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SUBENFRIAMIENTO Y SOBRECALENTAMIENTO
Subenfriamiento
El refrigerante líquido condensado usualmente se subenfría a
una temperatura inferior a la temperatura saturada correspondiente a la presión
de condensación del refrigerante, como se muestra en la siguiente figura. Esto
se hace para incrementar el efecto del refrigerante. El grado de
subenfriamiento depende principalmente de la temperatura del refrigerante (ej.,
aire atmosférico, agua de superficie, o agua de pozo) durante la condensación,
y la construcción y capacidad del condensador.
La entalpía de un refrigerante líquido subenfriado hsc, Btu/lb (J/kg), puede calcularse de la siguiente forma:
Donde:
- hs,con = Entalpía de refrigerante líquido saturado a la temperatura de condensación, Btu/lb (J/kg)
- cpr = Calor específico de refrigerante líquido a presión constante, Btu/lb ºF (J/kg ºC)
- Ts,con = Temperatura saturada de refrigerante líquido a la presión de condensación, ºF (ºC).
- Tsc = Temperatura de refrigerante líquido subenfriado, ºF (ºC)
Sobrecalentamiento
El propósito del sobrecalentamiento es evitar daños por
estancamiento del refrigerante en el compresor. En la figura anterior podemos
ver la región de sobrecalentamiento. El grado de sobrecalentemiento depende
principalmente del tipo de alimentación de refrigerante y del compresor, así
como de la construcción del evaporador.
CICLO DE COMPRESIÓN DE VAPOR MULTIETAPA
Cuando un sistema de refrigeración usa más de un proceso de
compresión de una etapa, se denomina multietapa, y puede incluir lo siguiente:
- Un compresor de etapa alta y otro de etapa baja.
- Varios compresores conectados en serie.
- Dos o más impulsores conectados en serie e impulsados por el mismo motor.
- Una combinación de los dos sistemas de refrigeración separados.
Los motivos por los que se recomienza usar un sistema de
compresión de vapor multietapa en vez de un sistema de una sola etapa son los
siguientes:
La relación de compresión Rcom de cada etapa en un sistema multietapa es más
pequeño que en la unidad de una etapa, por lo que la eficiencia aumenta. El
ratio de compresión Rcom
se define como la relación entre la presión de descarga del compresor pdis,
psia (kPa abs.), respecto a la presión de succión a la entrada del compresor psuc,
psia (kPa abs.), o
El líquido refrigerante entra en el
evaporador a una entalpía inferior e incrementa el efecto de refrigeración.
El gas de descarga desde el compresor de la
etapa baja puede sobrecalentarse a una presión intermedia. Esto da como
resultado una temperatura de descarga más baja desde el compresor de la etapa
alta de la que se produciría en un sistema de una sola etapa a la misma presión
diferencial entre las presiones de condensación y evaporación.
Dos o tres compresores en un sistema
multietapa proporcionan mucha mayor flexibilidad para acomodarse a la variación
de las cargas de refrigeración en varias temperaturas de evaporación durante la
operación de carga parcial.
Las desventajas de un sistema multietapa son los costes iniciales
más altos y un sistema más complicado para un sistema mono-etapa.
Sistemas compuestos
Los sistemas de compresión de vapor multietapa se clasifican
como sistemas compuestos o sistemas en cascada. Un sistema compuesto consiste
en dos o más etapas de compresión conectadas en serie. Para los compresores
recíprocos, scroll o tornillo, cada etapa de compresión usualmente requiere un
compresor separado. En los compresores centrífugos multietapa, dos o más etapas
pueden estar combinados por medio de varios impulsores conectados en serie.
Presión interetapa
La presión interetapa usualmente se configura de forma que
el ratio de compresión de cada etapa es casi el mismo para un COP más alto.
Para un sistema compuesto de dos etapas, la presión interetapa pi, psia (kPa
abs.), puede calcularse como:
Donde:
- pcon = Presión de condensación, psia (kPa abs.)
- pev = Presión de evaporación, psia (kPa abs.)
Enfriador flash e interenfriador
En los sistemas compuestos, los enfriadores flash se usan
para subenfriar refrigerante líquido a la temperatura saturada correspondiendo
a la presión interetapa por la parte de vaporización del refrigerante líquido.
Los interenfriadores se usan para desrecalentar el gas de descarga del
compresor de la etapa de baja y, más a menudo, para subenfriar también el
refrigerante líquido antes de su entrada en el evaporador.
SISTEMA COMPUESTO EN DOS ETAPAS CON ENFRIADOR FLASH
En este ciclo el refrigerante en fase de vapor entra en un
impulsor de primera etapa del compresor centrífugo a un estado saturado seco.
Es comprimido a una presión interetapa y se mezcla con el refrigerante del
vapor evaporado del enfriador flash, a menudo llamado economizador. La mezcla
luego entra en el impulsor de segunda etapa. El gas caliente, comprimido a la
presión de condensación deja el impulsor de la segunda etapa. Luego es
descargado al condensador, en el que el gas caliente es desrecalentado,
condensado, y luego subenfriado a estado líquido. Después del proceso de
condensación, el refrigerante líquido subenfriado fluye a través del
dispositivo de estrangulación, tal como una válvula de flotador, en el lado de
alta presión. Una pequeña proporción del refrigerante líquido vaporiza instantáneamente
a vapor en el enfriador flash, y este calor latente de vaporización enfría el
refrigerante líquido restante a la temperatura de saturación correspondiente a
la presión interetapa. El refrigerante líquido luego fluye a través de otro
dispositivo de estrangulamiento, una porción pequeña es vaporizada, y la mezcla
líquido-vapor entra al evaporador. El refrigerante líquido restante se vaporiza
en el evaporador. El vapor luego fluye a la entrada del impulsor de primera
etapa del compresor centrífugo y completa el ciclo.
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