4
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Instalación e inicio del software Para la instalación se necesita lo siguiente: • Un ordenador operativo con puerto USB (véanse los requisitos mínimos en el Capítulo 8.1, Página 149, Datos técnicos). • CD-ROM de G.U.N.T. Todo lo necesario para la instalación y el uso del programa se encuentra en el CD-ROM entregado por G.U.N.T.
Proceso de instalación AVISO Durante la instalación del programa no debe estar conectado aún el banco de ensayos al puerto USB del ordenador. El banco de ensayos solo se debe conectar una vez realizada con éxito la instalación del software.
• Iniciar el ordenador. • Introducir el CD-ROM de G.U.N.T. • Iniciar el programa de instalación "Start.bat". • Seguir el proceso de instalación en la pantalla. • Una vez iniciado, el proceso de instalación es automático. Se cargan en el ordenador los siguientes componentes del programa: – Software para la adquisición de datos de medición asistida por ordenador. – Tiempo de funcionamiento LabVIEW y rutinas de controlador. – Bibliotecas de G.U.N.T.
12
3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
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• Una vez finalizado el programa de instalación, reiniciar el ordenador.
3.5
Manejo del software • Seleccionar el programa e iniciarlo a través de: Inicio / Programas / G.U.N.T. / ET 915
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El idioma se puede cambiar en cualquier momento en el menú "Language". • Para otras funciones se dispone de diversos menús desplegables. • Encontrará instrucciones detalladas para el manejo del programa en la función de Ayuda del mismo. A esta función de ayuda se accede a través del botón "?".
Los datos de medición guardados se pueden importar a un programa de hojas electrónicas (p. ej. Microsoft Excel) para seguir allí su procesamiento.
3 Descripción y manejo de la instalación
13
ET 915
3.6
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Estructura de la Unidad Básica ET 915 La Unidad Básica ET 915 supone el elemento básico de cualquier montaje para el ensayo. La Fig. 3.4 muestra la disposición de componentes de la unidad básica.
12
11
10
8
9
7
6
5
1
3
1
Compresor
7
2
Condensador, con ventilación forzada Colector Válvula electromagnética Filtro/secador Tensor de cierre
8
3 4 5 6
Fig. 3.4
14
2
9 10 11 12
4
Línea de conexión en el lado de presión Interruptor principal Manómetro de alta presión Interruptor de presión Manómetro de baja tensión Línea de conexión en el lado de aspiración
Disposición de los componentes de la unidad básica ET 915
3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
3.7
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Esquema del proceso de ET 915
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Los denominados esquemas del proceso se utilizan para ilustrar la técnica de refrigeración en las instalaciones. Con su ayuda puede comprenderse un proceso de circuito de modo muy sencillo. Los símbolos gráficos utilizados para los esquemas del proceso están estandarizados según la norma DIN 1861. Los esquemas del proceso se aplican adicionalmente en los modelos. La Fig. 3.5 muestra el esquema del proceso de ET 915.
1 2 3 4 5 6 7
Manómetro Compresor Interruptor de presión Condensador Ventilador del condensador Colector de agente frigorígeno Mirilla
Fig. 3.5
8 V1-V3 p1...p3 T1...T4 PSH PSL
Filtro/secador Válvula electromagnética Punto de medición de presión Punto de medición de temperatura Interruptor de alta presión Interruptor de baja presión
Esquema del proceso de ET 915
3 Descripción y manejo de la instalación
15
ET 915
3.8
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Agente frigorígeno pump-down
Válvula abierta Válvulas cerradas
Fig. 3.6
Posición de conmutación de válvula con pump-down
Antes de montar otro modelo en la unidad básica, debe transportarse el agente frigorígeno al colector. Este proceso se denomina "pump-down". Para realizar el pump-down, es necesario que las válvulas electromagnéticas V2 y V3 estén cerradas y la V1 abierta. A continuación se conecta el compresor que aspira el agente frigorígeno del lado de baja presión y lo transporta al colector. En este proceso, el compresor permanece en funcionamiento hasta que es desconectado por el interruptor de baja presión. Entonces se cierra V1. En este sentido, la ventaja es que sale menos agente frigorígeno de la instalación durante el próximo cambio de modelo. Además, es aconsejable realizar un pump-down antes de una parada de la instalación de mayor duración. Si la instalación está parada durante más tiempo, existe la posibilidad de que el agente frigorígeno en el evaporador se condense y sea aspirado por el compresor en la siguiente puesta en servicio, produciéndose los daños consiguientes.
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3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
3.9
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Componentes de la instalación ET 915 y manejo de la instalación A continuación se describen los diferentes componentes de la unidad básica.
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3.9.1
Fig. 3.7
Compresor alternativo hermético
Compresor hermético
ET 915 está equipada con un compresor alternativo hermético (Fig. 3.7). En este modo constructivo, el motor y el compresor se encuentran encapsulados de forma estanca al gas en una carcasa de metal soldada. La refrigeración del motor eléctrico se realiza por medio del vapor de agente frigorígeno aspirado. En este caso, se habla de un compresor refrigerado por vapor aspirado. El número de revoluciones del motor teórico es de 3000 min-1. Como el motor de accionamiento es una máquina asíncrona que por su modo constructivo muestra un resbalamiento reducido, se puede partir de un número de revoluciones del motor de unos 2900 min-1. La cilindrada del compresor VH es de 4,5 cm3 y la relación del recinto contaminado es del 2 %. El compresor utilizado en ET 915 dispone además de una protección térmica contra sobrecargas. Si el bobinado del motor se calienta en exceso, el interruptor de corriente de defecto desconecta el compresor. AVISO El compresor solo debe funcionar con el agente frigorígeno determinado por el fabricante (véase el anexo).
3 Descripción y manejo de la instalación
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ET 915
3.9.2
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Condensador La tarea del condensador (Fig. 3.8) consiste en disipar al entorno el flujo térmico absorbido durante el proceso de refrigeración. A tal fin, se produce una condensación isobárica del agente frigorígeno vaporoso, entregando el calor de condensación. El flujo térmico a disipar de ET 915 se divide como sigue: • La energía térmica aportada al sistema debido al proceso de compresión.
Fig. 3.8
Condensador
• La energía térmica absorbida a través de los evaporadores. El Número de evaporadores varía en función del Modelo utilizado. Como modo constructivo en ET 915 se utiliza un condensador de tubo nervado con aplicación de aire. Está equipado adicionalmente con un ventilador para así poder disipar el flujo térmico absorbido también en caso de una mayor carga de la instalación. Como consecuencia de esta ventilación forzada, aumenta el valor k (coeficiente de transferencia de calor) del condensador. El ventilador se puede encender y apagar indistintamente con la ayuda del software. De este modo puede simularse, por ejemplo, una transferencia de calor como la que se produce, entre otros, debido a la suciedad en el condensador.
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3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
3.9.3
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Interruptor de presión
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ET 915 está equipado con un interruptor de presión de efecto doble que protege al sistema frente a presionas demasiado altas y bajas. Si la alta presión excede el valor máximo ajustado en el interruptor de presión, se acciona un contacto eléctrico y el compresor se apaga. Lo mismo ocurre cuando se deja de alcanzar la presión mínima ajustada.
Fig. 3.9
Interruptor de presión
3.9.4
Mirilla
Fig. 3.10
Mirilla
3 Descripción y manejo de la instalación
El proceso de compresión no se vuelve a iniciar hasta que se excedan o no se alcancen unos valores límite determinados (histéresis). Las presiones máxima y mínima admisibles, así como la histéresis pueden ajustarse con el interruptor de presión. No obstante, por aspectos técnicos de seguridad debe mantenerse el ajuste de fábrica.
La mirilla tiene doble función en la ET 915. Por un lado, permite detectar pronto la formación de burbujas de vapor en la tubería conductora de líquido y evitar de este modo que se produzcan daños en la instalación, especialmente en la válvula de expansión. Además, está equipada con un indicador de humedad que ofrece información con respecto al contenido de agua en el sistema. El contenido de agua puede observarse por el color del indicador. Si este contenido resulta inadmisiblemente alto, deben cambiarse el filtro/secador, así como el agente frigorígeno de la instalación. En ET 915, la mirilla se encuentra entre el filtro/secador y el colector de agente frigorígeno.
19
ET 915
3.9.5
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Filtro/secador La tarea del filtro/secador (compare con la Fig. 3.11) consiste en filtrar la suciedad y el agua del agente frigorígeno. En ET 915, se encuentra en el sentido de flujo del agente frigorígeno, directamente detrás de la mirilla.
Fig. 3.11
Filtro/secador
3.9.6
Válvulas electromagnéticas La tarea de las válvulas electromagnéticas (compare con la Fig. 3.12) consiste en habilitar o bloquear el caudal másico de agente frigorígeno. Se controlan a través del software incluido en el volumen de suministro.
Fig. 3.12
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Válvula electromagnética
3 Descripción y manejo de la instalación
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3.9.7
Fig. 3.13
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Colector
Colector
3 Descripción y manejo de la instalación
La tarea del colector (compare con la Fig. 3.13) consiste, en el caso de la ET 915, en recoger todo el agente frigorígeno que se produzca en un pump-down. Además, ofrece cierta función de compensación si las condiciones de servicio son oscilantes. Con la ayuda del colector también puede simularse una falta de agente frigorígeno en la instalación. A tal fin es necesario bombear una parte del agente frigorígeno en el colector y almacenarla aquí antes de la ejecución del ensayo. A continuación deben cerrarse las válvulas electromagnéticas V1 y V2. Durante la posterior ejecución del ensayo se puentea el colector a través de la válvula electromagnética abierta V3.
21
ET 915
3.10
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Construcción y componentes de ET 915.01
6 5
7 4
8
1
1 2 3 4
Fig. 3.14
22
2
Evaporador Calefactor PTC Empalme de agente frigorígeno, lado de presión Tubo capilar
3
5 6 7
Válvula electromagnética Válvula de expansión termostática Válvula de llenado
8
Empalme de agente frigorígeno, lado de aspiración
Componentes ET 915.01
3 Descripción y manejo de la instalación
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3.10.1
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Esquema del proceso de ET 915.01
9 10
Válvula de expansión termostática Tubo capilar
V4-V5 T5...T7
11 12
Cámara frigorífica Calefactor PTC
p4
Fig. 3.15
Válvula electromagnética Punto de medición de temperatura Punto de medición de presión
Esquema del proceso ET915.01
3 Descripción y manejo de la instalación
23
ET 915
3.10.2
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Evaporador El evaporador se encuentra en la cámara frigorífica en cuya parte frontal se ha previsto un panel de plexiglás. Esto permite observar la formación de escarcha en los tubos de evaporador para tomar las medidas correspondientes. Por su modo constructivo, el evaporador está ejecutado como un evaporador de tubo nervado. Para mejorar las propiedades de transmisión de calor, adicionalmente se ha previsto un evaporador en el ventilador para mejorar su valor k. De este modo mejora la potencia frigorífica de la instalación. El ventilador se puede encender o apagar con la ayuda del software. En este sentido, existe la posibilidad de comparar entre sí la potencia frigorífica con convección libre y convección forzada.
3.10.3
Elementos estranguladores En caso de ET 915.01 se utilizan dos elementos estranguladores diferentes. Se puede elegir entre válvula de expansión termostática (TEV) y tubo capilar. Ambos elementos estranguladores sirven para reducir la presión del agente frigorígeno líquido hasta alcanzar un nivel de presión inferior. La diferencia decisiva existe aquí entre las propiedades de regulación del tubo capilar y de la válvula de expansión termostática:
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3 Descripción y manejo de la instalación
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Tubo capilar
Fig. 3.16
Tubo capilar
Los tubos capilares pertenecen al grupo de los elementos estranguladores no reguladores y disponen de un determinado mecanismo de autorregulación que se pretende visualizar mejor con la Fig. 3.17, Página 26. El diagrama muestra el caudal másico en función de la temperatura de condensación y de la presión de evaporación. Las líneas rojas identifican, en este sentido, el comportamiento del compresor. Aquí aumenta el caudal másico según se van incrementando las presiones de evaporación, ya que la densidad del vapor aspirado aumenta. Con una mayor temperatura de condensación se reduce al mismo tiempo el caudal másico en el compresor, ya que al aumentar la condición de presión, baja el rendimiento volumétrico del compresor. Las líneas verdes muestran el caudal másico a través de un capilar, dependiendo de la temperatura de condensación y de la presión de evaporación. A diferencia del compresor, aquí aumenta el caudal másico de agente frigorígeno según van bajando las presiones de evaporación y aumentando las temperaturas de condensación. La causa es el gradiente de presión ascendente entre la entrada y la salida del capilar. Pero como el caudal másico a través del capilar y del compresor debe ser idéntico, se regula con las condiciones de servicio dadas hasta alcanzar un valor constante, hecho que se pretende simbolizar con los puntos de intersección de las líneas rojas y verdes en la Fig. 3.17. Sin embargo, como no se puede influir desde fuera sobre el caudal másico, en este caso se habla de un elemento estrangulador no regulador.
