Manual De Equipo Refrigeración

Manual de experimentos ET 350

Cambios de Estado en el Circuito de Refrigeración

Todos los derechos reservados, G.U.N.T. Gerätebau, Barsbüttel, Alemania 03/2016

ET 350

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

Manual de experimentos Dipl.-Ing. Nils Balk 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 1.2

Reservado el derecho a realizar modificaciones técnicas

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ET 350

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

Indice General 1

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2

Seguridad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.1 Uso previsto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.2 Estructura de las indicaciones de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

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2.3 Indicaciones de seguridad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.4 Condiciones ambientales para el lugar de funcionamiento y el lugar de almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3

Descripción del equipo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3.1 Componentes del equipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3.2 Principio fundamental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3.3 Esquema de proceso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.4 Componentes principales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.4.1

Compresor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.4.2

Condensador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.4.3

Válvula de expansión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.4.4

Evaporador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.5 Medición de las magnitudes de proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.5.1

Medición de temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.5.2

Medición de la presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.5.3

Medición del caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.6 Puesta en funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.6.1

Montaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.6.2

Llenado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.6.3

Funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.7 Puesta fuera de funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.8 Vaciado del equipo de ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.9 Cuidado y mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

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4

Fundamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

5

Ensayos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

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5.1 Ensayo 1: representación del ciclo frigorífico en un diagrama log p,h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 5.1.1

Objetivo del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

5.1.2

Realización del ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

5.1.3

Valores de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

5.1.4

Evaluación del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

5.2 Ensayo 2: pump-down. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 5.2.1

Objetivo del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

5.2.2

Realización del ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

5.2.3

Evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

5.3 Ensayo 3: balance energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

6

5.3.1

Objetivo del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

5.3.2

Realización del ensayo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

5.3.3

Valores de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

5.3.4

Evaluación del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Apéndice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 6.1 Datos técnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 6.1.1

Refrigerante y aceite. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

6.2 Lista de los símbolos de fórmulas matemáticas y unidades . . . . . . . 44 6.3 Lista de las letras distintivas en el esquema de procesos. . . . . . . . . 45 6.4 Tablas y diagramas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 6.5 Diagrama log p,h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

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ET 350

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Introducción La refrigeración describe la disipación de calor en una sala que se desea refrigerar. Debido a una diferencia de temperatura, la energía térmica pasa del medio más caliente al medio más frío.

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En una instalación frigorífica de compresión, un refrigerante fluye a través del circuito de refrigeración y experimenta diversos cambios de estado. En este sentido, se aprovecha el efecto físico de que en la transición de la fase líquida a la fase gaseosa del refrigerante se requiere energía que se extrae del ambiente.

Clasificación técnica El ET 350 describe los fundamentos de un circuito de refrigeración y se adapta a los objetivos docentes en el ámbito de la ingeniería mecánica. Los ingenieros se enfrentan al tema de la refrigeración en multitud de ocasiones. La disipación de calor durante la fabricación y la producción o la climatización de edificios requieren de conocimientos en refrigeración. Los ámbitos de aplicación de las instalaciones frigoríficas son múltiples. El equipo de ensayo ET 350 ayuda a los alumnos y a los estudiantes a aprender los fundamentos de la refrigeración y lo hace, especialmente, mostrando aquellos procesos que, en una instalación frigorífica, se producirían en un circuito cerrado y no resultarían visibles. Gracias a que sus principales componentes están fabricados en una material transparente, el ET 350 le permitirá echar un vistazo al interior de una instalación frigorífica.

1 Introducción

1

ET 350

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Montaje y función del equipo

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El equipo de ensayo ET 350 representa un circuito de refrigeración de un instalación frigorífica de compresión, compuesto por un compresor de émbolo, un condensador, una válvula de expansión y un evaporador herméticos. El evaporador y el condensador son transparentes, así que el proceso de la transición de fase durante la evaporación y condensación se puede observar muy bien. Antes de la entrada al evaporador se puede observar el estado de agregación del refrigerante en una mirilla. Un circuito de agua enfría el condensador y/o proporciona la carga de refrigeración para el evaporador. Los caudales del agua de refrigeración y calentamiento y del refrigerante son ajustables. El bajo nivel de presión del refrigerante empleado permite el uso de un evaporador y condensador de vidrio. El refrigerante está libre de CFC y no es contaminante. Las temperaturas y presiones se registran e indican. Así se pueden leer los datos principales del ciclo e introducir en un diagrama log p,h. Además, se indican la potencia del compresor, así como los caudales de las corrientes de agua y de refrigerante.

Grupo destinatario El ET 350 está dirigido a estudiantes de ingeniería mecánica, ingeniería energética, refrigeración e ingeniería de abastecimiento, así como a estudiantes de refrigeración, ingeniería climática y mecatrónica.

1 Introducción

2

ET 350

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Contenidos didácticos Los contenidos didácticos son • Montaje y funcionamiento de una instalación frigorífica de compresión • Observar la evaporación y condensación del refrigerante

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• Representar el ciclo frigorífico en un diagrama log p,h y comprenderlo • Balances energéticos • Cálculo del índice de rendimiento calorífico

Indicaciones didácticas para los instructores El presente material debe servirle para la preparación de sus clases. Puede combinar fragmentos del material como información para los alumnos y utilizarlos en las clases. Como ayuda para las clases, le proporcionamos asimismo este material en formato PDF en un CD. En el marco del trabajo didáctico, G.U.N.T. le concede derechos ilimitados para la reproducción.

Le deseamos un trabajo satisfactorio y con buenos resultados en la importante tarea de introducir al personal en formación y a los estudiantes en los fundamentos de la tecnología con este equipo de ensayo. Si tuviera alguna observación acerca del equipo de ensayo, póngase en contacto con nosotros.

1 Introducción

3

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2

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 clave

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 Tensión eléctrica

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Superficie caliente

Aviso

2.3

Indicaciones de seguridad

ADVERTENCIA Con la pared posterior abierta, las conexiones eléctricas quedan descubiertas. Peligro de electrocución. • Antes de abrir la pared posterior: desenchufe la clavija de la red eléctrica. • Solo electricistas debidamente formados deben realizar trabajos en el sistema eléctrico. • Proteja la instalación eléctrica de la humedad.

