Maquetas refrigeracion y AC

Departamento de Electricidad y Electromecánica

Sistemas de Refrigeración y aire acondicionado. Maquetas sistema frigorífico.

NOMBRE: Felipe Andrés Monsalve Solar. CARRERA: Electricidad Industrial mención: Electromecánica ASIGNATURA: Sistemas de refrigeración y aire acondicionado PROFESOR: Ing. Cristian Alejandro Arancibia Andrade FECHA: Miércoles 02 de diciembre de 2015

Introducción. Los sistemas de refrigeración datan desde hace miles de años debido a que, desde sus inicios, la humanidad ha tenido la necesidad de conservar alimentos, enfriar bebidas y mantener ciertas temperaturas aunque estas varíen debido a factores naturales. Pero: ¿cómo se logra esto? ¿Qué proceso se debe hacer para mantener ciertas temperaturas? ¿Qué equipos se necesitan para lograrlo? ¿Cómo funciona un sistema de refrigeración?, etc. El presente informe tiene como objetivo dar respuesta a estas interrogantes. Estudiaremos el funcionamiento, partes y procesos de un sistema de refrigeración, tomando como ejemplo las dos maquetas presentes en los laboratorios de Inacap Valdivia, que representan, a pequeña escala, un sistema completo de refrigeración, tanto industrial como doméstico. Ya que el principio de funcionamiento es idéntico en ambos casos.

Principio de funcionamiento de un sistema de refrigeración. La refrigeración es un proceso cerrado que tiene como objetivo principal extraer el calor de los productos, bajando o manteniendo así su temperatura. Para lograrlo, un sistema de refrigeración debe tener cuatro etapas fundamentales para su funcionamiento: Etapa de compresión: Compuesta, principalmente, por un sistema motriz llamado compresor que sea capaz de comprimir el líquido refrigerante, quedando en forma semi-gaseosa, para que pueda circular por el circuito de refrigeración hasta el condensador. En nuestro caso, observamos un compresor hermético de pistón en ambas maquetas. El cual mediante un motor eléctrico monofásico hace girar un cigüeñal, que a su vez, permite el movimiento de un pistón en un cilindro. El refrigerante, acumulado en el fondo del compresor, sube hasta el cilindro por medio de orificios internos del compresor. En donde se comprime y aumenta su temperatura para salir por medio de la línea de presión hacia el resto del circuito. Además, internamente el compresor debe tener aceite lubricante. En los casos de ambas maquetas se utilizaba R-134, el cual pertenece a la familia de los Hidrofluorocarbonos. Etapa Condensador: En esta etapa el refrigerante se ve forzado a circular por un dispositivo llamado condensador. De esta forma se extrae el calor del refrigerante obtenido en el compresor y de los productos. Esto se logra haciendo que el refrigerante circule por un determinado número de vueltas a través de cañerías generalmente de cobre, dispuestas generalmente de forma circular. Sucede que el refrigerante, al estar en contacto con las paredes del condensador, disipa todo ese calor en las determinadas vueltas y/o aletas del condensador, a tal punto de que el refrigerante en forma de gas, pase a ser semi-liquido, pero conservando su alta presión. En determinados casos el condensador tiene un ventilador que ayuda a disipar todo ese calor, logrando una condensación más eficiente. Etapa de expansión: Generalmente es un tubo capilar de diámetro más pequeño que el resto de las cañerías del circuito de refrigeración, se puede identificar porque conecta la etapa de condensador y evaporador, además que tiene un número calculado de vueltas. La función de este tubo capilar es “estrangular” el gas refrigerante. Por lo tanto aumenta el caudal del refrigerante, manteniendo la presión y la baja temperatura. En términos prácticos, a la salida del tubo capilar, el refrigerante salga en forma de spray a baja temperatura. Generando un déficit de energía calórica que será aprovechada por la siguiente etapa.

Etapa de evaporador: constructivamente, el evaporador es muy similar al condensador pero sus funciones son distintas. El evaporador tiene como función principal absorber el calor de los productos. En las cámaras de refrigeración es la parte visible del sistema. El gas refrigerante llega a baja temperatura hacia al evaporador, por el cual circula a través de sus vueltas. El efecto que se produce es que el calor del producto es absorbido por el gas, generando un efecto de enfriamiento. En consecuencia el gas aumenta su temperatura y sigue circulando hasta el compresor, en donde el ciclo se repite hasta que el sistema se detenga. Notas: En los sistemas de refrigeración, nos podemos encontrar con otros dispositivos tales como: filtros, visores de líquido, presóstatos, manómetros, etc. Los cuales sirven para controlar o visualizar distintos parámetros o para aumentar o disminuir la eficiencia del sistema de refrigeración. Maqueta N°1 En la primera maqueta, observamos un sistema de refrigeración simple que consta de los siguientes elementos.