3 Descripción y manejo de la instalación
25
°C
°C 50
40 °C
40
50 °C
30
°C
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Caudal másico
ET 915
30 °C
Presión de evaporación
Fig. 3.17
Comportamiento de autorregulación de un tubo capilar
En caso de ET 915.01, el capilar se utiliza para poder realizar una comparación entre el comportamiento en servicio del tubo capilar y el de la válvula de expansión termostática.
26
3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
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Válvula de expansión termostática (TEV)
4
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1
2 3
1 2 3 4 Fig. 3.18
Capilar Tornillo de ajuste Entrada Salida Válvula de expansión termostática
Las válvulas de expansión termostáticas son elementos estranguladores reguladores que mantienen constante el sobrecalentamiento del agente frigorígeno en la salida del evaporador. Para conseguirlo se ha previsto en la salida del evaporador un sensor de temperatura que está unido a la válvula por medio de un capilar (1). Si el sobrecalentamiento excede un valor ajustado, aumenta la presión en el sensor y la válvula se abre más. De este modo, el volumen de inyección del agente frigorígeno se ve influido por el sobrecalentamiento y, consecuentemente, por la carga frigorífica aplicada. En caso de ET 915.01, el sobrecalentamiento deseado puede ajustarse directamente en la válvula de expansión termostática. A tal fin, es necesario retirar primero la tapa de la válvula. Ahora puede cambiarse el sobrecalentamiento a través del tornillo de ajuste (2) con la ayuda de un destornillador de punta plana. La regulación del tornillo permite efectuar las siguientes modificaciones: • Un giro en el sentido de las agujas del reloj implica un aumento del sobrecalentamiento. • Un giro en el sentido contrario al de las agujas del reloj implica una reducción del sobrecalentamiento.
3 Descripción y manejo de la instalación
27
ET 915
3.10.4
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Regulación de la temperatura de la cámara En caso de ET 915.01, existe la posibilidad de regular la temperatura de la cámara frigorífica. A tal fin, se utiliza un control de dos puntos. El principio de funcionamiento del regulador se basa en que el flujo térmico generado es disipado de forma discontinua abriendo y cerrando la entrada de agente frigorígeno. Esto significa que se transporta la máxima cantidad de agente frigorígeno posible o no se transporta agente frigorígeno. La Fig. 3.19, Página 29 muestra a modo de ejemplo el funcionamiento de una regulación de dos puntos. En el diagrama superior se ha aplicado la temperatura de la cámara con respecto al tiempo, habiéndose identificado su valor teórico como tR. Si ahora se excede el valor teórico con un determinado importe (histéresis), se habilita la entrada de agente frigorígeno. Consecuentemente, baja la temperatura de la cámara hasta que finalmente se alcanza el valor de histéresis inferior y se vuelve a cortar la entrada de agente frigorígeno. Tanto el período de conmutación como la evolución de la temperatura en la cámara se ven principalmente influidos por los siguientes factores: • Valor teórico de temperatura ajustado de la cámara. • Carga térmica aplicada. • Aislamiento de la cámara. • Potencia de frío del evaporador. Tanto la temperatura deseada de la cámara como la histéresis del regulador pueden ajustarse con la ayuda del software.
28
3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
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Temperatura de la cámara
tR
Tiempo
Caudal másico
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Histéresis
Período de conmutación
Fig. 3.19
Tiempo
Principio de una regulación de dos puntos
3 Descripción y manejo de la instalación
29
ET 915
3.10.5
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Calefacción de la cámara
Resistencia eléctrica
En caso de ET 915.01, en la cámara frigorífica hay un elemento calefactor que permite simular una carga frigorífica. El calefactor se puede encender o apagar con la ayuda del software. Como calefactor se utiliza aquí un elemento calefactor PTC con una trayectoria de resistencia no lineal. Aquí aumenta la resistencia eléctrica del elemento calefactor según sube la temperatura, estrangulando de este modo la potencia absorbida eléctrica del calefactor (compare con la Fig. 3.20). Temperatura del calefactor
Fig. 3.20
30
Curva característica del elemento calefactor PTC
La ventaja de los elementos calefactores PTC consiste en que disponen de un cierto mecanismo de autorregulación que les protege frente a temperaturas excesivas.
3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
3.11
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Construcción y componentes de ET 915.02
9
8
10
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7
6 5
11 4
12
1
1 2 3 4 5 6
2
Evaporador, cámara de congelación Calefactor PTC, cámara de congelación Empalme de agente frigorígeno, lado de presión TEV, cámara de congelación Válvula electromagnética Tubo capilar
Fig. 3.21
3
7 8
TEV, cámara frigorífica Calefactor PTC, cámara frigorífica
9
Evaporador, cámara frigorífica
10 11 12
Regulador de presión de evaporación Válvula de llenado Empalme de agente frigorígeno, lado de aspiración
Componentes ET 915.02
3 Descripción y manejo de la instalación
31
ET 915
3.11.1
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Esquema del proceso de ET 915.02
9 10 11 12 13
Válvula de expansión termostática Tubo capilar Cámara frigorífica Cámara de congelación Calefactor PTC
Fig. 3.22
32
14 15 V4-V8 T5...T10 p4...p5
Regulador de presión de evaporación Válvula de retención Válvula electromagnética Punto de medición de temperatura Punto de medición de presión
Esquema del proceso ET915.02
3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
3.11.2
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Evaporador El Modelo Instalación Frigorífica con Etapa de Refrigeración y Congelación ET 915.02 dispone de dos evaporadores que pueden funcionar en paralelo o en línea. El modo de servicio queda definido por la posición de conmutación de las válvulas electromagnéticas.
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Los evaporadores se encuentran en las cámaras frigoríficas en cuya parte frontal se ha previsto un panel de plexiglás. Esto permite observar la formación de escarcha en los tubos de evaporador para tomar las medidas correspondientes. Por su modo constructivo, los dos evaporadores están ejecutados como evaporadores de tubo nervado. Para mejorar las propiedades de transmisión de calor, adicionalmente se han previsto ventiladores en ambos evaporadores que mejoran sus valores k. De este modo mejora la potencia frigorífica de la instalación. Los dos ventiladores se pueden encender o apagar con la ayuda del software. En este sentido, existe la posibilidad de comparar entre sí la potencia frigorífica con convección libre y convección forzada.
3 Descripción y manejo de la instalación
33
ET 915
3.11.3
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Regulador de presión de evaporación 6 5 4
3
7 2 1
Al evaporador en la cámara frigorífica superior se ha conectado adicionalmente un regulador de presión de evaporación. Este regulador permite mantener constante la presión de evaporación en el evaporador superior, cuando esta se encuentra por encima de la presión de aspiración del compresor. En la técnica de refrigeración se utiliza habitualmente para dos tareas: • En caso de instalaciones con un solo evaporador, suele utilizarse para evitar que la presión de evaporación descienda por debajo de un valor determinado que corresponde a la temperatura de evaporación. Este aspecto es especialmente importante cuando un material a refrigerar sensible está en contacto directo con la superficie del evaporador, ya que podrían provocarse daños debido a unas temperaturas demasiado bajas. • En caso de instalaciones frigoríficas con varios evaporadores, se utiliza para ajustar diferentes temperaturas de evaporación. Este principio se utiliza para ET 915.02.
1 2 3 4 5 6 7
Asiento de válvula Disco de válvula Tubo ondulado de compensación Muelle Tornillo de ajuste Tapa Conexión de manómetro
Fig. 3.23
34
El regulador se encuentra en el conducto de aspiración directamente detrás del evaporador en la cámara frigorífica.
Ajuste y funcionamiento del regulador:
Una vez retirada la tapa (6), puede cambiarse la presión de evaporación a través del tornillo de Representación esquemática en sección de un regulador de ajuste (5). Girando el tornillo en el sentido de las agujas del reloj, aumenta la presión de evaporapresión de evaporación ción ya que la fuerza previa del resorte (4) es mayor. Si la fuerza previa del resorte es mayor, el disco de válvula (2) se aprieta con más fuerza
3 Descripción y manejo de la instalación
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contra el asiento de válvula (1), por lo que se requiere una mayor presión de evaporación para la abertura. La fuerza eficaz en el sentido de abertura es el resultado de la multiplicación de la presión de evaporación con la superficie eficaz del disco de válvula. La presión de salida, es decir, la presión de aspiración del compresor no tiene ninguna influencia sobre el comportamiento de regulación de la válvula, ya que la superficie eficaz del tubo ondulado de compensación (3) corresponde a la superficie del disco de válvula. Dado que las superficies son idénticas, se compensan las fuerzas en el sentido de abertura y cierre. Además existe la posibilidad de montar a través de la conexión (7) un manómetro en el regulador. El manómetro puede utilizarse entonces para trabajos de ajuste.
3.11.4
Elementos estranguladores En caso de ET 915.02 se utilizan dos elementos estranguladores diferentes. El evaporador de la cámara de congelación solo puede funcionar con una válvula de expansión termostática (TEV) con compensación de presión interna, mientras que en caso del evaporador de la cámara frigorífica, existe la posibilidad de elegir entre una válvula de expansión termostática y un tubo capilar. Ambos elementos estranguladores sirven para reducir la presión del agente frigorígeno líquido hasta alcanzar un nivel de presión inferior. La diferencia decisiva existe aquí entre las propiedades de regulación del tubo capilar y de la válvula de expansión termostática:
3 Descripción y manejo de la instalación
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Tubo capilar
Fig. 3.24
Tubo capilar
Los tubos capilares pertenecen al grupo de los elementos estranguladores no reguladores y disponen de un determinado mecanismo de autorregulación que se pretende visualizar mejor con la Fig. 3.25, Página 37. El diagrama muestra el caudal másico en función de la temperatura de condensación y de la presión de evaporación. Las líneas rojas identifican, en este sentido, el comportamiento del compresor. Aquí aumenta el caudal másico según se van incrementando las presiones de evaporación, ya que la densidad del vapor aspirado aumenta. Con una mayor temperatura de condensación se reduce al mismo tiempo el caudal másico en el compresor, ya que al aumentar la condición de presión, baja el rendimiento volumétrico del compresor. Las líneas verdes muestran el caudal másico a través de un capilar, dependiendo de la temperatura de condensación y de la presión de evaporación. A diferencia del compresor, aquí aumenta el caudal másico de agente frigorígeno según van bajando las presiones de evaporación y aumentando las temperaturas de condensación. La causa es el gradiente de presión ascendente entre la entrada y la salida del capilar. Pero como el caudal másico a través del capilar y del compresor debe ser idéntico, se regula con las condiciones de servicio dadas hasta alcanzar un valor constante, hecho que se pretende simbolizar con los puntos de intersección de las líneas rojas y verdes en la Fig. 3.25. Sin embargo, como no se puede influir desde fuera sobre el caudal másico, en este caso se habla de un elemento estrangulador no regulador.
36
3 Descripción y manejo de la instalación
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°C
°C 50
40 °C
40
50 °C
30
°C
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Caudal másico
ET 915
30 °C
Presión de evaporación
Fig. 3.25
Comportamiento de autorregulación de un tubo capilar
En caso de ET 915.02, el capilar se utiliza para poder realizar análisis razonables en el servicio en serie de los evaporadores. Los análisis con una válvula de expansión termostática no se recomiendan en el servicio en serie, ya que en este caso solo se aplica agente frigorígeno gaseoso al segundo evaporador. Además, ET 915.02 permite una comparación del comportamiento en servicio del tubo capilar y de la válvula de expansión termostática.
3 Descripción y manejo de la instalación
37
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Válvula de expansión termostática (TEV)
4
1
2 3
1 2 3 4 Fig. 3.26
Capilar Tornillo de ajuste Entrada Salida Válvula de expansión termostática
Las válvulas de expansión termostáticas son elementos estranguladores reguladores que mantienen constante el sobrecalentamiento del agente frigorígeno en la salida del evaporador. Para conseguirlo se ha previsto en la salida del evaporador un sensor de temperatura que está unido a la válvula por medio de un capilar (1). Si el sobrecalentamiento excede un valor ajustado, aumenta la presión en el sensor y la válvula se abre más. De este modo, el volumen de inyección del agente frigorígeno se ve influido por el sobrecalentamiento y, consecuentemente, por la carga frigorífica aplicada. Si los dos evaporadores funcionan en paralelo con las dos válvulas de expansión termostáticas, debe tenerse en cuenta que el caudal másico no debe dividirse por partes iguales entre los evaporadores. En caso de ET 915.02 pueden utilizarse las dos cámaras con válvulas de expansión termostáticas. En caso de ET 915.02, el sobrecalentamiento deseado puede ajustarse directamente en la válvula de expansión termostática. A tal fin, es necesario retirar primero la tapa de la válvula. Ahora puede cambiarse el sobrecalentamiento a través del tornillo de ajuste (2) con la ayuda de un destornillador de punta plana. La regulación del tornillo permite efectuar las siguientes modificaciones: • Un giro en el sentido de las agujas del reloj implica un aumento del sobrecalentamiento. • Un giro en el sentido contrario al de las agujas del reloj implica una reducción del sobrecalentamiento.