ATENCIÓN Superficie caliente Peligro de quemaduras. • Durante el funcionamiento: no toque la superficie del compresor

2 Seguridad

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ATENCIÓN Peligro, sustancias químicas. • Los refrigerantes son nocivos para la salud. ¡Evite el contacto con la piel o su ingesta!

AVISO Desconexión de seguridad • No modificar el valor límite ajustado en el presostato. Debido a su diseño, el equipo de ensayo podría resultar irreversiblemente dañado si la diferencia de presión entre los cilindros de vidrio y el ambiente es demasiado grande.

AVISO Almacenar el refrigerante en un lugar fresco • A una presión atmosférica de 1bar, el refrigerante SES36 empleado se evapora a 36°C. Los depósitos y la instalación se encuentran presurizados cuando la temperatura ambiente asciende a o supera los 36°C.

2.4

Condiciones ambientales para el lugar de funcionamiento y el lugar de almacenamiento • Sala cerrada. • Libre de suciedad y humedad. • Suelo plano y sólido. • Protegido contra heladas.

2 Seguridad

6

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3

Descripción del equipo

3.1

Componentes del equipo 8

3b

7

5

6

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9

3c

4

V4 V2

3a 10 2

11 12

1 V5

13

1 2 3a 3b 3c 4 5 6 7 8

Fig. 3.1

3 Descripción del equipo

V3

Encendido/apagado del compresor Interruptor principal Caudalímetro agua de calentamiento Caudalímetro refrigerante Caudalímetro agua de refrigeración Evaporador Indicador, presión evaporador Indicador, potencia eléctrica compresor Indicador, temperaturas Indicador, presión condensador

V1

9

Presostato

10 11

Condensador Válvula de expansión

12 13

Entrada/salida de agua Compresor de émbolo hermético

V1

Válvula de llenado/descarga evaporador Válvula salida evaporador Válvula salida condensador

V2 V3 V4 V5

Válvula de purga Válvula de descarga condensador

ET 350, equipo de ensayo

7

ET 350

3.2

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Principio fundamental

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El equipo de ensayo ET 350 permite a los alumnos y a los estudiantes echar un vistazo a los procesos que se producen en una instalación frigorífica. Para poder mostrar los procesos, los componentes principales se encuentran montados sobre un panel y conectados entre sí con tuberías. Los componentes principales de una instalación frigorífica de compresión son: • Compresor • Condensador • Válvula de expansión • Evaporador En la Fig. 3.2 aparece representado un ciclo frigorífico simplificado con los cuatro componentes principales. Las líneas rojas representan la tubería de presión, las líneas azules representan la tubería de succión.

3

2

Condensador Compresor Válvula de expansión

4 Fig. 3.2

3 Descripción del equipo

Evaporador

1

Circuito de refrigeración sencillo con cuatro componentes principales

8

ET 350

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Estos cuatro componentes principales forman fundamentalmente la base de las instalaciones frigoríficas de compresión. Como fluido de trabajo, un refrigerante circula por este circuito. A baja temperatura y baja presión los refrigerantes poseen la capacidad de absorber calor mediante la evaporación y, con alta temperatura y alta presión, disipan el calor mediante la condensación. Una instalación frigorífica transporta por consiguiente energía térmica desde un lugar a otro. El principio del transporte de calor en una instalación frigorífica de compresión se puede describir con el ejemplo de la función básica de los cuatro componentes principales.

Compresor El compresor se debe considerar como la unidad motriz de una instalación frigorífica de compresión. El objetivo del compresor de una instalación frigorífica es absorber el refrigerante en estado gaseoso del evaporador, aumentar la presión del vapor del refrigerante y transportar el refrigerante en estado gaseoso hasta el condensador. Para ello, el compresor debe elevar el vapor del refrigerante hasta un nivel de presión suficientemente alto para que el refrigerante se pueda condensar bajo la descarga de calor en el condensador. Estado del refrigerante en la salida del compresor: • gaseoso • presión alta • alta temperatura

3 Descripción del equipo

9

ET 350

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Condensador El condensador es un cambiador de calor. Aquí se condensa el vapor del refrigerante caliente mediante la disipación del calor. El calor se transmite entonces a un fluido o al entorno. El vapor del refrigerante deberá tener una temperatura superior a la del fluido o la del entorno. La condensación tiene lugar con alta presión constante. Todos los derechos reservados, G.U.N.T. Gerätebau, Barsbüttel, Alemania 03/2016

Estado del refrigerante en la salida del condensador: • líquido • presión alta • temperatura media

Válvula de expansión La válvula de expansión se encuentra entre el condensador y el evaporador. Su objetivo es destensar el refrigerante que se encuentra bajo presión. La distensión a una presión inferior es necesaria para que el refrigerante se pueda volver a evaporar a temperaturas inferiores. Una parte del refrigerante ya se evapora mediante la bajada de presión en la válvula de expansión, por lo que se produce un descenso de temperatura. Estado del refrigerante en la salida de la válvula de expansión: • principalmente líquido • presión baja • temperatura baja

3 Descripción del equipo

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ET 350

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Evaporador El evaporador es un cambiador de calor. En el evaporador se extrae calor del entorno o de un fluido y se transmite al refrigerante. Aquí se encuentra la parte útil de una instalación frigorífica.

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El refrigerante se evapora con la absorción de calor. La temperatura del refrigerante se mantiene constante, a pesar de la absorción de calor. La energía absorbida se emplea para la modificación de fase. Para que la evaporación puede llevarse a cabo, la temperatura del refrigerante líquido debe ser más baja que el fluido a refrigerar. El refrigerante evaporado en estado gaseoso es absorbido por el compresor. Estado del refrigerante en la salida del evaporador: • gaseoso • presión baja • temperatura baja

Ciclo Los cambios de estado termodinámicos del refrigerante en una instalación frigorífica se pueden describir en un ciclo en sentido contrario a las agujas del reloj. Habitualmente, los estados se representan en un "Diagrama log p, h" para evaluarlos. El diagrama tiene la ventaja de que las cantidades de energía se representan en forma de tramos, facilitando su lectura en el diagrama.

3 Descripción del equipo

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Para ver una representación simplificada de un ciclo frigorífico, consulte la Fig. 3.3. Los cuatro cambios de estado representados se producen en los componentes principales descritos.

Fig. 3.3

1 -> 2

Compresión (compresor)

2 -> 3

Condensación (condensador)

3 -> 4

Expansión (válvula de expansión)

4 -> 1

Evaporación (evaporador)

Representación simplificada de un ciclo frigorífico en el diagrama log p-h

El documento "Fundamentos de la refrigeración" contiene una descripción detallada del ciclo frigorífico.