1. Compresor: es el “corazón” del sistema, ya que es el responsable de la circulación del refrigerante. Como se dijo anteriormente, pertenece a la familia de los compresores herméticos de pistón. 1a. Pipeta de carga: es la vía por donde se introduce el refrigerante, tiene una pequeña válvula en su extremo. 1b. Líneas de presión y retorno: a través de estas líneas, el refrigerante sale del compresor y regresa al mismo, respectivamente. Se

pueden identificar porque la línea de presión estará conectada al condensador y la línea de retorno al evaporador. La línea de presión está conectada al manómetro de color rojo (alta presión) y la línea de retorno se conecta con el manómetro de color azul (baja presión). 2. Condensador: Tal como se mencionó anteriormente, es el encargado de enfriar el refrigerante, ya que este circula por sus espiras, disipando el calor del compuesto refrigerante. En este caso observamos un condensador de tubo desnudo su eficiencia es menor en relación al condensador de tubo y aleta. Los recipientes simulan una circulación de agua, la cual actuaría como disipador natural de calor, ayudando en cierto modo a enfriar el refrigerante. 3. Filtro del sistema: Se encarga de retener agentes externos tales como: partículas sólidas, humedad, y cuerpos “no-condensables”. En él se indica una dirección del flujo de refrigerante lo que facilita su instalación. 4. Tuvo capilar restrictor: En esta parte del circuito, la sección de la cañería se reduce radicalmente, obligando al refrigerante a ganar velocidad, pero conservando la presión desde el condensador. Este tubo capilar tiene una longitud calculada de tal forma que el refrigerante tenga cierto caudal hasta llegar a la etapa de evaporador. En ambos casos el tubo capilar es de cobre recocido, a diferencia del resto de las cañerías de bronce. 5. Evaporador: en esta parte de circuito, el refrigerante está a baja presión y en forma atomizada por el efecto del tubo capilar. Debido a la baja temperatura del refrigerante en esta etapa, se ve obligado a absorber el calor de otras fuentes (productos) para estabilizarse y seguir circulando. El evaporador es la cara visible de un sistema de refrigeración, generalmente están dispuestos en las cámaras de refrigeración o congeladores según sea el caso. 6. Presóstato: Este elemento de control modifica la presión en el sistema a partir de un ajuste de temperatura “set point” previamente establecido. Cuando la temperatura establecida se ve afectada por perturbaciones externas, este elemento contrarresta dichas variaciones, manteniendo el valor programado. Todo lo anterior es gracias a un sensor ubicado en el evaporador. 7. Manómetro de baja: este elemento muestra la presión en las unidades bar y psi, además de la temperatura según el refrigerante usado. Está conectado a la línea de retorno. Se identifica por el color azul. 8. Manómetro de alta: al igual que el anterior, muestra la presión en las mismas escalas además de las temperaturas de refrigerante. Está conectado a la línea de presión. Se identifica por el color rojo 9. Controlador o display: elemento encargado a mostrar la temperatura del sistema. Configurable en grados Celsius y Fahrenheit. Funciona en conjunto con el sensor de temperatura. 10.Visores de flujo: Elementos similares a un lente que permiten ver el flujo del refrigerante en directo mientras el sistema esté en funcionamiento.

Maqueta N°2 Esta maqueta cumple la misma función pero tiene algunas diferencias con la anterior, se explican a continuación: A simple vista se pudo notar que la maqueta era automatizada con un tablero de control por plc y sensores, es decir, no era necesaria la intervención de un operador para controlar el sistema:

La diferencia de esta maqueta con la anterior, es que tiene condensador y evaporador de tubo y aletas. Lo que ayuda bastante a enfriar el refrigerante y absorber el calor de los productos respectivamente. Además el condensador es denominado “de tiro forzado” ya que tiene un ventilador que mejora aún más el proceso de transformación de gas a semi-liquido. En esta maqueta la línea de presión tiene curvas que permiten estabilizar el gas para que llegue al condensador de tubo y aletas que ayudan a disipar el calor del refrigerante. A la salida del condensador nuevamente tenemos un filtro con dirección de flujo indicada, luego un tubo capilar nuevamente hace la diferencia de caudal y pulveriza el refrigerante, el cual entra al evaporador que, al igual que el condensador, tiene tubo y aletas. Al igual que la maqueta anterior dispone de manómetros de alta y baja presión pero además hay sensores ubicados tras los manómetros, los cuales toman lecturas y envían señales al PLC permitiendo que este último abra o cierre válvulas o regule el sistema de forma automatizada, sin la necesidad de un operario. Generalmente, el PLC va conectado a un HMI o interfaz hombre-máquina en la cual se visualizan las variables de presión. Esta maqueta también dispone de un selector de control manual-automático, lo que permite que funcione de forma automatizada o de forma manual, tal como la anterior, según sea la necesidad. Además de un controlador que muestra las temperaturas del sistema. Como se observa en algunas secciones de la maqueta, las cañerías de circulación tienen aislante térmico, esto ayuda bastante en las etapas donde se requiere mantener la temperatura del refrigerante. Conclusiones 

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La eficiencia de un sistema frigorífico depende netamente de sus componentes, tal como vimos los sistemas con equipos de tubo y aletas presentan un mayor desempeño con respecto a los de tubo desnudo, debido a que los de tubo y aleta tienen mayor superficie de contacto, por lo tanto cumplen su función con mayor facilidad y son los de uso común en industrias, hogares y otros sistemas de refrigeración. Las secciones y longitudes de los tubos y cañerías deben ser calculadas en función a las necesidades frigoríficas que presente la situación, para así poder escoger un sistema de refrigeración adecuado para no tener pérdidas ni deficiencias en el sistema. Las presiones de refrigerante en el sistema influyen bastante en el rendimiento, ya que un mal manejo de presiones también podría traer pérdidas o deficiencia en el sistema de refrigeración. Es por ello que actualmente se controla la gran parte a través de sistemas automatizados como PLC y sensores.

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Para aumentar el efecto refrigerante se debe regular la presión en la etapa de evaporación, disminuyéndola para que el refrigerante a baja temperatura pueda absorber más calor de los productos o de lo necesitemos refrigerar.