38
3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
3.11.5
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Regulación de la temperatura de la cámara
Todos los derechos reservados, G.U.N.T. Gerätebau, Barsbüttel, Alemania 10/2014
En caso de ET 915.02, existe la posibilidad de regular la temperatura de la cámara frigorífica. A tal fin, se utiliza un control de dos puntos. El principio de funcionamiento del regulador se basa en que el flujo térmico generado es disipado de forma discontinua abriendo y cerrando la entrada de agente frigorígeno. Esto significa que se transporta la máxima cantidad de agente frigorígeno posible o no se transporta agente frigorígeno. La Fig. 3.27, Página 40 muestra a modo de ejemplo el funcionamiento de una regulación de dos puntos. En el diagrama superior se ha aplicado la temperatura de la cámara con respecto al tiempo, habiéndose identificado su valor teórico como tR. Si ahora se excede el valor teórico con un determinado importe (histéresis), se habilita la entrada de agente frigorígeno. Consecuentemente, baja la temperatura de la cámara hasta que finalmente se alcanza el valor de histéresis inferior y se vuelve a cortar la entrada de agente frigorígeno. Tanto el período de conmutación como la evolución de la temperatura en la cámara se ven principalmente influidos por los siguientes factores: • Valor teórico de temperatura ajustado de la cámara. • Carga térmica aplicada. • Aislamiento de la cámara. • Potencia de frío del evaporador. Tanto la temperatura deseada de la cámara como la histéresis del regulador pueden ajustarse con la ayuda del software.
3 Descripción y manejo de la instalación
39
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Temperatura de la cámara
Histéresis
tR
Caudal másico
Tiempo
Período de conmutación
Fig. 3.27
40
Tiempo
Principio de una regulación de dos puntos
3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
Calefacción de la cámara En caso de ET 915.02, las dos cámaras frigoríficas disponen de elementos calefactores que permiten simular una carga frigorífica. Los calefactores se pueden encender o apagar con la ayuda del software.
Resistencia eléctrica
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3.11.6
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Temperatura del calefactor
Fig. 3.28
Curva característica del elemento calefactor PTC
3 Descripción y manejo de la instalación
Como calefactores se utilizan aquí elementos calefactores PTC con una trayectoria de resistencia no lineal. Aquí aumenta la resistencia eléctrica de los elementos calefactores según sube la temperatura, estrangulando de este modo la potencia eléctrica absorbida de los calefactores (compare con la Fig. 3.28). La ventaja de los elementos calefactores PTC consiste en que disponen de un cierto mecanismo de autorregulación que les protege frente a temperaturas excesivas.
41
ET 915
3.12
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Construcción y componentes de ET 915.06
7
6
5 8 9
4
1
1 2 3 4 5
Sensor de humedad y temperatura Refrigerador Válvula de conexión, lado de presión Válvula electromagnética Válvula de expansión termostática
Fig. 3.29
42
2
1
6 7 8 9
3
Ventilador Sensor de presión diferencial Válvula de llenado Válvula de conexión, lado de aspiración
Componentes ET 915.06
3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
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3.12.1
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Esquema del proceso de ET 915.06
9 10
Válvula de expansión termostática V4 Refrigerador T5...T8
11 12 13
Canal del aire Ventilador Caperuza de cierre
H1...H2 DP1
Válvula electromagnética Punto de medición de temperatura Punto de medición de humedad Presión diferencial
Fig. 3.30
Esquema del proceso ET 915.06
Fig. 3.31
Esquema del proceso ET 915.07 según la norma DIN 1946-1
3 Descripción y manejo de la instalación
43
ET 915
3.12.2
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Técnica de medición utilizada e imprecisiones de la medición Para poder interpretar correctamente los resultados de la medición, es de suma importancia disponer de información sobre la tolerancia de los instrumentos de medición utilizados.
Medición de la humedad En caso de ET 915.06, se utiliza un sensor de humedad capacitivo para medir la humedad relativa del aire. En este modo constructivo, hay una capa higroscópica que actúa como dieléctrico entre los dos electrodos de un condensador. En función de la humedad relativa del aire en el sensor, la capa higroscópica absorbe más o menos agua por lo que cambia la constante de campo eléctrica y, consecuentemente, la capacidad del condensador. Esta modificación se tiene en cuenta como medida para la humedad relativa del aire. La imprecisión de la medición del sensor de humedad utilizado en ET 915.06 es del ±5 % de la humedad relativa.
Medición de la temperatura La temperatura se mide en todas las instalaciones de la Serie ET 915 con pirómetros de resistencia eléctrica Pt100 y elementos de medición calHT. Dentro del rango de temperatura contemplado, la imprecisión de la medición de los dos métodos es inferior a ± 1K.
44
3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Medición de la presión diferencial La presión diferencial se capta con la tecnología de barra de flexión de cerámica con compensación de temperatura. A 25 °C, la imprecisión de la medición es inferior a ± 0,1 mbar.
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La sección determinante en el ventilador para la medición de la presión diferencial es de 58 mm x 140 mm. La sección del canal del aire es de 140 mm x 140 mm.
3.12.3
Refrigerador El modelo ET 915.06 dispone de un evaporador en el canal del aire que cumple con una doble función. Por un lado, sirve para la refrigeración por aire y por el otro, se utiliza para la deshumectación del aire. El refrigerador se encuentra detrás del ventilador, mirando hacia el sentido del flujo de aire. Para mejorar la visión de la instalación se ha renunciado a un aislamiento entre el refrigerador y el entorno. Por tanto, para determinar los balances térmicos debe prestarse atención a que una parte de la energía térmica necesaria para la evaporación se extraiga del entorno y no del aire que se encuentra en el canal del aire.
Fig. 3.32
Refrigerador
3 Descripción y manejo de la instalación
Debajo del refrigerador se ha montado una bandeja para recoger el agua de condensación separada.
45
ET 915
3.12.4
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Elementos estranguladores En caso de ET 915.06, se utiliza una válvula de expansión termostática.
4
1
2 3
1 2 3 4 Fig. 3.33
Capilar Tornillo de ajuste Entrada Salida Válvula de expansión termostática
Las válvulas de expansión termostáticas son elementos estranguladores reguladores que mantienen constante el sobrecalentamiento del agente frigorígeno en la salida del evaporador. Para conseguirlo se ha previsto en la salida del evaporador un sensor de temperatura que está unido a la válvula por medio de un capilar (1). Si el sobrecalentamiento excede un valor ajustado, aumenta la presión en el sensor y la válvula se abre más. De este modo, el volumen de inyección del agente frigorígeno se ve influido por el sobrecalentamiento y, consecuentemente, por la carga frigorífica aplicada. En caso de ET 915.06, el sobrecalentamiento deseado puede ajustarse directamente en la válvula de expansión termostática. A tal fin, es necesario retirar primero la tapa de la válvula. Ahora puede cambiarse el sobrecalentamiento a través del tornillo de ajuste (2) con la ayuda de un destornillador de punta plana. La regulación del tornillo permite efectuar las siguientes modificaciones: • Un giro en el sentido de las agujas del reloj implica un aumento del sobrecalentamiento. • Un giro en el sentido contrario al de las agujas del reloj implica una reducción del sobrecalentamiento.
46
3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
3.12.5
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Regulación de la temperatura del canal del aire
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En caso de ET 915.06, existe la posibilidad de regular la temperatura del canal del aire. A tal fin, se utiliza un control de dos puntos. El principio de funcionamiento del regulador se basa en que el flujo térmico generado es disipado de forma discontinua abriendo y cerrando la entrada de agente frigorígeno. Esto significa que se transporta la máxima cantidad de agente frigorígeno posible o no se transporta agente frigorígeno. La Fig. 3.27, Página 40 muestra a modo de ejemplo el funcionamiento de una regulación de dos puntos. En el diagrama superior se ha aplicado la temperatura del canal del aire con respecto al tiempo, habiéndose identificado su valor teórico como tD. Si ahora se excede el valor teórico con un determinado importe (histéresis), se habilita la entrada de agente frigorígeno. Consecuentemente, baja la temperatura del canal del aire hasta que finalmente se alcanza el valor de histéresis inferior y se vuelve a cortar la entrada de agente frigorígeno. Tanto el período de conmutación como la evolución de la temperatura en el canal del aire se ven principalmente influidos por los siguientes factores: • Valor teórico de temperatura ajustado del canal del aire. • Carga térmica aplicada. • Aislamiento del canal del aire. • Potencia de frío del refrigerador. Tanto la temperatura deseada del canal del aire como la histéresis del regulador pueden ajustarse con la ayuda del software.
3 Descripción y manejo de la instalación
47
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Temperatura del canal del aire
Histéresis
tD
Caudal másico
Tiempo
Período de conmutación
Fig. 3.34
48
Tiempo
Principio de una regulación de dos puntos
3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
3.13
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Construcción y componentes de ET 915.07
1
10
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1 11 9
8
7
12
6
13 1
2
1
3
1 2 3 4 5 6
Sensor de humedad y temperatura Dispositivo humectador Refrigerador Sensor de temperatura Válvula de conexión, lado de presión Válvula electromagnética
7
Válvula de expansión termostática
Fig. 3.35
4
5
8 9 10 11 12 13
Precalentador Ventilador principal Tapón de inversión Recalentador Válvula de llenado Válvula de conexión, lado de aspiración
Componentes ET 915.07
3 Descripción y manejo de la instalación
49
ET 915
3.13.1
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Esquema del proceso de ET 915.07
9 10 11 12 13 14
Válvula de expansión termostática Refrigerador Canal del aire Ventilador principal Precalentador Ventilador del humectador
Fig. 3.36
50
15 16 17 V4 T5...T11 H1...H4
Humectador Recalentador Tapón de inversión Válvula electromagnética Punto de medición de temperatura Punto de medición de humedad
Esquema del proceso ET 915.07
3 Descripción y manejo de la instalación
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ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Fig. 3.37
3.13.2
Esquema del proceso ET 915.07 según la norma DIN 1946-1
Técnica de medición utilizada e imprecisiones de la medición Para poder interpretar correctamente los resultados de la medición, es de suma importancia disponer de información sobre la tolerancia de los instrumentos de medición utilizados.
Medición de la humedad En caso de ET 915.07, se utiliza un sensor de humedad capacitivo para medir la humedad relativa del aire. En este modo constructivo, hay una capa higroscópica que actúa como dieléctrico entre los dos electrodos de un condensador. En
3 Descripción y manejo de la instalación
51
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
función de la humedad relativa del aire en el sensor, la capa higroscópica absorbe más o menos agua por lo que cambia la constante de campo eléctrica y, consecuentemente, la capacidad del condensador. Esta modificación se tiene en cuenta como medida para la humedad relativa del aire. La imprecisión de la medición del sensor de humedad utilizado en ET 915.07 es del ±5 % de la humedad relativa.
Medición de la temperatura La temperatura se mide en todas las instalaciones de la Serie ET 915 con pirómetros de resistencia eléctrica Pt100 y elementos de medición calHT. Dentro del rango de temperatura contemplado, la imprecisión de la medición de los dos métodos es inferior a ± 1 K.
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3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
3.13.3
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Refrigerador
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El modelo ET 915.07 dispone de un evaporador en el canal del aire que cumple con una doble función. Por un lado, sirve para la refrigeración por aire y por el otro, se utiliza para la deshumectación del aire. El refrigerador se encuentra entre el precalentador y el humectador del aire, mirando hacia el sentido del flujo de aire. Para mejorar la visión de la instalación se ha renunciado a un aislamiento entre el refrigerador y el entorno. Por tanto, para determinar los balances térmicos debe prestarse atención a que una parte de la energía térmica necesaria para la evaporación se extraiga del entorno y no del aire que se encuentra en el canal del aire.
Fig. 3.38
Refrigerador
3 Descripción y manejo de la instalación
Debajo del refrigerador se ha montado una bandeja para recoger el agua de condensación separada.
53
ET 915
3.13.4
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Elementos estranguladores En caso de ET 915.07, se utiliza una válvula de expansión termostática.
4
1
2 3
1 2 3 4 Fig. 3.39
Capilar Tornillo de ajuste Entrada Salida Válvula de expansión termostática
Las válvulas de expansión termostáticas son elementos estranguladores reguladores que mantienen constante el sobrecalentamiento del agente frigorígeno en la salida del evaporador. Para conseguirlo se ha previsto en la salida del evaporador un sensor de temperatura que está unido a la válvula por medio de un capilar (1). Si el sobrecalentamiento excede un valor ajustado, aumenta la presión en el sensor y la válvula se abre más. De este modo, el volumen de inyección del agente frigorígeno se ve influido por el sobrecalentamiento y, consecuentemente, por la carga frigorífica aplicada. En caso de ET 915.07, el sobrecalentamiento deseado puede ajustarse directamente en la válvula de expansión termostática. A tal fin, es necesario retirar primero la tapa de la válvula. Ahora puede cambiarse el sobrecalentamiento a través del tornillo de ajuste (2) con la ayuda de un destornillador de punta plana. La regulación del tornillo permite efectuar las siguientes modificaciones: • Un giro en el sentido de las agujas del reloj implica un aumento del sobrecalentamiento. • Un giro en el sentido contrario al de las agujas del reloj implica una reducción del sobrecalentamiento.