3 Descripción del equipo

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3.3

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Esquema de proceso

Componentes y puntos de medición W1 EV V W2 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8

Evaporador Válvula de expansión Compresor Condensador Temperatura entrada de agua de refrigeración Temperatura salida de agua de refrigeración Temperatura entrada de agua de calentamiento Temperatura salida de agua de calentamiento Temperatura evaporador Temperatura salida compresor Temperatura condensador Temperatura tras la válvula de expansión

P1 P2 F1 F2 F3

Presión evaporador Presión condensador Caudal de agua de refrigeración Caudal de agua de calentamiento Caudal de refrigerante

V1 V2

Válvula de llenado/descarga evaporador Válvula salida evaporador

V3

Válvula salida condensador

V4 V5 E1 PSH

Válvula de purga Válvula de descarga condensador Potencia eléctrica compresor Presostato

Tuberías Tubería de succión refrigerante Tubería de presión refrigerante Agua, agua de refrigeración y agua de calentamiento

Fig. 3.4

3 Descripción del equipo

ET 350, esquema de proceso

13

ET 350

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3.4

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

Componentes principales Los cuatro componentes principales de una instalación frigorífica de compresión son parte integrante del equipo de ensayo ET 350. Debido al diseño transparente del equipo de ensayo, algunos de los componentes se diferencian en su funcionamiento de los componentes estándar empleados en la refrigeración. La función principal de los componentes se mantiene.

3.4.1

Compresor Dependiendo del ámbito de aplicación, existen múltiples formas constructivas de compresores. La más sencilla es el compresor de émbolo. Los compresores de émbolo funcionan en base al principio de desplazamiento. El gas se succiona, se comprime y se vuelve a expulsar. El funcionamiento es comparable al de un motor de gasolina.

Fig. 3.5

Esquema compresor

La unidad de compresor del equipo de ensayo está compuesta por un compresor de émbolo totalmente hermético con motor de accionamiento integrado. Los compresores de refrigerante herméticos cuentan con una caja de chapa soldada. El motor de accionamiento y el compresor de refrigerante se encuentran en esta cápsula. De esta forma, el compresor de refrigerante se conecta directamente con el motor de accionamiento. Los compresores de este tipo se utilizan por ejemplo para el funcionamiento de refrigeradores. El compresor del equipo de ensayo ET 350 es un componente estándar de las instalaciones de refrigeración. El compresor trabaja sin mantenimiento.

3 Descripción del equipo

14

ET 350

3.4.2

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

Condensador

T2

T1

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V4

El condensador está fabricado con un cilindro de vidrio transparente. Gracias a su diseño transparente, se puede observar la transición de fases del refrigerante. En la Fig. 3.6 se puede consultar el esquema del condensador. • La flecha roja indica la entrada de refrigerante gaseoso en el condensador. El refrigerante pasa del compresor al condensador. • La flecha azul indica la salida de refrigerante líquido.

T7

V3

V5 T8 Fig. 3.6

Esquema condensador

En el interior del cilindro de vidrio, se encuentra una espiral por la que fluye el agua. Las flechas verdes indican la entrada y salida de agua de refrigeración. El agua de la tubería se denomina agua de agua de refrigeración, porque, en comparación con el refrigerante gaseoso, tiene una menor temperatura. A través del agua de agua de refrigeración, se disipa la energía térmica para la condensación del refrigerante. El refrigerante condensado se acumula en la parte inferior del condensador. En la parte inferior del condensador, hay una válvula de flotador (amarilla), que en el equipo de ensayo tiene la función de una válvula de expansión. AEl funcionamiento de la válvula aparece descrito detalladamente en el Capítulo 3.4.3. El caudal que fluye del condensador al evaporador se puede bloquear o desbloquear a través de la válvula V3. El sistema se puede purgar a través de la válvula V4. Además, también se utiliza para reducir manualmente la presión en el condensador abriendo la válvula lo necesario durante el proceso de llenado. La válvula V5 permite purgar

3 Descripción del equipo

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ET 350

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

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cantidades residuales de refrigerante líquido que pudiera haber en el condensador. El equipo dispone de un rotámetro para determinar el caudal de agua de refrigeración. El caudal de agua de refrigeración se puede ajustar directamente en el caudalímetro. Las temperaturas de entrada y salida del agua de refrigeración T1 y T2 se miden en el avance y en el retorno. La temperatura en el condensador T7 se mide en la parte superior del cilindro de vidrio. La temperatura tras la válvula de expansión T8 se mide en el refrigerante líquido. Encima del condensador hay un manómetro que mide e indica la presión p2 en el condensador. 3.4.3

Válvula de expansión La válvula de expansión funciona en base al principio de una válvula de flotador simple. La válvula de expansión transporta el refrigerante líquido, ya condensado, al evaporador.

Aguja Fig. 3.7

Flotador Esquema, válvula de flotador

La válvula de expansión se compone de un flotador en cuya parte inferior hay fijada una aguja. Si el nivel de refrigerante aumenta, el flotador es empujado hacia arriba. El flotador eleva la aguja de su asiento, desbloqueando la tubería que conduce al evaporador. Debido a la depresión en el evaporador, el refrigerante líquido se succiona del condensador y pasa al evaporador. La particularidad de esta válvula de expansión es que sólo reacciona al nivel de agua en el condensador.

3 Descripción del equipo

16

ET 350

3.4.4

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

Evaporador

T4

T3

Para poder mostrar el proceso de evaporación, el evaporador también es transparente.

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Se trata de un evaporador inundado al que, durante el funcionamiento, se le aplica constantemente refrigerante líquido.

V2

T5

• La flecha azul en la parte derecha indica la entrada de refrigerante líquido. Dependiendo del nivel en el condensador, se vierte refrigerante líquido. • La flecha azul discontinua indica la salida de refrigerante gaseoso. El refrigerante ya evaporado es succionado por el compresor.

