25 noviembre 2012

Guía de diseño de plantas enfriadoras (5ª PARTE)



Ver 4ª PARTE

Evaporadores

Dos tipos de evaporadores se usan en enfriadoras de agua – carcasa y tubo inundado y evaporadores de expansión directa (DX). Ambos tipos son intercambiadores de calor de tubo y carcasa. Los intercambiadores de calor de tubo y carcasa inundados se usan típicamente en grandes enfriadoras de tornillo y centrífugas, mientras que los evaporadores DX se usan usualmente con enfriadoras de desplazamiento positivo mientras como las máquinas rotatorias y recíprocas. Si bien el agua es el fluido más comúnmente enfriado en el evaporador, otros fluidos también se usan. Estos incluyen una variedad de soluciones anticongelantes, el más común de todos es una mezcla de glicol etileno o glicol propileno y agua. El uso de soluciones anticongelantes significativamente afecta el rendimiento del evaporador pero puede ser necesario para aplicaciones a bajas temperaturas. El fluido crea diferentes características de transferencia de calor dentro de los tubos y tiene diferentes características de caída de presión. El rendimiento de las máquinas usualmente baja cuando se usan fluidos distintos que el agua.

Intercambiadores inundados de tubos y carcasa

Los intercambiadores de calor de tubo y carcasa inundados tiene el fluido frío (usualmente agua) en el interior de los tubos y el refrigerante en el lado de la carcasa. El refrigerante líquido está uniformemente distribuido en el fondo del intercambiador de calor en la longitud completa. Los tubos están parcialmente sumergidos en el líquido. Los eliminadores se usan como un medio para asegurar la distribución uniforme del vapor a lo largo de la longitud del tubo completo y previenen que el refrigerante líquido vaporizándose violentamente entre en la línea de succión.

Los fabricantes típicamente limitan el caudal de agua en el extremo superior  e inferior para prevenir la erosión de las tuberías (típicamente alrededor de 1 m/s) para mantener la transferencia de calor. Es mejor controlar con el fabricante por limitaciones de caudal de cada enfriadora. Típicamente, la caída de presión de agua en los evaporadores en la industria de refrigeración, calefacción, ventilación y aire acondicionado no excederá de 8 – 10 m.c.a. Estos intercambiadores están disponibles con un mayor número de pasos. Cuanto mayor es el número de pasos, menores son los requerimientos de caudal

Expansión directa

El evaporador de expansión directa (DX) tiene el refrigerante en el interior de los tubos y el fluido enfriado (usualmente agua) en el lado de la carcasa (exterior de los tubos). Los evaporadores DX tienen dos circuitos de refrigeración separados que ayudan a retornar el aceite a los compresores de desplazamiento positivo durante la carga parcial.  Los enfriadores DX tienen dos circuitos de refrigeración DX tienen tubos realzados internamente (acanalados) para mejorar la efectividad de la transferencia de calor. Los tubos están soportados en una serie de deflectores internos de polipropileno, que se usan para dirigir el caudal de agua en un movimiento arriba y abajo desde un extremo de los tubos a otro. Las velocidades del agua no exceden aproximadamente 1 ½ ft/s debido a las consideraciones de caída de presión.

Condensadores

Hay un número de diferentes tipos de condensadores. Estos incluyen condensadores de agua fría, aire frío y evaporativos.  Nos centraremos en los condensadores de tubo y carcasa.

Un condensador de tubo y carcasa horizontal tiene tubos rectos a través de los cuales el agua circula mientras que el refrigerante rodea los tubos en el exterior. El gas caliente desde el compresor entra al condensador en lo alto donde golpea un deflector. El refrigerante se condensa en la superficie de los tubos y cae al fondo donde es colectado y dirigido hacia atrás al evaporador. Los tubos del fondo son usualmente el primer paso (más fío) del agua del condensador y se usan para subenfriar el refrigerante. A menudo el condensador se usa como receptor del refrigerante donde es almacenado cuando no se usa. A menudo el condensador se usa como receptor del refrigerante donde se almacena cuando no está en uso.

Los tubos pueden ser realzados a ambos lados y en el exterior. Sin embargo, ya que el agua del condensador a menudo viene de una torre de enfriamiento abierta, el interior de los tubos del condensador pueden ensuciarse y requieren limpieza mecánica. Los realces del interior – usualmente con canales espirales y rectos – pueden ser problemáticos debido a que los canales son las primeras áreas en ensuciarse. Los investigadores indican que el ensuciamiento llega a ser un problema cuando las concentraciones de sólidos se incrementan por encima de las recomendaciones y las velocidades del tubo caen por debajo de 0,9 m/s.

Unidades de purga

Las enfriadoras centrífugas que usan refrigerantes de baja presión operan por debajo de la presión atmosférica. Cuando se producen grietas, el aire y la humedad son arrastrados a la máquina. Las unidades de purga quitan no condensables que se colectan en el condensador durante la operación normal y en último término reducen la efectividad de la transferencia de calor, causando una mayor presión de altura del refrigerante. La humedad en el interior de la unidad causa la formación de ácidos que descomponen el aceite e incrementan la corrosión interna. Las unidades de purga consisten en compresores consisten en compresores, motores, condensadores y condensadores que pueden ser automáticos o manuales. Las unidades de purga son preferidas debido a que mantienen la eficiencia de la enfriadora más alta posible. Siempre se usarán unidades de purga que reducen las pérdidas de refrigerante durante la operación. La descarga desde las unidades de purga debe dirigirse al exterior.

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