54
3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
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3.13.5
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Humectador del aire
Tornillo de vaciado
Fig. 3.40
Humectador del aire con ventilador
El humectador del aire montado en ET 915.07 es un humectador de vapor. Consecuentemente, el acondicionamiento del aire se realiza de forma aproximadamente isotérmica. Para la generación de vapor se utiliza una calefacción por resistencia que se encarga de bullir el agua en el depósito de reserva. Para proteger la calefacción por resistencia frente a sobrecalentamientos, se ha dotado el depósito de reserva adicionalmente con una regulación por flotador que apaga el calefactor en cuanto el agua desciende por debajo de un determinado nivel. Además, se puede leer el nivel del agua en el pequeño tubo de plexiglás. A fin de conseguir una distribución homogénea del vapor, se ha previsto directamente encima del humectador un ventilador que sopla el vapor a la corriente de aire que se pretende acondicionar. El llenado del humectador se realiza a través del pequeño tubo de plexiglás. Además, es posible vaciar el humectador con la ayuda de un tornillo de vaciado. ADVERTENCIA El contacto con el humectador del aire puede provocar quemaduras. • No entrar en contacto con el humectador del aire. AVISO Como la regulación por flotador apaga el calefactor del humectador al quedar por debajo de un cierto nivel, debe prestarse siempre atención a que el nivel de agua en el humectador sea suficiente.
3 Descripción y manejo de la instalación
55
ET 915
3.13.6
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Elementos calefactores En ET 915.07 se han integrado dos elementos calefactores, un precalentador y un recalentador. Los dos calefactores son calefacciones por resistencia con una potencia entregada constante. La tarea del precalentador consiste en precalentar el aire en el modo de humectación y reducir de este modo el contenido de humedad relativa del aire. En la posterior humectación, el aire posee una mayor capacidad de absorción para el vapor de agua aplicado. El recalentador se utiliza para la deshumectación del aire, ya que permite volver a calentar el aire enfriado por medio del proceso de deshumectación. Si solo se trata de calentar el aire, ambos elementos calefactores están activos.
3.13.7
Tapón de inversión La tarea del tapón de inversión consiste en cambiar entre el modo de aire circulante y aire exterior. La conmutación entre los dos estados de servicio se realiza directamente en el software. Como la tapa no permite ninguna posición intermedia, con ET 915.07 no es posible realizar un servicio de mezcla de aire.
56
3 Descripción y manejo de la instalación
ET 915
4
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Fundamentos Los fundamentos expuestos a continuación no pretenden estar completos. Para otras consideraciones teóricas, remitimos a la bibliografía especializada.
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En los documentos adicionales "Fundamentos de la técnica de refrigeración" y "Fundamentos de la técnica de climatización" se detallan los siguientes aspectos: • Los fundamentos termodinámicos del proceso de circuito. • El funcionamiento y los componentes de una instalación frigorífica de compresión. • Las características del agente frigorígeno. • Los fundamentos básicos termodinámicos de la técnica de climatización. • El diagrama h, x según Mollier. • Los componentes de una instalación RLT. Adjuntamos estos documentos para que le sean de ayuda en su tarea de transmitir los fundamentos de la técnica de refrigeración y climatización. En las siguientes páginas solo se tratan los fundamentos específicos de la instalación, no incluidos en los documentos adjuntos.
4 Fundamentos
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ET 915
4.1
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Fundamentos específicos ET 915.02 El documento "Fundamentos de la técnica de refrigeración" explica los conceptos básicos de la técnica de refrigeración en base al proceso de circuito simple. Como ET 915.02 dispone de dos evaporadores que pueden funcionar tanto en paralelo como también en serie, en lo sucesivo se trata esta particularidad. Como para el examen energético de instalaciones frigoríficas se recurre en principio a las diferencias de entalpía, primero se pretende demostrar el punto de medición al que está asignado cada uno de los valores de entalpía:
Diagrama log p, h
Entalpía
Se forma en base al punto de medición
1
h1
Temperatura T1, presión p1
2
h2
Temperatura T2, presión p2
3
h3
Temperatura T3, presión p2
—
h4
Temperatura T4, presión p2
4
h5
Temperatura T5, presión p4
5
h6
Temperatura T6, presión p4
6
h8
Temperatura T8, presión p1
7
h9
Temperatura T9, presión p1
Tab. 4.1
4.1.1
Asignación de los valores de entalpía
Servicio paralelo de los evaporadores Aquí los dos evaporadores se benefician de un compresor común, así como de las válvulas de expansión termostáticas separadas para reducir la presión del agente frigorígeno. No obstante, se
58
4 Fundamentos
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
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debe tener en cuenta que en el servicio paralelo no debe utilizarse la cámara superior con el tubo capilar, ya que este, en principio, no resulta adecuado para condiciones de servicio muy irregulares.
Fig. 4.1
El flujo de agente frigorígeno en el servicio paralelo
La diferencia principal entre el servicio paralelo y el proceso de circuito simple consiste en que el caudal másico de agente frigorígeno puesto a disposición por el compresor se reparte entre dos evaporadores. Por lo general, este reparto no se realiza a partes iguales, sino que varía en función del comportamiento del regulador de las válvulas de expansión. Además, es posible ajustar el nivel de presión en el evaporador superior mediante un regulador de presión de evaporación. Esto puede
4 Fundamentos
59
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
verse en el diagrama log p, h del proceso (compare con la Fig. 4.2).
Fig. 4.2
Proceso de circuito ideal en servicio paralelo
El nivel de presión del evaporador superior se muestra en la Fig. 4.2 como p4.
Cálculo de la potencia del compresor La potencia del compresor transmitida al agente frigorígeno puede calcularse con la ayuda del caudal másico y de la diferencia de entalpía del proceso de compresión: · h – h PV = m 2 1
(4.1)
Aquí debe tenerse en cuenta que la potencia de accionamiento necesaria del compresor puede ser claramente superior debido a pérdidas mecánicas, volumétricas y térmicas. Este aspecto es
60
4 Fundamentos
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
especialmente aplicable en condiciones de presión altas.
Cálculo de la potencia del condensador
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La potencia del condensador puede calcularse de forma similar a la potencia del compresor, con la ayuda de la diferencia de entalpía y del caudal másico. Contemplado de forma ideal, el agente frigorígeno entra con la temperatura T2 en el condensador y sale del mismo con T3. Consecuentemente, puede determinarse la potencia del condensador como sigue: · · h – h Qc = m 2 3
(4.2)
Cálculo de la potencia de frío Como en el servicio paralelo hay dos evaporadores activos y no se sabe cómo es el reparto del caudal másico de agente frigorígeno entre los dos transmisores de calor, en caso de ET 915.02 solo puede determinarse la potencia total de frío. Esta potencia se compone de la suma de las potencias frigoríficas individuales: · · · Q 0 = Q 0C + Q 0F
(4.3)
Como dichas potencias no se conocen, puede determinarse la potencia total de frío a través de la siguiente relación: · · Q0 = Qc – PV
4 Fundamentos
(4.4)
61
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Si se aplica Fórmula (4.1) y Fórmula (4.2) a Fórmula (4.4), se obtiene para la potencia total de frío: · · h – h Q0 = m 1 3 4.1.2
(4.5)
Servicio en serie de los evaporadores También en el servicio en serie, los dos evaporadores recurren a un compresor común. No obstante, a diferencia del servicio paralelo, aquí no se reparte el caudal másico de agente frigorígeno. La presión del agente frigorígeno se reduce delante de la cámara superior con la ayuda del tubo capilar hasta alcanzar un nivel de presión más bajo. A continuación, una parte del agente frigorígeno se va evaporando en el evaporador superior. Posteriormente pasa por el regulador de presión de evaporación y es conducido a la cámara inferior, donde puede evaporarse el resto de líquido que contiene el agente frigorígeno. Como los capilares no resultan adecuados para condiciones de servicio muy irregulares, si la carga del evaporador es intensa, puede producirse aquí un sobrecalentamiento del agente frigorígeno. En este caso, el evaporador inferior actúa tan solo como recalentador. Igual que en el servicio paralelo, también en el servicio en serie es posible ajustar el nivel de presión en el evaporador superior. La Fig. 4.3 muestra el flujo de agente frigorígeno y la Fig. 4.4, el diagrama log p, h ideal en el servicio en serie.
62
4 Fundamentos
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ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Fig. 4.3
4 Fundamentos
El flujo de agente frigorígeno en el servicio en serie
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ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Fig. 4.4
64
Proceso de circuito ideal con servicio en serie ET 915.02
4 Fundamentos
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Cálculo de la potencia del compresor La potencia del compresor en el servicio en serie puede determinarse de la misma manera que en el servicio paralelo: · h – h PV = m 2 1
(4.6)
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Cálculo de la potencia del condensador La potencia del condensador se determina también igual que en el servicio paralelo: · · h – h Qc = m 2 3
(4.7)
Cálculo de la potencia de frío La potencia total de frío se compone de la potencia de frío del evaporador superior y del inferior. Como no se reparte el caudal másico de agente frigorígeno, puede determinarse muy fácilmente con la ayuda de la diferencia entre la entalpía total del proceso de ebullición y del caudal másico: · · h – h Q0 = m 9 4
4 Fundamentos
(4.8)
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ET 915
66
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
4 Fundamentos
ET 915
5
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Hojas de trabajo - Tareas Las siguientes hojas de trabajo pretenden facilitarle el acceso a técnica de refrigeración y climatización. Las hojas de trabajo incluyen tareas que pueden resolverse, entre otros, con los siguientes documentos:
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• Fundamentos de la técnica de refrigeración • Fundamentos de la técnica de climatización Por ello se recomienda estudiar estos dos documentos antes de resolver las tareas.
5 Hojas de trabajo - Tareas
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ET 915
5.1
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Hoja de trabajo 1: Estructura de un circuito de frío Página 1 Objetivos didácticos: • Poder estructurar un circuito operativo partiendo de los elementos básicos de la técnica de refrigeración.
Tarea 1: La tabla de la página 3 incluye 5 componentes de la técnica de refrigeración que se muestran como símbolos gráficos. a. Indique la designación del componente al lado del correspondiente símbolo gráfico en la página 3. b. Dibuje en base a los componentes un esquema del proceso de un circuito de frío con capacidad de funcionamiento. Debe cumplir las siguientes condiciones: • El circuito de frío incluye dos evaporadores. • En uno de los evaporadores debe ser posible ajustar la presión de evaporación. • Las tuberías de baja presión deben estar identificadas en azul y las de alta presión en rojo. AVISO Cada componente puede utilizarse varias veces.
68
5 Hojas de trabajo - Tareas
ET 915
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Hoja de trabajo 1, página 2 Tarea 2: a. Dibuje el proceso del circuito de frío de la tarea 1 de forma cualitativa en el diagrama log p, h. Identifique la curva aproximada de las líneas isotérmicas y líneas isentrópicas.
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b. Describa las magnitudes y la posición en la que debe medir estas magnitudes para poder dibujar el diagrama log p, h del proceso. c. ¿Dónde se halla la presión más pequeña en el sistema?
5 Hojas de trabajo - Tareas
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Hoja de trabajo 1, página 3 Puede elegir entre los siguientes componentes:
Símbolo gráfico
70
Designación
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Hoja de trabajo 1, página 4
5 Hojas de trabajo - Tareas
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Hoja de trabajo 1, página 5
72
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Hoja de trabajo 1, página 6
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Tarea 2b
Tarea 2c
5 Hojas de trabajo - Tareas
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ET 915
5.2
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Hoja de trabajo 2: Preguntas fundamentales con respecto al circuito de frío Página 1 Objetivos didácticos: • Poder describir las características fundamentales de un circuito de frío. • Poder describir la función de los componentes más importantes del equipo. Tareas: • Conteste a las siguientes preguntas. Tarea 1 ¿Cómo se comporta la potencia de frío frente a presiones de evaporación en descenso?
Tarea 2 ¿Cuál es el componente que protege al sistema frente a presiones inadmisibles?
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5 Hojas de trabajo - Tareas
ET 915
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Hoja de trabajo 2, página 2 Tarea 3
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¿Cómo se comporta la presión de aspiración del compresor cuando se aplica una carga al evaporador?
Tarea 4 ¿Cómo se comporta la presión de licuefacción si aumenta la potencia de frío?
5 Hojas de trabajo - Tareas
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Tarea 5 ¿Cuál es el efecto que tiene un regulador de presión de evaporación integrado en el sistema?