V1

Fig. 3.8

Esquema evaporador

En el interior del evaporador, hay una espiral por la que fluye el agua. Las flechas verdes indican la entrada y salida de agua de calentamiento. En el evaporador, el agua se denomina agua de calentamiento, porque, en comparación con el refrigerante líquido, tiene una mayor temperatura. La carga de refrigeración en el evaporador se aplica por medio del agua de calentamiento. En la parte inferior del evaporador hay una tubería para llenar o descargar el refrigerante. Esta tubería se puede cerrar con la válvula V1. La tubería de succión que lleva al evaporador se puede abrir o cerrar a través de la válvula V2. Las temperaturas de entrada y salida del agua de calentamiento T3 y T4 se miden en el avance y en el retorno. La temperatura en el evaporador T5 se mide en la parte superior del cilindro de vidrio. Encima del evaporador hay un manómetro que mide e indica la presión p1 en el evaporador.

3 Descripción del equipo

17

ET 350

3.5

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

Medición de las magnitudes de proceso El equipo de ensayo ET 350 dispone de una tecnología de medición integrada.

3.5.1

Medición de temperatura

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El equipo de ensayo está dotado de ocho puntos de medición para la temperatura. La posición de los puntos de medición aparece indicada con números en la placa frontal del equipo. En el indicador de temperatura se pueden seleccionar y mostrar los diferentes puntos de medición por medio de un conmutador giratorio. La denominación de los puntos de medición se establece de la siguiente manera:

3 Descripción del equipo

T1

Temperatura entrada de agua de refrigeración en el condensador

T2

Temperatura salida de agua de refrigeración en el condensador

T3

Temperatura entrada de agua de calentamiento en el evaporador

T4

Temperatura salida de agua de calentamiento en el evaporador

T5

Temperatura evaporador

T6

Temperatura salida compresor

T7

Temperatura condensador

T8

Temperatura tras la válvula de flotador

18

ET 350

3.5.2

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

Medición de la presión Las presiones de evaporación y condensación en los cilindros de vidrio se indican por medio de un manómetro de Bourdon.

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Las escalas del manómetro muestran la presión de evaporación y de condensación en relación con la presión ambiente. 3.5.3

Medición del caudal Los caudales de agua de refrigeración y de agua de calentamiento, así como el caudal de refrigerante en la tubería de presión, se indican en diferentes rotámetros. Un rotámetro es un equipo que permite medir el caudal de líquidos y gases en tuberías. Dicho caudalímetro se compone de un tubo vertical cónico, cuya sección se amplía hacia arriba. El fluido discurre desde la parte inferior del tubo hacia la parte superior. En el interior del tubo hay un flotador que se mueve libremente en vertical. La altura a la que se encuentra el flotador indica el volumen del caudal de la sustancia de medición. El caudal se puede leer en la escala del rotámetro. En la fase gaseosa, el procedimiento de medición es propenso a errores. Por favor, tenga en cuenta que el error de medición del caudal de refrigerante puede ascender hasta un 30%.

3 Descripción del equipo

19

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ET 350

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

3.6

Puesta en funcionamiento

3.6.1

Montaje

AVISO Peligro de daños en el equipo. • Antes de conectar el equipo al suministro eléctrico: asegúrese de que el suministro eléctrico del laboratorio cumpla las indicaciones de la placa de características del equipo.

3.6.2

1.

Coloque el equipo de ensayo sobre una superficie plana o sobre una mesa de ensayo adecuada.

2.

Establezca el suministro de agua corriente por medio de mangueras y acoplamientos rápidos.

3.

Conecte la manguera de salida de agua en una salida adecuada.

4.

Active el suministro de agua y compruebe el caudal.

5.

Establezca el suministro eléctrico del equipo de ensayo.

Llenado

AVISO Por favor, tenga en cuenta que la instalación sólo se puede llenar si el refrigerante no se evapora en condiciones ambientales. Si la temperatura ambiente en el lugar de instalación asciende a o supera los 36°C, el proceso de llenado no se podrá realizar o sólo se podrá realizar con dificul-

3 Descripción del equipo

20

ET 350

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

tad. Si no es posible evitar la presencia de altas temperaturas durante el llenado, coloque el depósito de refrigerante en la nevera para que se enfríe. Una vez enfriado, rellene el equipo de ensayo con el refrigerante frío antes de que se vuelva a calentar.

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Rellene la instalación con refrigerante a través del evaporador. Para ello, encontrará una tubería en la parte inferior del evaporador, que se puede abrir por medio de la válvula V1. 6.

Para rellenar la instalación, utilice la manguera de 6x1mm contenida en el suministro. Conecte la manguera con la entrada del evaporador. Coloque el otro extremo de la manguera en el depósito de refrigerante, de forma que se pueda succionar el refrigerante.

7.

Abra la válvula V1 y la válvula V2.

8.

Cierre la válvula V3.

9.

Ajuste el caudal de refrigerante en el rotámetro. Primero, cierre completamente el tornillo de ajuste. A continuación, gire el tornillo de ajuste dos vueltas completas.

10. Encienda el interruptor principal del equipo de ensayo. 11. Encienda el compresor. El compresor comienza a funcionar, lo que genera una depresión en el evaporador. Debido a que la válvula V3 está cerrada, el refrigerante líquido se succiona del depósito de reserva. 12. Deje que el proceso de llenado continúe hasta que el evaporador se haya llenado en aprox. un 60%.

3 Descripción del equipo

21

ET 350

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

13. Una vez alcanzado el nivel deseado, desconecte el compresor y cierre la válvula V1. 14. Retire la manguera. 15. Apague el interruptor principal del equipo de ensayo.

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El equipo de ensayo dispone de un presostato de seguridad. Cuando la sobrepresión en el condensador supera los 0,7bar, el compresor se desconecta. Durante el proceso de llenado, la válvula V3 está cerrada y la presión generada no puede escapar. En el condensador se genera una mayor presión que durante el funcionamiento del equipo. Para evitar que el compresor se desconecte por motivos de seguridad, el condensador se debe purgar durante el proceso de llenado. En la parte superior del condensador, hay una válvula de purga V4. Si la presión en el condensador supera un valor de aprox. 0,5bar, abra ligeramente el tornillo de ajuste de la válvula de purga V4. De esta forma, el sistema se puede llenar sin necesidad de que la presión en el condensador aumente excesivamente. Si la presión en el condensador aumenta demasiado rápido, reduzca el caudal volumétrico del refrigerante con el tornillo de ajuste del rotámetro. 3.6.3

Funcionamiento Para poner en funcionamiento la instalación, siga este procedimiento.

3 Descripción del equipo

1.

Cierre las válvulas V1 y V4.

2.

Abra las válvulas V2 y V3.

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ET 350

3.

Establezca el suministro de agua y ajuste el caudal deseado en el tornillo de ajuste del correspondiente rotámetro. Para el funcionamiento del equipo de ensayo, se puede ajustar un valor común para el agua de refrigeración y el agua de calentamiento de aprox. 200cm³/min cada uno.

4.

Encienda el interruptor principal del equipo de ensayo.

5.

Encienda el compresor.

6.

Haga funcionar la instalación hasta que la temperatura del refrigerante en la salida del compresor T6 deje de aumentar. El caudal de refrigerante se puede ajustar una vez que en la salida del compresor ya no queda líquido. Para ello, la temperatura en la salida del compresor debe ser lo suficientemente alta.

7.

Ajuste el caudal de refrigerante en el rotámetro. El caudal depende directamente de la carga térmica del agua de calentamiento.

El equipo de ensayo ya está listo para su funcionamiento y se pueden comenzar a realizar los ensayos.

3.7

Puesta fuera de funcionamiento Después de utilizar el equipo de ensayo, se debe poner fuera de funcionamiento.

3 Descripción del equipo

1.

Apague el compresor.

2.

Apague el equipo de ensayo en el interruptor principal.

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CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

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3.

Interrumpa el suministro de agua del sistema.

Una vez desconectado el compresor, se acumulará gran cantidad de refrigerante en el evaporador. Para evitarlo, puede cerrar la válvula V3 para interrumpir el retorno de refrigerante líquido en el evaporador. En principio, la acumulación de refrigerante en el evaporador no supone ningún problema. 3.8

Vaciado del equipo de ensayo Para poder transportar el equipo de ensayo, es necesario vaciarlo. Por favor, tenga en cuenta que el equipo de ensayo sólo se puede vaciar si el refrigerante en el evaporador no está bajo presión. Si la temperatura ambiente en el lugar de instalación asciende a o supera los 36°C, el evaporador se encontrará presurizado. El refrigerante se evapora al salir al entorno. Si no puede evitar la presencia de altas temperaturas durante el vaciado, haga funcionar el equipo de ensayo antes de tener que vaciarlo. Debido al funcionamiento, el refrigerante líquido en el evaporador se enfría y el evaporador se encuentra en depresión. 1.

No encienda el equipo.

2.

Utilice una manguera de 6x1 mm para vaciar la instalación. Conecte la manguera con la salida del evaporador. Coloque el otro extremo de la manguera en un depósito de refrigerante vacío.

3.

Abra la válvula V1. El refrigerante fluye desde el evaporador hasta el depósito de reserva.

3 Descripción del equipo

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CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

4.

Cierre la válvula V1 cuando ya no quede refrigerante en el evaporador.

5.

Utilice la misma manguera para vaciar el condensador. Conecte la manguera con la salida del condensador. Coloque el otro extremo de la manguera en un depósito de refrigerante vacío.

6.

Abra la válvula V5 en la salida del condensador.

7.

Cierre la válvula V5 cuando ya no quede refrigerante en el condensador.

Al vaciarlo, quedará un pequeño residuo de refrigerante en el circuito de refrigeración. 3.9

Cuidado y mantenimiento Si, tras un periodo prolongado de funcionamiento, el refrigerante presenta una capa visible de aceite de refrigerante, puede proceder a cambiar la carga refrigerante. Si el refrigerante del evaporador presenta una capa de aceite de unos 2mm en su superficie, es necesario sustituir el refrigerante. Si el refrigerante adquiere un color ligeramente amarillento, esto no afectará a las condiciones de servicio. Si el refrigerante adquiere un color marcadamente lechoso y la evaporación ya no resulta visible, es necesario sustituir el refrigerante.

3 Descripción del equipo

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4

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

Fundamentos Los fundamentos expuestos a continuación no pretenden estar completos. Para otras consideraciones teóricas, remitimos a la bibliografía especializada. En un documento adicional con el título "Fundamentos de la refrigeración" se explican en detalle:

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• Los fundamentos termodinámicos del ciclo • El modo de funcionamiento y los componentes de una instalación frigorífica de compresión • Las propiedades de los refrigerantes Hemos adjuntado este documento para ayudarle en la enseñanza de los fundamentos de la refrigeración.

4 Fundamentos

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5

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

Ensayos 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 sólo 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 del entorno, pueden presentarse divergencias en el experimento propio. No obstante, se pueden demostrar claramente las leyes de la física.

5.1

Ensayo 1: representación del ciclo frigorífico en un diagrama log p,h

5.1.1

Objetivo del ensayo El ciclo frigorífico describe una sucesión de cambios de estado en un refrigerante que se produce de forma periódica y que siempre alcanza de nuevo el estado inicial. En la refrigeración, tienen especial relevancia las variables de estado, como presión, temperatura y densidad, así como la dependencia de estas variables de estado entre sí. Con ayuda de un diagrama log p-h, Fig. 3.3, es posible representar las diferentes variables de estado según sus dependencias. Para cada punto de estado, es posible leer la cantidad de energía específica directamente, quedando así disponible para cálculos posteriores. El proceso termodinámico describe los fundamentos de la refrigeración. Es imprescindible contar con conocimientos sobre el montaje y funcionamiento del diagrama log p-h para compren-

5 Ensayos

27

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CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

der la manera de funcionar de una instalación frigorífica. El ensayo debe ayudar a comprender la relación funcional entre los componentes de la instalación frigorífica y los procesos termodinámicos.

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Además, en el ensayo se deberán proponer planteamientos matemáticos de soluciones para el cálculo de potencias térmicas.

5.1.2

Realización del ensayo 1.

El equipo de ensayo se debe dejar preparado para el funcionamiento según el Capítulo 3.6.

2.

Ajuste el caudal de agua de refrigeración · V cw en 100cm³/min.

3.

Ajuste el caudal de agua de calentamiento · V hw en 100cm³/min. · Ajuste el caudal de refrigerante V r en el valor que desee.

4.

5 Ensayos

5.

Asegúrese de que la temperatura en la salida del compresor T6 ascienda al menos a 60°C.

6.

Haga funcionar la instalación, hasta que quede preparada para un estado de funcionamiento estable. Dicho estado de funcionamiento se caracteriza, porque la temperatura en la salida del compresor T6 no continúa aumentando.

7.

Anote las temperaturas de servicio T5 a T8.

8.

Anote las presiones en el evaporador p1 y en el condensador p2.

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CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

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9.