Tarea 6 Debe seleccionar un evaporador adecuado para una instalación frigorífica en la que cabe esperar que forme escarcha en el evaporador. ¿Para una instalación de estas características va a utilizar un evaporador con una distancia grande o pequeña entre las láminas? Justifique su respuesta.
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5 Hojas de trabajo - Tareas
ET 915
5.3
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Hoja de trabajo 3: Cálculo de la potencia de un humectador de vapor Página 1 Objetivos didácticos: • Poder estimar la potencia de vapor de un humectador de vapor.
Un humectador de vapor (500 W) está lleno con 2 L de agua. Hasta que el interruptor de flotador desconecta el humectador, todavía pueden evaporarse 1,5 L de agua. Además el agua bulle ya a una temperatura de 100 °C y la temperatura del depósito de acero inoxidable en el lado exterior es de 98 °C. La temperatura del entorno durante la humectación es de 20 °C y constante.
1,5 kg
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Descripción del tarea:
• ¿Cuál es la potencia que pierde el proceso de humectación debido a una cesión de calor al entorno? La superficie del humectador es de 1000 cm2. Se asume que el mecanismo de transmisión de calor es de convección libre (8 W/[m²*K]). Convección a la pared del depósito
Fig. 5.1
Humectador de vapor
5 Hojas de trabajo - Tareas
• ¿Cuál es la magnitud de la potencia de vapor por segundo? • ¿Durante cuánto tiempo (en segundos) puede humectarse con el volumen de llenado antes de que el interruptor de flotador desconecte el humectador?
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Hoja de trabajo 3, página 2
Cálculo:
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Hoja de trabajo 3, página 3
5 Hojas de trabajo - Tareas
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5.4
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Hoja de trabajo 4: Aire húmedo Página 1 Objetivos didácticos: • Conocer las características fundamentales del aire húmedo.
Tareas: • Conteste a las siguientes preguntas. • Indique la temperatura húmeda y la temperatura del punto de rocío del aire húmedo con una temperatura de 16 °C y una humedad del 50 % en el diagrama h, x adjunto.
Tarea 1 ¿Qué se entiende por temperatura del punto de rocío?
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Hoja de trabajo 4, página 2
Tarea 2
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¿Qué se entiende por temperatura húmeda?
Tarea 3 ¿Cómo se comporta la temperatura del aire cuando se humecta con vapor de agua?
5 Hojas de trabajo - Tareas
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Hoja de trabajo 4, página 3
82
5 Hojas de trabajo - Tareas
ET 915
5.5
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Hoja de trabajo 5: Cálculos en el diagrama h, x Página 1 Objetivos didácticos: • Poder realizar cálculos sencillos en el diagrama h, x.
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Descripción de la tarea: Un climatizador tiene un caudal de 0,3 kg de aire seco por segundo. El aire entra en el climatizador con una temperatura de T1=25 °C y una humedad relativa de φ1=15 %. Primero se enfría el aire en un refrigerador a 15 °C. La temperatura de evaporación del agente frigorígeno en este proceso es de 5 °C. Después del enfriamiento se realiza la humectación con la ayuda de un humectador de vapor hasta alcanzar φ2=60 %. En la última sección del climatizador se vuelve a calefactar el aire con la ayuda de un calefactor con una potencia de 2,5 kW. a. Dibuje el proceso en el diagrama h, x adjunto. b. ¿Cuál es la potencia del refrigerador y del humectador? c. ¿Con qué temperatura y qué humedad relativa sale el aire del climatizador? d. ¿Debe esperarse formación de condensado en el refrigerador? e. ¿Cómo puede optimizarse el proceso desde el punto de vista energético? Indique el proceso optimizado con una línea discontinua en el diagrama h, x. La Fig. 5.2 muestra el esquema de la instalación.
5 Hojas de trabajo - Tareas
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Hoja de trabajo 5, página 2
Fig. 5.2
Esquema de la instalación
AVISO Este tarea debe entenderse como una referencia en técnica de climatización y se pretende que los alumnos sigan formándose en el manejo con el diagrama h, x. Los valores numéricos no tienen ninguna relación directa con el sistema ET 915.
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Hoja de trabajo 5, página 3
5 Hojas de trabajo - Tareas
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Hoja de trabajo 5, página 4
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Hoja de trabajo 5, página 5
5 Hojas de trabajo - Tareas
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Hojas de trabajo - Soluciones Las siguientes hojas de trabajo pretenden facilitarle el acceso a técnica de refrigeración y climatización. Las hojas de trabajo incluyen tareas que pueden resolverse, entre otros, con los siguientes documentos:
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• Fundamentos de la técnica de refrigeración • Fundamentos de la técnica de climatización Por ello se recomienda estudiar estos dos documentos antes de resolver las tareas.
6 Hojas de trabajo - Soluciones
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6.1
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Hoja de trabajo 1: Estructura de un circuito de frío Página 1 Objetivos didácticos: • Poder estructurar un circuito operativo partiendo de los elementos básicos de la técnica de refrigeración.
Tarea 1: La tabla de la página 3 incluye 5 componentes de la técnica de refrigeración que se muestran como símbolos gráficos. a. Indique la designación del componente al lado del correspondiente símbolo gráfico en la página 3. b. Dibuje en base a los componentes un esquema del proceso de un circuito de frío con capacidad de funcionamiento. Debe cumplir las siguientes condiciones: • El circuito de frío incluye dos evaporadores. • En uno de los evaporadores debe ser posible ajustar la presión de evaporación. • Las tuberías de baja presión deben estar identificadas en azul y las de alta presión en rojo. AVISO Cada componente puede utilizarse varias veces.
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6 Hojas de trabajo - Soluciones
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Hoja de trabajo 1, página 2 Tarea 2: a. Dibuje el proceso del circuito de frío de la tarea 1 de forma cualitativa en el diagrama log p, h. Identifique la curva aproximada de las líneas isotérmicas y líneas isentrópicas.
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b. Describa las magnitudes y la posición en la que debe medir estas magnitudes para poder dibujar el diagrama log p, h del proceso. c. ¿Dónde se halla la presión más pequeña en el sistema?
6 Hojas de trabajo - Soluciones
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Hoja de trabajo 1, página 3 Puede elegir entre los siguientes componentes:
Símbolo gráfico
Designación
Compresor
Válvula de expansión
Condensador
Evaporador
Regulador de presión de evaporación
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6 Hojas de trabajo - Soluciones
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Hoja de trabajo 1, página 4
6 Hojas de trabajo - Soluciones
93
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Hoja de trabajo 1, página 5
94
6 Hojas de trabajo - Soluciones
ET 915
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Hoja de trabajo 1, página 6
Tarea 2b Para poder elaborar el diagrama log p, h del proceso, es necesario determinar las siguientes magnitudes: – Temperatura de aspiración del compresor. Todos los derechos reservados, G.U.N.T. Gerätebau, Barsbüttel, Alemania 10/2014
– Presión de aspiración del compresor. – Temperatura final de compresión. – Presión de licuefacción. – Temperatura en la salida del condensador. – Presión de evaporación del evaporador provisto con regulador de presión de evaporación. – Temperatura de salida de los dos evaporadores.
Tarea 2c La presión más baja en el sistema se encuentra en la entrada del compresor. Esta se encuentra también por debajo de la presión de evaporación más baja en el sistema. El motivo es la caída de presión en el conducto de aspiración y en los componentes y la grifería interconectados. La caída de presión en instalaciones pequeñas como la ET915 es muy baja y, por tanto, puede pasarse por alto.
6 Hojas de trabajo - Soluciones
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ET 915
6.2
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Hoja de trabajo 2: Preguntas fundamentales con respecto al circuito de frío Página 1 Objetivos didácticos: • Poder describir las características fundamentales de un circuito de frío. • Poder describir la función de los componentes más importantes del equipo.
Tareas: • Conteste a las siguientes preguntas.
Tarea 1 ¿Cómo se comporta la potencia de frío frente a presiones de evaporación en descenso? La potencia de frío de una instalación se va reduciendo según descienden las presiones de evaporación. Debido a la presión inferior, aumenta el volumen específico del agente frigorígeno. Mayores volúmenes de gas específicos hacen que el caudal másico sea menor, lo que implica un descenso del rendimiento de la instalación.
Tarea 2 ¿Cuál es el componente que protege al sistema frente a presiones inadmisibles? El interruptor de presión protege al sistema frente a presiones inadmisibles. Las presiones límite pueden ajustarse en el interruptor de presión pero, por motivos de seguridad, no deben ser modificadas.
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6 Hojas de trabajo - Soluciones
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Hoja de trabajo 2, página 2
Tarea 3
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¿Cómo se comporta la presión de aspiración del compresor cuando se aplica una carga al evaporador? Cuando se aplica una carga el evaporador, la válvula de expansión debe inyectar más agente frigorígeno en el evaporador para mantener el sobrecalentamiento al valor ajustado. Como el compresor funciona con un número de revoluciones constante, es necesario que aumente la presión de aspiración para poder impulsar el caudal másico adicional.
Tarea 4 ¿Cómo se comporta la presión de licuefacción si aumenta la potencia de frío? El condensador debe entregar al entorno todos los flujos energéticos absorbidos en el proceso de circuito. Si la potencia de frío aumenta, también debe aumentar la potencia del condensador. Como se asume que la superficie y el coeficiente de transferencia de calor son constantes, solo puede entregarse al entorno la potencia adicional producida al aumentar la temperatura de condensación. Como la temperatura de condensación y la presión de licuefacción dependen la una de la otra, también debe aumentar la presión de licuefacción.
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Tarea 5 ¿Cuál es el efecto que tiene un regulador de presión de evaporación integrado en el sistema? El regulador de presión de evaporación permite limitar la presión de evaporación hacia unas presiones más bajas. En caso de instalaciones con dos evaporadores funcionando en servicio paralelo, pueden ajustarse diferentes presiones de evaporación lo que permite realizar, por ejemplo, un nivel de congelación y una de refrigeración normal.
Tarea 6 Debe seleccionar un evaporador adecuado para una instalación frigorífica en la que cabe esperar que forme escarcha en el evaporador. ¿Para una instalación de estas características va a utilizar un evaporador con una distancia grande o pequeña entre las láminas? Justifique su respuesta. Cuando cabe esperar formación de escarcha, por tendencia debe seleccionarse un evaporador con una distancia grande entre las láminas. El motivo es que los evaporadores con una distancia pequeña entre las láminas se van cerrando por congelación muy rápidamente y el ventilador no puede aspirar aire a través del evaporador. En consecuencia, la eficiencia disminuye considerablemente y es necesario descongelar el evaporador a menudo. En caso de una distancia grande entre las láminas pueden alargarse los intervalos de descongelación.
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6 Hojas de trabajo - Soluciones
ET 915
6.3
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Hoja de trabajo 3: Cálculo de la potencia de un humectador de vapor Página 1 Objetivos didácticos: • Poder estimar la potencia de vapor de un humectador de vapor.
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Descripción del tarea: Un humectador de vapor (500 W) está lleno con 2 L de agua. Hasta que el interruptor de flotador desconecta el humectador, todavía pueden evaporarse 1,5 L de agua. Además el agua bulle ya a una temperatura de 100 °C y la temperatura del depósito de acero inoxidable en el lado exterior es de 98 °C. La temperatura del entorno durante la humectación es de 20 °C y constante. • ¿Cuál es la potencia que pierde el proceso de humectación debido a una cesión de calor al entorno? La superficie del humectador es de 1000 cm2. Se asume que el mecanismo de transmisión de calor es de convección libre (8 W/[m²*K]). • ¿Cuál es la magnitud de la potencia de vapor por segundo? Fig. 6.1
Humectador de vapor
6 Hojas de trabajo - Soluciones
• ¿Durante cuánto tiempo (en segundos) puede humectarse con el volumen de llenado antes de que el interruptor de flotador desconecte el humectador?
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Hoja de trabajo 3, página 2
Cálculo: Carga térmica sensible · QK = A T Como diferencia de temperatura se tiene en cuenta la diferencia entre la temperatura de la cámara y la temperatura de superficie. La superficie del humectador, así como el coeficiente de transferencia de calor se indican en la tarea: · W 2 118 K Q K = 0,1 m 8,0 --------------2 m K · Q K = 94,4 W Potencia de vapor El humectador tiene una potencia de 500 W, de entre los cuales 94,4 W se entregan mediante convección directamente a la cámara. En consecuencia, se utiliza el resto de la potencia para llevar a cabo la transición de fase del agua del estado líquido al vaporoso: · · · Q S = Q tot – Q K · Q S = 500 W – 94,4 W · Q S = 405,6 W Con la ayuda de la potencia de vapor determinada y la entalpía de evaporación del agua puede determinarse ahora el caudal másico. · S · = Q m ------S hS
100
6 Hojas de trabajo - Soluciones
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Hoja de trabajo 3, página 3
· m S
J 405,6 --s = ------------------------------J 2257000 -----kg
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· = 0,00018 kg/s m S
Tiempo de humectación El tiempo de humectación puede calcularse ahora con la ayuda de la masa de agua que aún puede evaporarse y el caudal másico de vapor: mW t = -------· m S
1,5 kg t = ----------------------------------0,00018 kg/s t = 8347 s
6 Hojas de trabajo - Soluciones
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6.4
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Hoja de trabajo 4: Aire húmedo Página 1 Objetivos didácticos: • Conocer las características fundamentales del aire húmedo.
Tareas: • Conteste a las siguientes preguntas. • Indique la temperatura húmeda y la temperatura del punto de rocío del aire húmedo con una temperatura de 16 °C y una humedad del 50 % en el diagrama h, x adjunto.
Tarea 1 ¿Qué se entiende por temperatura del punto de rocío? Por temperatura del punto de rocío se entiende aquella temperatura a la que el aire está saturado con vapor de agua. Si se sigue enfriando o humectando el aire en el estado del punto de rocío, se va formando agua de condensación.
102
6 Hojas de trabajo - Soluciones
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Hoja de trabajo 4, página 2
Tarea 2 ¿Qué se entiende por temperatura húmeda?
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La temperatura húmeda es la temperatura más baja que puede conseguirse por medio de la refrigeración por evaporación. Si se pulveriza agua líquida en aire no saturado, la temperatura del aire baja debido a la entalpía de evaporación del agua. La temperatura va bajando hasta que el aire está saturado de agua. Este punto significativo corresponde a la temperatura húmeda. En el diagrama h, x puede determinarse gráficamente la temperatura húmeda del aire, haciendo rotar una recta en el correspondiente punto de estado del aire hasta que la misma transcurra en paralelo a una isoterma de niebla. El punto de intersección de la recta con la línea de saturación corresponde entonces a la temperatura húmeda. Como las isotermas de niebla transcurren aproximadamente en paralelo con respecto a las líneas isentálpicas y en muchos diagramas h, x no se dibujan las isotermas de niebla, también puede hacerse girar una recta hasta la curva paralela con respecto a las líneas isentálpicas.
Tarea 3 ¿Cómo se comporta la temperatura del aire cuando se humecta con vapor de agua? Si se realiza la humectación con vapor, debe esperarse un ligero ascenso de la temperatura del aire.
6 Hojas de trabajo - Soluciones
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Hoja de trabajo 4, página 3
Temperatura del punto de rocío aproximadamente 5,5 °C Temperatura húmeda aproximadamente 10,5 °C
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6 Hojas de trabajo - Soluciones
ET 915
6.5
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Hoja de trabajo 5: Cálculos en el diagrama h, x Página 1 Objetivos didácticos: • Poder realizar cálculos sencillos en el diagrama h, x.
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Descripción de la tarea: Un climatizador tiene un caudal de 0,3 kg de aire seco por segundo. El aire entra en el climatizador con una temperatura de T1=25 °C y una humedad relativa de φ1=15 %. Primero se enfría el aire en un refrigerador a 15 °C. La temperatura de evaporación del agente frigorígeno en este proceso es de 5 °C. Después del enfriamiento se realiza la humectación con la ayuda de un humectador de vapor hasta alcanzar φ2=60 %. En la última sección del climatizador se vuelve a calefactar el aire con la ayuda de un calefactor con una potencia de 2,5 kW. a. Dibuje el proceso en el diagrama h, x adjunto. b. ¿Cuál es la potencia del refrigerador y del humectador? c. ¿Con qué temperatura y qué humedad relativa sale el aire del climatizador? d. ¿Debe esperarse formación de condensado en el refrigerador? e. ¿Cómo puede optimizarse el proceso desde el punto de vista energético? Indique el proceso optimizado con una línea discontinua en el diagrama h, x. La Fig. 6.2 muestra el esquema de la instalación.
6 Hojas de trabajo - Soluciones
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ET 915
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Hoja de trabajo 5, página 2
Fig. 6.2
Esquema de la instalación
AVISO Este tarea debe entenderse como una referencia en técnica de climatización y se pretende que los alumnos sigan formándose en el manejo con el diagrama h, x. Los valores numéricos no tienen ninguna relación directa con el sistema ET 915.
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Hoja de trabajo 5, página 3
6 Hojas de trabajo - Soluciones
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Hoja de trabajo 5, página 4 Potencia del refrigerador La potencia del refrigerador puede determinarse con la ayuda de la diferencia de entalpía y del caudal másico. La diferencia de entalpía puede determinarse con el diagrama h, x: Entalpía de entrada en el refrigerador h0In:
32000 J/kg
Entalpía de salida del refrigerador h0Out:
22500 J/kg
· · Q 0 = h 0In – h 0Out m kg J J · Q 0 = 32500 ------ – 22500 ------ 0,3 ----- kg kg s · Q 0 = 3000 W Potencia del humectador La potencia del humectador puede determinarse de igual modo que la potencia del refrigerador: · · Q h = h hIn – h hOut m J kg J · Q h = 32000 ------ – 22500 ------ 0,3 -----kg kg s · Q h = 2850 W En este examen se da por sentado que se utiliza un humectador con depósito de reserva, donde se calienta el agua hasta el punto de ebullición antes de que comience el proceso de humectación. Por lo tanto, durante la humectación se suprime la energía necesaria para calentar el agua fría hasta alcanzar los 100 °C.
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6 Hojas de trabajo - Soluciones
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SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Hoja de trabajo 5, página 5 Salida de aire El aire sale del climatizador con una temperatura de 23,5 °C y una humedad relativa del 37 %.
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Formación de condensado En el refrigerador no se va a formar agua de condensación, ya que la temperatura de evaporación del agente frigorígeno se encuentra por encima de la temperatura del punto de rocío del aire entrante. El punto de rocío se sitúa aproximadamente en -3 °C.
Proceso optimizado Se puede optimizar el proceso enfriando el aire en el refrigerador a tan solo 23 °C y humectándolo a continuación. En este caso sería posible dimensionar más pequeño el refrigerador y se podría suprimir la calefacción.
6 Hojas de trabajo - Soluciones
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SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
6 Hojas de trabajo - Soluciones
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SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Ensayos
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La selección de ensayos no pretende ser exhaustiva, sino que más bien se trata de una sugerencia para crear ensayos propios. Los resultados citados deben considerarse solo a título orientativo. En función de la ejecución de los distintos componentes, de la habilidad en el campo de la técnica de ensayo y de las condiciones ambientales, pueden presentarse divergencias en el experimento propio. No obstante, se pueden demostrar claramente las leyes de la física.
7 Ensayos
111
ET 915
7.1
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
ET 915.01 A continuación se pretende analizar cómo se comportan diferentes elementos de expansión al ser aplicada una carga frigorífica. A tal fin, se compara el tubo capilar con la válvula de expansión termostática. La atención principal aquí se centra en la diferencia de comportamiento de elementos de expansión reguladores y no reguladores al ser aplicada una carga frigorífica, es decir, al cambiar una de las condiciones de servicio. Primero se realiza sin carga el ensayo con una válvula de expansión termostática. En un primer momento, el calefactor permanece desconectado. Una vez alcanzado un estado estático y apuntados los valores de medición, se conecta adicionalmente el calefactor y se vuelve a esperar hasta que la instalación trabaje de forma estática. Entonces se repite el mismo ensayo con el tubo capilar.
Objetivos didácticos: • Poder indicar el proceso de circuito de una instalación frigorífica en un diagrama log p, h. • Poder describir los efectos de una carga frigorífica sobre el proceso de circuito. • Poder describir el comportamiento diferente de elementos de expansión reguladores y no reguladores
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7 Ensayos
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Tareas: • Capte todos los valores de medición relevantes para la elaboración del diagrama log p, h. • Dibuje los procesos de circuito de los 4 estados estáticos en un diagrama log p, h.
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• Describa la diferencia fundamental entre válvula de expansión termostática y tubo capilar en base a los valores de medición registrados. • Compare la potencia de frío de los 4 estados estáticos.
7 Ensayos
113
ET 915
7.1.1
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Preparación del ensayo • Encienda la instalación con el interruptor principal. • Habilite el circuito de frío abriendo la válvula electromagnética V5 (9) prevista a tal fin. • Conecte el ventilador del evaporador (8) y del condensador (4). • Conecte el compresor (5).
9 8 7 6 5 4 3 2 1
1 2 3 4 5
Válvula electromagnética V3 con derivación del colector Válvula electromagnética V2 detrás del colector Válvula electromagnética V1 delante del colector Ventilador del condensador Compresor
Fig. 7.1
114
6
Calefactor PTC
7
Uso con tubo capilar
8
Ventilador del evaporador
9
Uso con TEV
Diagrama del sistema y botones del software del equipo
7 Ensayos
ET 915
7.1.2
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Ejecución del ensayo • Lleve la instalación al estado estático con los ajustes descritos en el capítulo anterior. • Apunte todos los valores de medición relevantes.
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• Encienda la calefacción PTC. • Espere hasta que se produzca el estado estático. • Apunte todos los valores de medición relevantes. Repita todo el ensayo utilizando el tubo capilar (selección a través de la válvula electromagnética V4 [7]) como elemento de expansión. 7.1.3
Valores de medición TEV Sin carga
TEV Con carga
Tubo capilar sin carga
Tubo capilar con carga
T1 en °C
13,7
14,1
9,2
17,2
T2 en °C
52,0
60,2
59,1
59,3
T3 en °C
21,5
22,8
21,7
21,4
T4 en °C
26,0
26,8
26,4
6,4
T5 en °C
-19,4
-15,2
-17,7
-17,8
T6 en °C
-11,6
-7,7
-13,3
4,7
T7 en °C
-3,4
4,4
-2,8
7,1
p1 en bar abs
1,33
1,59
1,44
1,41
p2 en bar abs
7,87
8,09
7,90
7,86
p3 en bar abs
7,91
8,16
7,95
7,91
p4 en bar abs
1,36
1,67
1,47
1,47
Tab. 7.1
7 Ensayos
Valores de medición a modo de ejemplo (en función de las condiciones ambientales)
115
ET 915
Fig. 7.2
116
TEV con carga
Tubo capilar con carga Tubo capilar sin carga
Procesos en el diagrama log p, h
TEV sin carga
7.1.4
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
TEV y tubo capilar con y sin carga frigorífica
7 Ensayos
ET 915
7.1.5
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Evaluación
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Comportamiento de la válvula de expansión termostática bajo carga La válvula de expansión termostática tiende a mantener a un valor constante el sobrecalentamiento en la salida del evaporador. El sobrecalentamiento sin carga es de 7,8 K y con carga de 7,5 K, por lo que es prácticamente idéntico en ambos estados de servicio.
Fig. 7.3
TEV con y sin carga frigorífica Azul: con carga frigorífica Verde: sin carga frigorífica
Para regular ahora a un valor constante el sobrecalentamiento del agente frigorígeno en la salida del evaporador, es necesario reducir el caudal de agente frigorígeno a través de la válvula de expansión. Se sigue cerrando la válvula de expansión. No obstante, como el compresor del agente frigorígeno aspira siempre el mismo volumen geométrico, debe reducirse la presión del
7 Ensayos
117
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
agente frigorígeno y, por tanto, su densidad (presión de licuefacción. p = 0,24 bar, presión del evaporador. p = 0,29 bar). Debido a la reducción de la densidad, desciende el caudal másico y, consecuentemente, la potencia de frío del sistema. La válvula de expansión termostática se adapta en cada caso a las condiciones de servicio mediante abertura y cierre.
Comportamiento del tubo capilar bajo carga El tubo capilar forma parte del grupo de los elementos de expansión no reguladores, lo que se manifiesta especialmente en caso de condiciones de servicio irregulares. Debe estar especialmente concebido para una determinada potencia de frío, hecho que se pretende demostrar con este ensayo. Si se utiliza la instalación sin carga, la temperatura de evaporación medida es T4 =-17,7 °C y la temperatura en la salida del evaporador es T5 = -13,3 °C. Por lo tanto, el agente frigorígeno sale del evaporador con un sobrecalentamiento muy reducido. Los valores de medición muestran que el tubo capilar es demasiado corto para el estado de servicio dado y las condiciones ambientales (Tamb=19,6 °C) que existen en este momento. Se debería inyectar un poco menos de agente frigorígeno en el evaporador.
118
7 Ensayos
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ET 915
Fig. 7.4
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Tubo capilar con y sin carga frigorífica Amarillo: con carga frigorífica Negro: sin carga frigorífica
En cambio, si se realiza el ensayo con carga, se produce durante el funcionamiento con tubo capilar un sobrecalentamiento de 22,5 K, siendo este un indicio de que no se está utilizando el evaporador de forma eficiente. La cantidad de agente frigorígeno inyectado no es suficiente y para el sobrecalentamiento se utiliza demasiada superficie del evaporador. Para que la instalación pudiera trabajar de forma satisfactoria en este punto de funcionamiento, debería utilizarse un capilar más corto. Además, se puede observar que la presión de licuefacción y la presión del evaporador en ambos casos están inalteradas. Por lo tanto, el tubo capilar no se adapta a las condiciones de servicio modificadas.