Utilice un diagrama log p,h, Capítulo 6.5, y apunte las temperaturas del refrigerante T5 a T8 en las correspondientes presiones en el diagrama. Tenga en cuenta que en los manómetros se indican las presiones relativas en el evaporador y en el condensador. En el diagrama log p,h, se deben indicar las presiones absolutas. La presión absoluta resulta en cada caso de la suma con la presión ambiente.

10. Apague el compresor. 11. Apague el equipo de ensayo en el interruptor principal. 12. Interrumpa el suministro de agua.

5.1.3

Valores de medición T5

11,0°C

p1 (abs)

0,3bar

T6

78,2°C

p2 (abs)

1,0bar

T7

31,7°C

Vr

342l/h

T8

12,7°C

Vhw=Vcw

100 cm³/min

Tab. 5.1

Ejemplos de valores de medición

La Fig. 5.1 representa el ciclo en el diagrama log p,h utilizando los valores de medición de la Tab. 5.1. Con ayuda de los valores de medición registrados, a través del diagrama log p-h es posible determinar las cantidades de energía específicas en los puntos de estado del ciclo.

5 Ensayos

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CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

h1

345kJ/kg

h3

237kJ/kg

h2

406kJ/kg

h4

237kJ/kg

Fig. 5.1

Diagrama log p, h SES36, ejemplo

La Fig. 5.2 representa la correspondencia de las presiones y de las temperaturas medidas con los puntos de estado en el diagrama log p,h.

5 Ensayos

30

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CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

Fig. 5.2

Representación esquemática de los cambios de estado en el diagrama log p,h

Los cambios de estado se producen cuando se circula por los cuatro componentes principales. Los puntos de estado característicos se encuentran entre los componentes principales. Las cantidades de energía específicas que se aplican o emiten para alcanzar los puntos de estado están marcadas en el diagrama log p-h como tramos. La entalpía específica h, se puede leer directamente en el diagrama para cada uno de los puntos de estado.

5 Ensayos

31

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5.1.4

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

Evaluación del ensayo Al utilizar el diagrama log p, h, a partir de las temperaturas registradas T5 a T8 y las correspondientes presiones se calculan las correspondientes entalpías específicas h1 a h4.

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h1 345kJ/kg entalpía espec. tras el evaporador h2 406kJ/kg entalpía espec. tras el compresor h3 237kJ/kg entalpía espec. tras el condensador h4 237kJ/kg entalpía espec. tras la válvula de expansión Tab. 5.2

Denominación de las entalpías espec.

Flujo de masa de refrigerante · El flujo de masa de refrigerante m r deriva del caudal de refrigerante registrado en la salida del compresor y la correspondiente densidad en este punto de estado. · · mr = Vr  r

(5.1)

El valor inverso de la densidad del vapor del refrigerante se puede leer en el diagrama log p, h. El · caudal de refrigerante V r se mide directamente detrás del compresor en la fase gaseosa. La densidad se debe leer de forma correspondiente a lo largo de las isocoras para el punto de estado 2.

1kg kg  r = -------------------3-  6,67 ------3Fig. 5.3

5 Ensayos

Densidad, refrigerante

0,15m

(5.2)

m

32

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CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

L kg · m r = 342 ---  6,67 ------3h m

(5.3)

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– 4 kg · m r = 6,3  10 -----s

Potencia frigorífica

· La potencia frigorífica Q 0 se calcula de la diferencia de la entalpía específica que se absorbe durante la evaporación del refrigerante. · · Q0 =  h1 – h4   mr

(5.4)

· kJ kJ – 4 kg Q 0 =  345 ------ – 237 ------  6,3  10 -----  s kg kg · Q 0 = 68W

Potencia del condensador

· La potencia del condensador Q c se calcula de la diferencia de la entalpía específica que se emite durante la condensación del refrigerante. · · Qc =  h2 – h3   mr

5 Ensayos

(5.5)

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CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN · kJ kJ – 4 kg Q c =  406 ------ – 237 ------  6,3  10 -----  kg kg s · Q c = 106,5W

Índice de rendimiento calorífico

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El índice de rendimiento calorífico  describe la relación entre la potencia generada y la potencia aplicada. h –h h2 – h1

1 4  = -----------------

(5.6)

kJ kJ 345 ------ – 237 -----kg kg  = ---------------------------------------kJ kJ 406 ------ – 345 -----kg kg

 = 1,77

Consumo de potencia eléctrica El consumo de potencia eléctrica del compresor P el se registra directamente en el punto de medición E1 y se indica en el indicador del equipo de ensayo. Durante el ensayo, se midió un consumo de potencia eléctrica del compresor de P el = 241W . La potencia aplicada al circuito de refrigeración · Q el se puede calcular por medio del diagrama log p, h.

5 Ensayos

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CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN · · Q el =  h 2 – h 1   m r · kJ kJ – 4 kg Q el =  406 ------ – 345 ------  6,3  10 -----kg kg s · Q el = 38,4W

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Por tanto, a través del compresor únicamente se · aplica una potencia de Q el = 38,4W al circuito de refrigeración. De la potencia eléctrica aplicada P el , sólo se emplea un 16% aproximadamente. En ese punto de funcionamiento, el compresor tiene un rendimiento muy bajo. Este reducido rendimiento del compresor se debe, principalmente, a que únicamente se emplea a una potencia nominal de aprox. 10%. Los valores de medición utilizados para el cálculo de ejemplo han sido registrados bajo determinadas condiciones de laboratorio. Los cálculos térmicos están siempre directamente relacionados con las condiciones ambientales. Por lo tanto, la potencia frigorífica y la potencia del condensador dependen enormemente de las condiciones de funcionamiento reinantes.

5.2

Ensayo 2: pump-down

5.2.1

Objetivo del ensayo El pump-down de una instalación frigorífica tiene como objetivo recopilar todo el refrigerante del circuito de refrigeración en un punto central. En

5 Ensayos

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CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

aquellas instalaciones que carecen de colector de refrigerante, el refrigerante se recopila en el condensador.

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Por norma general, el pump-down resulta recomendable cuando se repara una instalación y no hay que trasvasar el refrigerante. Además, dependiendo del modelo, en las instalaciones frigoríficas de nivel de congelación, el pump-down se realiza antes de desconectar el compresor. Esto provoca que el compresor se descargue al poner en marcha la instalación y que no se succione refrigerante condensado de la tubería de succión del evaporador. Además, en la zona de congelado se pueden producir sacudidas hidráulicas que podrían dañar irreversiblemente el compresor al ponerse en marcha. En aquellas instalaciones más modernas que cuentan con tecnología de control y regulación inteligente, no es necesario realizar un pump-down manual. En este caso, el objetivo es comprender el funcionamiento de un pump-down manual en la práctica y mostrar el procedimiento directamente en el equipo de ensayo.