7 Ensayos
119
ET 915
7.2
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
ET 915.02 ensayo 1 En este ensayo se pretende analizar el comportamiento de una instalación frigorífica bajo carga frigorífica. A tal fin, el flujo de agente frigorígeno se ajusta de tal modo que el ajustado solo pasa a través de la cámara inferior. Primero se lleva la instalación al estado estático con la calefacción apagada, es decir, sin carga frigorífica, y se apuntan los valores de medición. A continuación, se enciende la calefacción y se vuelve a poner la instalación en estado estático.
Objetivos didácticos: • Poder indicar el proceso de circuito de una instalación frigorífica en un diagrama log p, h. • Poder describir los efectos de una carga frigorífica sobre el proceso de circuito.
Tareas: • Capte todos los valores de medición relevantes para la elaboración del diagrama log p, h. • Dibuje los procesos con y sin carga frigorífica en un diagrama log p, h. Tenga en cuenta la pérdida de presión a través del evaporador.
120
7 Ensayos
ET 915
7.2.1
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Preparación del ensayo • Encienda la instalación con el interruptor principal. • Habilite el circuito de frío abriendo la válvula electromagnética (4) prevista a tal fin. • Conecte el ventilador del evaporador inferior y del condensador.
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• Conecte el compresor (5). 11
10
9
8 7 6 5 4
3
2
1
1 2 3 4 5 6
Ventilador del condensador
Funcionamiento con TEV de la cámara superior Compresor 8 Calefacción de la cámara superior Calefacción de la cámara inferior 9 Ventilador del evaporador superior Válvula del circuito inferior 10 Servicio en serie de los evaporadores Ventilador del evaporador inferior 11 Servicio paralelo de los evaporadores Servicio de capilar de la cámara superior 12
Fig. 7.5
7 Ensayos
7
Diagrama del sistema y botones del software del equipo
121
ET 915
7.2.2
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Ejecución del ensayo • Lleve la instalación al estado estático con los ajustes descritos en el Capítulo 7.2.1. • Apunte todos los valores de medición relevantes. • Encienda la calefacción de la cámara inferior. • Espere hasta que se produzca el estado estático. • Apunte todos los valores de medición relevantes.
7.2.3
Valores de medición
Sin carga frigorífica
T1 en °C
T2 en °C
T4 en °C
T9 en °C
p1 en bar
p2 en bar
p5 en bar
21,4
50,9
27,1
-7,0
1,4
7,6
1,8
Con carga frigorífica
T1 en °C
T2 en °C
T4 en °C
T9 en °C
p1 en bar
p2 en bar
p5 en bar
20,5
52,2
27,4
-4,0
1,7
7,8
2,0
Tab. 7.2
122
Valores de medición con y sin carga frigorífica
7 Ensayos
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Procesos en el diagrama log p, h
Fig. 7.6
Efecto de la carga frigorífica en el diagrama log p, h
Sin carga frigorífica
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7.2.4
7 Ensayos
Con carga frigorífica
ET 915
123
ET 915
7.2.5
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Conclusión Si se compara el proceso de refrigeración con y sin carga, llama la atención que la presión de evaporación es mayor si la carga frigorífica está conectada. La presión de evaporación es mayor porque, a mayor carga, la válvula de expansión inyecta más agente frigorígeno en el evaporador para mantener el sobrecalentamiento en el valor ajustado en la válvula de expansión. Pero como el compresor funciona a un número de revoluciones constante y aspira siempre el mismo flujo volumétrico geométrico, lógicamente tiene que aumentar la presión en el evaporador. Además, se puede registrar un ligero ascenso de la presión de licuefacción. Hay más presión en el condensador porque con la carga frigorífica conectada es necesario evacuar más energía a través del condensador. Para poder evacuar la energía adicional en el condensador, es necesario que aumenten la temperatura de condensación y, consecuentemente, la presión de licuefacción.
124
7 Ensayos
ET 915
7.3
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
ET 915.02 ensayo 2
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En este ensayo se pretenden hacer funcionar las dos cámaras frigoríficas en paralelo. Además, se va a utilizar ahora el regulador de presión de evaporación para poder ajustar diferentes presiones de evaporación en los dos evaporadores. La instalación funciona sin carga durante el ensayo.
Objetivos didácticos: • Poder elaborar el diagrama log p, h del proceso de dos etapas en base a los valores de medición captados. • Poder describir el efecto del segundo evaporador sobre el proceso en su conjunto.
Tareas: • Apunte todos los valores de medición relevantes. • Dibuje el proceso de circuito en un diagrama log p, h. • Describa los efectos que tiene el segundo evaporador sobre el proceso. Utilice a tal fin los resultados de ensayo del Capítulo 7.2.
7 Ensayos
125
ET 915
7.3.1
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Preparación del ensayo • Encienda la instalación con el interruptor principal. • Habilite el circuito de frío abriendo las válvulas electromagnéticas (4) y (7) previstas a tal fin. • Conecte el ventilador del evaporador inferior y del condensador. • Conecte el compresor (5). 11
10
9
8 7 6
5 4 3
2
1
1
Ventilador del condensador
2 3 4 5 6
Compresor Calefacción de la cámara inferior Válvula del circuito inferior Ventilador del evaporador inferior Servicio de capilar de la cámara superior
Fig. 7.7
126
7
Funcionamiento con TEV de la cámara superior 8 Calefacción de la cámara superior 9 Ventilador del evaporador superior 10 Servicio en serie de los evaporadores 11 Servicio paralelo de los evaporadores
Diagrama del sistema y botones del software del equipo
7 Ensayos
ET 915
7.3.2
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Ejecución del ensayo • Lleve la instalación al estado estático.
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• Ajuste en el regulador de presión de evaporación una presión superior a la presión de evaporación del evaporador inferior. La presión de evaporación puede regularse con la ayuda de una llave de hexágono interior de 8 mm: – Girando el tornillo de ajuste en el sentido de las agujas del reloj, aumenta la presión de evaporación. – Girando el tornillo de ajuste en el sentido contrario al de las agujas del reloj, baja la presión de evaporación. – Media vuelta implica una modificación de la presión de unos 0,5 bar. • Lleve la instalación al estado estático con los nuevos ajustes. • Apunte todos los valores de medición relevantes.
7.3.3
Valores de medición
T1 en °C
T2 en °C
T4 en °C
T6 en °C
T9 en °C
p1 en bar
21,0
50,0
27,6
4,4
-1,9
1,7
Tab. 7.3
7 Ensayos
p2 en bar p4 en bar p5 en bar 7,8
3,2
2,2
Valores de medición en caso de servicio paralelo de los evaporadores
127
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
7.3.4
Diagrama log p, h
Fig. 7.8
Diagrama log p, h del proceso con evaporadores funcionando en paralelo
128
7 Ensayos
ET 915
7.3.5
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Conclusión
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Si la instalación funciona con dos evaporadores funcionando en paralelo, la primera particularidad es que el caudal másico de agente frigorígeno puesto a disposición por el compresor se reparte entre dos evaporadores. Con el regulador de presión de evaporación montado en el modelo ET 915.02, es posible además ajustar en los evaporadores diferentes presiones de evaporación y, consecuentemente, diferentes temperaturas de evaporación. Esto permite equipar una instalación frigorífica que funciona con un compresor común, con una etapa de refrigeración y una de congelación. Al evaporador con la mayor presión de evaporación se aplica entonces menos agente frigorígeno que al que tiene la menor presión de evaporación. Esto se muestra entre otros aspectos, en la menor potencia de frío del evaporador, hecho evidente por la mayor temperatura de la cámara. En comparación con el proceso con un solo evaporador, en caso del servicio paralelo, la presión de aspiración p1 del compresor aumenta. Esto se muestra cuando se comparan los valores de medición de este ensayo con los del Capítulo 7.2 (los valores de medición sin carga frigorífica). El motivo del ascenso es que, en caso del servicio paralelo, la carga frigorífica total es mayor y las dos válvulas de expansión inyectan más agente frigorígeno en los evaporadores de lo que sería el caso del funcionamiento individual. Debido a la mayor carga frigorífica también aumenta la presión de licuefacción p2 en el sistema.
7 Ensayos
129
ET 915
7.4
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
ET 915.06 En este ensayo se pretende analizar el cambio de estado durante la refrigeración del aire: A tal fin, se dibuja el cambio de estado del aire en un diagrama h, x. Además, deben debatirse las desviaciones con respecto a la curva teórica del cambio de estado. Asimismo, debe registrarse el proceso de refrigeración, es decir, el cambio de estado del agente frigorígeno en un diagrama log p, h.
Objetivos didácticos: • Poder registrar el cambio de estado del aire en un diagrama h, x. • Poder explicar las desviaciones entre el cambio de estado teórico y el cambio de estado práctico del aire. • Poder dibujar el diagrama log p, h del proceso de refrigeración.
Tareas: • Capte todas las temperaturas relevantes y humedades relativas para la elaboración del cambio de estado del aire. • Dibuje el cambio de estado del aire en un diagrama h, x. • Dibuje el proceso de refrigeración en un diagrama log p, h.
130
7 Ensayos
ET 915
7.4.1
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Preparación del ensayo • Encienda la instalación con el interruptor principal. • Habilite el circuito de frío abriendo la válvula electromagnética V4 (1) prevista a tal fin.
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• Conecte el ventilador (2). La chapa de estrangulación le permite regular el caudal de aire en la entrada al ventilador. • Conecte el compresor (1).
1 2 3 4 5 6 7
1 2 3 4 5 6 7 Fig. 7.9
7 Ensayos
Compresor Ventilador Ventilador del condensador Válvula electromagnética V1 delante del colector Válvula electromagnética V4 para el circuito de refrigeración Válvula electromagnética V2 detrás del colector Válvula electromagnética V3 con derivación del colector Diagrama del sistema y botones del software del equipo
131
ET 915
7.4.2
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Ejecución del ensayo • Introduzca en el campo Punto de ajuste la temperatura deseada para T8 como valor teórico (aquí: 12 °C). Como se trata de un mero proceso de refrigeración, la temperatura seleccionada para T8 debe ser inferior a la temperatura ambiente (T7).
Fig. 7.10
• Defina en el campo Histéresis el margen para la histéresis (aquí: 0,1 K). • Encienda la regulación de la temperatura. • Espere hasta que se produzca el estado estático. Esto ocurre cuando la temperatura T8 y la humedad relativa H2 ya no cambian nada o solo cambian muy poco y la temperatura T8 en el caso ideal ha alcanzado el valor teórico. • Apunte los valores de medición necesarios para la evaluación del ensayo.
7.4.3
Valores de medición
T7 en °C
H1 en %
T8 en °C
H2 en %
DP1 en mbar
27,4
37,1
12,0
67
3,19
Tab. 7.4
Valores de medición del lado de aire
T1 en °C T2 en °C T3 en °C T4 en °C T5 en °C T6 en °C 14,6 Tab. 7.5
132
47,6
31,3
31,2
0,2
1,6
p1 en bar
p3 en bar
2,50
8,36
Valores de medición del lado de agente frigorígeno
7 Ensayos
ET 915
7.4.4
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Cambios de estado en el diagrama h, x
T7, H1
Pro
ces o de refr ige
raci ón
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Humedad del aire a la que no se produciría la deshumectación
Temperatura del punto de rocío del estado T7, H1
T8, H2
Temperatura del punto de rocío del estado T8, H2
Fig. 7.11
7 Ensayos
Humedad absoluta del aire del estado T7, H1
Humedad absoluta del aire del estado T8, H2
Temperatura de la superficie T5 del refrigerador
Cambio de estado durante la refrigeración en el diagrama h, x
133
ET 915
7.4.5
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Proceso de refrigeración en el diagrama log p, h
Fig. 7.12
134
Proceso de refrigeración en el diagrama log p, h
7 Ensayos
ET 915
7.4.6
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Conclusión
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El aire se enfría de 27,4 °C a 12,0 °C. En este proceso se realiza además una deshumectación del aire. La deshumectación se produce porque la temperatura de la superficie del refrigerador está por debajo de la temperatura del punto de rocío del aire, por lo que el condensado se va acumulando sobre la superficie del refrigerador. La temperatura del punto de rocío del aire entrante es de aproximadamente 11,5 °C, siendo la temperatura de evaporación del agente frigorígeno y, consecuentemente, la temperatura de la superficie del refrigerador de aproximadamente 0,2 °C (lo que corresponde a la temperatura de evaporación a una presión de 3,0 bar). La deshumectación solo puede evitarse si la temperatura de evaporación está por encima de la temperatura del punto de rocío.
7 Ensayos
135
ET 915
7.5
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
ET 915.07 ensayo 1 En este ensayo se pretenden analizar los diferentes cambios de estado del aire en el régimen de aire exterior: • Refrigerar • Calentar • Humectar • Deshumectar A tal fin, se dibujan los correspondientes cambios de estado en un diagrama h, x. Además, deben debatirse las desviaciones con respecto a la curva teórica de los cambios de estado.
Objetivos didácticos: • Poder registrar los diferentes cambios de estado del aire en un diagrama h, x. • Poder explicar las desviaciones entre el cambio de estado teórico y el cambio de estado práctico del aire.
Tareas: • Capte todas las temperaturas relevantes y humedades relativas para la elaboración de los 4 cambios de estado del aire. • Dibuje los 4 cambios de estado del aire en un diagrama h, x. • Dibuje el proceso de refrigeración en un diagrama log p, h.
136
7 Ensayos
ET 915
7.5.1
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Preparación del ensayo • Encienda la instalación con el interruptor principal. • Habilite el circuito de frío abriendo la válvula electromagnética (6) prevista a tal fin. • Cambie la instalación al régimen de aire exterior (1).
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• Conecte el ventilador (2). • Conecte el compresor con el condensador (7). 1 2 3 4 5 6
7
1 2 3 4 5 6 7 Fig. 7.13
7 Ensayos
Tapón de inversión Ventilador Recalentador Precalentador Humectador Válvula electromagnética para el circuito de refrigeración Compresor con condensador Diagrama del sistema y botones del software del equipo (aquí: refrigerar)
137
ET 915
7.5.2
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Ejecución del ensayo • Lleve a cabo un total de 4 ensayos parciales: • Refrigerar • Deshumectar • Calentar • Humectar y comience con el ensayo parcial "Refrigerar" según se describe en el Capítulo 7.5.1. • Espere con cada ensayo parcial hasta que se produzca el estado estático. Esto ocurre cuando la temperatura T11 y la humedad relativa H4 ya no cambian nada o solo cambian muy poco. • Apunte los valores de medición necesarios para la evaluación del ensayo. Active los siguientes elementos (compare con la Fig. 7.13) para los diferentes ensayos: Refrigerar: – Válvula electromagnética (6) – Compresor con condensador (7) – Ventilador (2) Deshumectar: – Válvula electromagnética (6) – Compresor con condensador (7) – Ventilador (2) – Recalentador (3)
138
7 Ensayos
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Calentar: – Ventilador (2) – Precalentador (6) – Recalentador (1)
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Humectar: ADVERTENCIA El contacto con el humectador del aire puede provocar quemaduras. • No entrar en contacto con el humectador del aire.
– Ventilador (2) – Humectador (4) 7.5.3
Valores de medición T7 en °C
Refrigerar
22,7 Deshumectar Calentar
T7 en °C 21,5 T7 en °C 23,5
Humectar
T7 en °C 21,8
Tab. 7.6
Refrigerar
7 Ensayos
48
14,3
63
H1 en % T11 en °C H4 en % 44
18,1
48
H1 en % T11 en °C H4 en % 44
37,1
21
H1 en % T11 en °C H4 en % 47
23,9
65
Valores de medición del lado de aire
T5 en °C T6 en °C 0,7
Tab. 7.7
H1 en % T11 en °C H4 en %
5,4
Valores de medición del lado de agente frigorígeno
139
ET 915
7.5.4
Fig. 7.14
140
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Cambios de estado en el diagrama h, x
Refrigerar
Humectar
Deshumectar
Calentar
Cambios de estado en el diagrama h, x
7 Ensayos
ET 915
7.5.5
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Conclusión Refrigerar
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Durante la refrigeración se enfría el aire de 22,7 °C a 14,3 °C. En este proceso se realiza además una deshumectación del aire. La deshumectación se produce porque la temperatura de la superficie del refrigerador está por debajo de la temperatura del punto de rocío del aire, por lo que el condensado se va acumulando sobre la superficie del refrigerador. La temperatura del punto de rocío del aire entrante es de aproximadamente 11,5 °C, siendo la temperatura de evaporación del agente frigorígeno y, consecuentemente, la temperatura de la superficie del refrigerador de aproximadamente 0,7 °C. La deshumectación solo puede evitarse si la temperatura de evaporación está por encima de la temperatura del punto de rocío.
Deshumectar El proceso de deshumectación se diferencia del proceso de refrigeración solo por el hecho de que se calienta el aire después de la refrigeración en el recalentador. Esto se ve claramente al comparar la diferencia de temperatura del proceso de refrigeración (8,4 K) entre la entrada y la salida con la del proceso de deshumectación (3,4 K). También se puede observar que la potencia del refrigerador es mayor que la del recalentador, lo que puede verse porque la temperatura de salida T11 es menor que la temperatura de entrada T7.
7 Ensayos
141
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Calentar El proceso de calentamiento se realiza estando activos el precalentador y el recalentador. Según la teoría, la humedad absoluta del aire no debe cambiar, ya que durante el proceso no se añade ni se evacua agua. No obstante, en el ensayo existe una pequeña desviación con respecto a la teoría. Esta desviación se produce debido a imprecisiones de la medición durante la determinación de las humedades relativas.
Humectar Como sistema de humectación se utiliza aquí un humectador de vapor. En teoría, este proceso se desarrolla de forma aproximadamente isotérmica. No obstante, aquí se origina un aumento de la temperatura de 2,1 K. Este aumento de la temperatura se produce principalmente por el calentamiento del canal de conducción del aire a través del humectador de vapor. El conducto de ventilación actúa entonces adicionalmente como calefacción.
142
7 Ensayos
ET 915
7.6
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
ET 915.07 ensayo 2
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En este ensayo se debe estudiar la diferencia energética entre el régimen de aire exterior y el régimen de aire circulante. A tal fin, se hace funcionar la ET 915.07 en el régimen de refrigeración: una vez en el régimen de aire exterior y otra vez en el régimen de aire circulante hasta alcanzar el estado estático. Ambos cambios de estado del aire deben registrarse en un diagrama h x.
Objetivos didácticos: • Conocer la diferencia energética entre el régimen de aire exterior y el régimen de aire circulante.
Tareas: • Dibuje el proceso de refrigeración del régimen de aire exterior y del régimen de aire circulante en un diagrama h, x. • Describa la diferencia entre el régimen de aire exterior y el régimen de aire circulante en base a los valores de medición.
7 Ensayos
143
ET 915
7.6.1
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Preparación del ensayo • Encienda la instalación con el interruptor principal. • Habilite el circuito de frío abriendo la válvula electromagnética (6) prevista a tal fin. • Cambie la instalación al régimen de aire exterior (1). • Conecte el ventilador (2). • Conecte el compresor con el condensador (7). 1 2 3 4 5 6
7
1 2 3 4 5 6 7 Fig. 7.15
144
Tapón de inversión Ventilador Recalentador Precalentador Humectador Válvula electromagnética para el circuito de refrigeración Compresor con condensador Diagrama del sistema y botones del software del equipo (aquí: refrigerar)
7 Ensayos
ET 915
7.6.2
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Ejecución del ensayo Haga funcionar la instalación primero en el régimen de aire exterior.
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• Espere hasta que se produzca el estado estático. Esto ocurre cuando la temperatura T11 y la humedad relativa H4 ya no cambian nada o solo cambian muy poco. • Apunte todos los valores de medición relevantes. • Cambie la instalación al régimen de aire circulante. • Vuelva a llevar la instalación al estado estático. • Apunte todos los valores de medición relevantes.
7.6.3
Valores de medición Refrigeración del aire exterior
T7 en °C
Refrigeración del aire circulante
T7 en °C
Tab. 7.8
Tab. 7.9
7 Ensayos
14,3
63
H1 en % T11 en °C H4 en % 44
4,1
59
T5 en °C T6 en °C
Aire exterior
Aire circulante
20,2
48
Valores de medición del lado de aire
Refrigerar
Refrigerar
22,7
H1 en % T11 en °C H4 en %
0,7
5,4
T5 en °C T6 en °C -8,6
-3,8
Valores de medición del lado de agente frigorígeno
145
ET 915
7.6.4
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Cambio de estado en el diagrama h, x
Aire exterior
Aire circulante Fig. 7.16
146
Cambios de estado en el diagrama h, x
7 Ensayos
ET 915
7.6.5
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Conclusión
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Si la instalación funciona en el régimen de aire circulante, pueden alcanzarse temperaturas del aire considerablemente más bajas que en el régimen de aire exterior. El motivo es que en el régimen de aire circulante el aire refrigerado por el refrigerador vuelve a ser aportado al refrigerador, por lo que se alcanza sucesivamente el estado estático. De ello puede deducirse que a una temperatura deseada T11 (aquí: la temperatura del recinto climatizado) de unos supuestos 15 °C, la instalación frigorífica debe estar funcionando continuamente en el régimen de aire exterior y en el régimen de aire circulante solo en determinados intervalos (regulación de dos puntos). Esto permite un ahorrar energía y, consecuentemente, también en costes de funcionamiento.
7 Ensayos
147
ET 915
148
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
7 Ensayos
ET 915
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8
Anexo
8.1
Datos técnicos ET 915
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Dimensiones Profundidad Anchura Altura
aprox. 630 mm aprox. 850 mm aprox. 320 mm
Alimentación eléctrica Monofásica 230 V,~50 Hz Consumo nominal (potencia) 350 W Para las alternativas opcionales, ver la placa de características Compresor Tipo:
compresor alternativo hermético
Consumo de potencia (a 5/40 °C) Potencia de frío (a 5/40 °C) Agente frigorígeno
174 W 443 W R134a
Manómetros analógicos Rango de alta presión Rango de baja presión
-1...24 bar -1...9 bar
Sensor de presión Rango de alta presión Rango de baja presión
0...16 bar 0...10 bar
Rango de medición de temperatura Rango de alta presión 0...100 °C Rango de baja presión -50...50 °C
8 Anexo
149
ET 915
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Condensador (tc =40 °C, tamb =25 °C) Superficie 0,75 m2 Potencia de flujo del ventilador 330 m3/h Potencia 665 W Consumo de potencia del ventilador 30 W Colector Capacidad
0,7 L
ET 915.01 Dimensiones Profundidad aprox. 380 Anchura aprox. 840 Altura aprox. 550 Consumo nominal (potencia) 250
mm mm mm W
Dimensiones Profundidad aprox. 380 Anchura aprox. 840 Altura aprox. 750 Consumo nominal (potencia) 500
mm mm mm W
Dimensiones Profundidad aprox. 370 Anchura aprox. 970 Altura aprox. 600 Consumo nominal (potencia) 120
mm mm mm W
ET 915.02
ET 915.06
Sensor de presión diferencial Cerámica 0...10 mbar Rango de medición de temperatura calHT 0...50 °C
150
8 Anexo
ET 915
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ET 915.07 Dimensiones Profundidad Anchura Altura Consumo nominal (potencia)
410 840 670 800
Precalentador, recalentador Consumo de potencia
250 W
Calefacción, humectador Consumo de potencia
150 W
mm mm mm W
Rango de medición de temperatura calHT 0...50 °C
Adquisición de datos de medición Entorno del programa: Tiempo de funcionamiento LabVIEW Requisitos exigidos al sistema: Ordenador con procesador Pentium IV, 1 GHz Mínimo 2048 MB RAM Mínimo 1 GB de capacidad de memoria libre en el disco duro 1 unidad de CD-ROM 1 puerto USB Resolución de la tarjeta gráfica mín. 1024 x 768 píxeles, True Color Windows Vista / Windows 7 / Windows 8
8 Anexo
151
ET 915
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
8.2
Lista de los indicios y símbolos en las fórmulas más importantes
Símbolos en las fórmulas
152
Magnitud
Unidad
· m
Caudal másico
· Q
Flujo térmico
W
A
Superficie
m²
h
Entalpía específica
J/kg
k
Coeficiente de transferencia de calor
W/K
n
Número de revoluciones
min-1
p
Presión
bar
P
Potencia
W
q
Potencia térmica específica
J
T
Temperatura
t
Tiempo
kg/s
°C, K s
8 Anexo
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Índices
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Índice 0
Evaporación
0F
Evaporación en el congelador
0C
Evaporación en el refrigerador
1...n
8 Anexo
Explicación
Puntos de medición 1...n
c
Condensación
C
Refrigerador (cámara de refrigeración normal)
F
Congelador (cámara de congelación)
V
Compresor
153
ET 915
8.3
SISTEMA DE PRÁCTICAS HSI - REFRIGERACIÓN E INGENIERÍA CLIMÁTICA
Lista de los símbolos para el esquema del proceso Símbolo
Denominación Compresor Depósito, en general Calefacción o refrigeración
Transmisor de calor de tubo con aletas con ventilador
Tuboaccesorio, en general
Tuboaccesorio con accionamiento por imán
Tuboaccesorio con comportamiento de ajuste constante Válvula de retención Línea de flujo Línea de acción Punto de medición con indicación in situ Punto de medición con evaluación a distancia
Válvula de expansión termostática
Mirilla con indicador de humedad
154
8 Anexo
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