5.2.2

5 Ensayos

Realización del ensayo 1.

El equipo de ensayo se debe dejar preparado para el funcionamiento según el Capítulo 3.6.

2.

Ajuste el caudal de agua de refrigeración · V cw en 100cm³/min.

3.

Ajuste el caudal de agua de calentamiento · V hw en 600cm³/min.

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CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

4.

· Ajuste el caudal de refrigerante V r en el valor que desee. Cierre la válvula V3 en la salida del condensador.

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Debido a que la salida está cerrada, el refrigerante no puede salir del condensador. El refrigerante se acumula en el condensador.

5.2.3

5.

Haga funcionar la instalación, hasta que el refrigerante se haya evaporado por completo en el evaporador.

6.

Apague el compresor.

7.

Apague el equipo de ensayo en el interruptor principal.

8.

Interrumpa el suministro de agua.

Evaluación Debata la necesidad de un pump-down en las diferentes instalaciones frigoríficas. Explique cómo se realiza en la práctica en aquellas instalaciones de mayor tamaño de nivel de congelación.

5.3

Ensayo 3: balance energético

5.3.1

Objetivo del ensayo En la mayor parte de las instalaciones frigoríficas, los balances energéticos se pueden realizar de dos formas. Una posibilidad es comparar la potencia aplicada con la potencia emitida a través del proceso frigorífico. Ambas se calcularon en el ensayo 1. Otra posibilidad es comparar la potencia térmica absorbida del agua de refrigeración con la potencia térmica emitida del agua de calentamiento. Hay que tener en cuenta que los balances energéticos no son comparables entre sí, porque la

5 Ensayos

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CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

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instalación no dispone de aislamiento térmico. Por lo tanto, hay que partir de la base de que, aparte de la energía térmica emitida por el agua de refrigeración y el agua de calentamiento, también se produce una transferencia de calor sobre la superficie del cilindro de vidrio del condensador y del evaporador. La comparación de los balances energéticos ofrece información acerca de las energías térmicas aplicadas y emitidas. El ensayo permite a los estudiantes comprender dónde se transfiere energía térmica y pone de manifiesto las interdependencias de la transferencia de calor. 5.3.2

Realización del ensayo 1.

El equipo de ensayo se debe dejar preparado para el funcionamiento según el Capítulo 3.6.

2.

Ajuste el caudal de agua de refrigeración · V cw en 100cm³/min.

3.

Ajuste el caudal de agua de calentamiento · V hw en 100cm³/min. · Ajuste el caudal de refrigerante V r en el valor que desee.

4.

5 Ensayos

5.

Asegúrese de que la temperatura en la salida del compresor T6 ascienda al menos a 60°C.

6.

Haga funcionar la instalación hasta que quede preparada para un estado de funcionamiento estable. Dicho estado de funcionamiento se caracteriza, porque la temperatura en la salida del compresor T6 no continúa aumentando.

7.

Anote las temperaturas del agua de refrigeración y del agua de calentamiento tanto en la entrada como en la salida del evaporador y del condensador.

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CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

8.

Apague el compresor.

9.

Apague el equipo de ensayo en el interruptor principal.

10. Interrumpa el suministro de agua.

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5.3.3

Valores de medición Las temperaturas y los caudales registrados del agua de refrigeración y del agua de calentamiento se representan en la Tab. 5.3. T1

17,6°C

T2

30,4°C

T3

17,2°C

T4

11,8°C

· V hw · V cw

100 cm³/min 100 cm³/min

Tab. 5.3

5.3.4

Temperaturas del agua de refrigeración y del agua de calentamiento

Evaluación del ensayo La potencia térmica absorbida por el refrigerante · a través del agua de calentamiento Q in se calcula de la siguiente manera. · · Q in = V hw   hw  cp hw   T 3 – T 4  (5.7) · V hw Caudal de agua de calentamiento

 hw Densidad del agua de calentamiento cp hw Capacidad térmica específica del agua de calentamiento 3 · kJ cm kg Q in = 100 -----------  996 ------3-  4,18 ---------------  5 4K kg  K min m

5 Ensayos

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CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN · Q in = 37 4W

La potencia térmica emitida por el refrigerante al · agua de refrigeración Q out se calcula de la siguiente manera. · · Q out = V cw   cw  cp cw   T 2 – T 1  (5.8) Todos los derechos reservados, G.U.N.T. Gerätebau, Barsbüttel, Alemania 03/2016

· V cw Caudal de agua de refrigeración

 cw Densidad del agua de refrigeración cp cw Capacidad térmica específica del agua de refrigeración 3 · kgkJ cm ----------  996 -----Q out = 100  4 18 ---------------  12 8K 3 min kg  K m

· Q out = 87 3W · La potencia frigorífica Q 0 es mayor a la potencia aplicada a través del agua de calentamiento en el · circuito de refrigeración Q in . Aparte de la potencia térmica del agua de calentamiento, la poten· cia frigorífica Q 0 también describe el calor que el refrigerante absorbe a través del ambiente. Del mismo modo, la potencia del condensador · · Q c también es mayor a la potencia térmica Q out que se transfiere al agua de refrigeración. En la Fig. 5.4 se representa el flujo de energía térmica de forma esquemática.

5 Ensayos

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CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

Absorción de calor Ambiente Disipación de calor Agua de refrigeración

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Circuito de refrigración

Absorción de calor Agua de calentamiento Disipación de calor Ambiente

Fig. 5.4

5 Ensayos

Calor del compresor

Diagrama de flujo de energía

41

ET 350

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

6

Apéndice

6.1

Datos técnicos Dimensiones L x An x Al Peso

1210 x 510 x 900 mm 130 kg

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Suministro eléctrico Tensión 230 Frecuencia 50 / 60 Fases 1 Alternativas opcionales, véase la placa de características Entrada nominal 0,8 Suministro de agua Caudal, mínimo Compresor Refrigerante (el SES36 no se encuentra contenido en la lista de gases fluorados de efecto invernadero del Protocolo de Kyoto). Consumo de potencia máx. Consumo de potencia en funcionamiento

6 Apéndice

V Hz fase kW

40 L/h

SES36

1043 W aprox.250 W

Condensador Volumen Área de transferencia

aprox. 2,8 L aprox. 500 cm²

Evaporador Volumen Área de transferencia

aprox. 2,8 L aprox. 500 cm²

42

ET 350

6.1.1

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

Refrigerante y aceite

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Los aceites para instalaciones frigoríficas se utilizan como lubricantes y sellantes para las piezas móviles de las instalaciones frigoríficas. Los puntos de lubricación son principalmente émbolos, válvulas, prensaestopas y juntas de deslizamiento del compresor. Debido a que prácticamente todas las piezas móviles de una instalación frigorífica se encuentran en el compresor, es ahí donde se requiere la lubricación. La presencia de aceite en el circuito de refrigerante es claramente negativa. Por este motivo, en la tubería de presión, directamente detrás del evaporador, hay instalado un separador de aceite. El aceite se separa y se introduce en la tubería de succión detrás del evaporador. El SES36 pertenece al grupo de los refrigerantes HFKW, que presentan una elevada polaridad. En química existe una regla que afirma que la polaridad de las sustancias tiene una gran influencia sobre la solubilidad de las mismas. Dos sustancias polares son solubles entre sí, mientras que una sustancia polar no será soluble o lo será escasamente en una sustancia apolar. Por este motivo, los refrigerantes de sustitución HFKW (p. ej. SES36, R134a, etc.) no son solubles en lubricantes con base de aceite mineral. A pesar de la mencionada insolubilidad del SES36 con aceites minerales, en el equipo de ensayo ET 350 se utiliza un aceite mineral. Los esteroles sintéticos, que habitualmente se emplean en combinación con los refrigerantes HFKW, tienen un comportamiento marcadamente higroscópico. La más pequeña fuga en el circuito de refrigerante, provocaría la succión de aire en el

6 Apéndice

43

ET 350

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

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sistema debido a la depresión. Los esteroles reaccionan con la humedad del aire, y la reacción hidrolísica se produce a mínimas concentraciones. Dicha reacción se produce entre los ésteres parciales del esterol y los ácidos carbónicos. Dependiendo de las circunstancias, los productos de la reacción pueden reaccionar con los componentes del compresor. Por este motivo, el sistema funciona con un aceite mineral no soluble. Después de unas horas de funcionamiento, no es extraño que el refrigerante adquiera una coloración ligeramente amarillenta o blancuzca. Esta coloración indica que la concentración de aceite en el refrigerante es reducida, pero no afecta en absoluto al funcionamiento del equipo de ensayo.

6.2

6 Apéndice

Lista de los símbolos de fórmulas matemáticas y unidades Símbolo de fórmula matemática

Magnitud matemática / física

Unidad

cp hw

capacidad térmica específica del agua de calentamiento

kJ/kgK

cp cw

capacidad térmica específica del agua de refrigeración kJ/kgK

h · mr

entalpía específica

kJ/kg

flujo de masa de refrigerante

kg/s

p1

presión en el evaporador (abs)

bar

p2

presión en el condensador (abs)

bar

P el

consumo de potencia eléctrica del compresor

W

T1

temperatura entrada de agua de refrigeración en el condensador

°C

T2

temperatura salida de agua de refrigeración en el condensador

°C

T3

temperatura entrada de agua de calentamiento en el evaporador

°C

T4

temperatura salida de agua de calentamiento en el evaporador

°C

44

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ET 350

6.3

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

Símbolo de fórmula matemática

Magnitud matemática / física

Unidad

T5

temperatura media evaporador

°C

T6

temperatura salida compresor

°C

T7

temperatura media condensador

°C

T8 · V hw · V cw · Vr · Qc · Q el · Q0 · Q out · Q in

temperatura tras la válvula de flotador

°C

caudal de agua de calentamiento

cm³/min

caudal de agua de refrigeración

cm³/min

caudal de refrigerante

L/h

potencia del condensador

W

potencia transmitida a través del compresor

W

potencia frigorífica

W

potencia térmica emitida

W

potencia térmica emitida

W



índice de rendimiento calorífico

-

 hw

densidad del agua de calentamiento

kg/m³

 cw

densidad del agua de refrigeración

kg/m³

r

densidad del refrigerante

kg/m³

Lista de las letras distintivas en el esquema de procesos Letra distintiva

Denominación

Robinetería V Tab. 6.1 Letra distintiva

Robinetería, válvula general Letras distintivas para aparatos, máquinas, robineterías y tuberías Magnitud de medida u otra magnitud de entrada, actuador como letra inicial

E

Magnitudes eléctricas

P

Presión

T

Temperatura

Tab. 6.2

6 Apéndice

como letra de complemento

Procesamiento como letra siguiente, (orden I, R, C) Función de sensor

Función de transductor de medición

Letras distintivas para puntos de medición

45

ET 350

6.4

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

Tablas y diagramas Unidad

mm3

cm3

L

m3

1mm3

1

0,001

0,000001

0,000000001

1cm3

1.000

1

0,001

0,000001

1L

1.000.000

1.000

1

0,001

1m3

1.000.000.000

1.000.000

1.000

1

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Tab. 6.3

Tabla de conversión para unidades de volumen

Unidad

L/s

L/min

L/h

m3/min

m3/h

1L/s

1

60

3600

0,06

3,6

1L/min

0,01667

1

60

0,001

0,06

1L/h

0,000278

0,01667

1

0,00001667

0,001

1m3/min

16,667

1000

0,0006

1

60

1m3/h

0,278

16,667

1000

0,01667

1

Tab. 6.4

Tabla de conversión para unidades de caudal volumétrico

Unidad

mbar

Pa

hPa

kPa

mm ca *

1bar

1

1.000

100.000

1.000

100

10.000

1mbar

0,001

1

100

1

0,1

10

1Pa

0,00001

0,01

1

0,01

0,001

0,1

1hPa

0,001

1

100

1

0,1

10

1kPa

0,01

10

1.000

10

1

100

1 mm ca *

0,0001

0,1

10

0,1

0,01

1

Tab. 6.5

6 Apéndice

bar

Tabla de conversión para unidades de presión * Valores redondeados

46

ET 350

CAMBIOS DE ESTADO EN EL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

Diagrama log p,h

Fig. 6.1

Diagrama log p,h SES36, Solkatherm

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6.5

6 Apéndice

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