Diseo y montaje de tuberas del circuito frigorfico

Diseo y montaje de tuberas del circuito frigorfico

1. INTRODUCCIN

Uno de los pasos ms importantes en un proyecto de refrigeracin o aire acondicionado, es el diseo y montaje de las tuberas de refrigeracin. An cuando los componentes del sistema sean de ltima generacin o si el diseo de la red de tuberas est mal calculado o mal instalado, irremediablemente el sistema fallar y producir serios daos al compresor.

Las siguientes modalidades ofrecen un sistema rpido y simple de instalacin que est libre de problemas, si los grupos de tuberas estn adecuadamente instalados.En sistemas Split Comerciales y Residenciales, ms all de 15 metros se deber tener especiales consideraciones para asegurar una performance satisfactoria del sistema. Un sistema inapropiadamente diseado puede ser el resultado de una notable prdida de capacidad o una falla de compresores.

La intencin de este manual es presentar las prcticas adecuadas de ingeniera generalmente aceptadas. Las especificaciones y lmites esbozados en este manual estn sujetos a cambios y su diseo debe realizarse conforme a las normas locales.

2. INFORMACIN GENERAL

Las cuatro principales consideraciones en el diseo de lneas de refrigeracin son:-Costos de tuberas, refrigerante e instalacin.-Cada de presin en las lneas.-Retorno de aceite.-Cantidad de refrigerante en el sistema.

El costo es, obviamente, la consideracin que dicta que la menor cantidad de tubo posible a utilizar, resultar en un sistema con una cada de presin aceptable.La cada de presin es importante desde el punto de vista del rendimiento de la instalacin. Las siguientes consideraciones muestran los efectos de la cada de presin en los diversos componentes de un sistema de tuberas de refrigeracin.

a) La cada de presin en las lneas de succin reduce la capacidad y aumenta el consumo elctrico. Para un sistema de aire acondicionado, 1 psi de cada de presin en las lneas de succin reduce la capacidad en aproximadamente, un 1%. La cada de presin en una lnea de succin en la zona de 3 psi (3% de prdida de capacidad) es generalmente aceptable y una cada de presin mayor de 10 psi (10% de prdida de capacidad) es generalmente inaceptable.

En algunas instancias (delineadas en este manual), si una cada de presin mayor (prdida de capacidad) es aceptable para los requerimientos de la instalacin, las lneas de refrigeracin necesitarn ser diseadas para una mayor cada de presin en orden a mantener el retorno de aceite.

La cada de presin en la lnea de lquido no es significativa ya que el 100% del lquido es entregado en la vlvula de expansin y la presin disponible es adecuada para producir el flujo adecuado.

La cada de presin debido a un tramo vertical debe ser agregada a las prdidas por friccin, para determinar la cada de presin total. A temperaturas normales de lquido para R-22, una cada de presin de psi por pi de tramo vertical, debe ser agregada.

El retorno de aceite es de suma importancia, tomando en cuenta que cierta cantidad de aceite est continuamente recirculando con el lquido y se separa en el evaporador. El aceite debe retornar al compresor por arrastre con el vapor de refrigerante. La velocidad mnima debe ser del orden de 800 fpm (pies por minuto) en los tendidos horizontales y 1500 fpm en los verticales de succin.El subenfriamiento del lquido debe ser, a lo menos, 10F al salir de la unidad exterior. Esto permitir una cada de presin de 30 a 35 psi en la lnea de lquido incluyendo la cada de presin debido a la prdida por friccin en tramos horizontales y verticales.

Un contribuyente en la cada de presin en las lneas de refrigeracin son los codos y fittings. Una buena prctica es utilizar curvas de amplio radio en vez de codos de 90 de radio 0. La figura N1 muestra cmo pueden tenderse las tuberas para minimizar cadas de presin en paso bajo vigas.

En sistemas con lneas sobre 50 pies (15 metros) y con una lnea de succin de 7/8 OD (dimetro exterior) o menor, agregue 3 onzas (0,088 litros) de aceite por cada 10 pies (3,28 mts.) de lnea sobre 50 pies (15 metros). Para sistemas con 1 1/8 OD o ms dimetro, agregue 4 onzas de aceite (0,118 lts.) por cada 10 pies (3,28 mts.) sobre 50 pies (15 mts.) Cuando agregue aceite utilice viscosidades sobre 200 (ejemplo 3G o 4G).La principal causa de falla de un compresor es el golpe de lquido. Debido al refrigerante adicional que se requiere para llenar las lneas, la posibilidad de golpe de lquido se acrecienta en lneas sobre los 50 pies (15 mts.) Es deseable utilizar lneas de lquido lo ms pequeas sin que resulte flash gas debido a la cada de presin.

Las lneas de lquido no deben estar en contacto con las lneas de vapor. Si el diseo de lneas de refrigeracin significa 20 psi o ms de cada de presin, la lnea de lquido debe ser aislada en todos los lugares por donde pase a travs de un ambiente con temperaturas superiores al refrigerante sub-enfriado.Las lneas de refrigeracin no deben ser enterradas en el suelo a menos que sean aisladas e impermeabilizadas. Lneas de cobre sin aislar, enterradas en el suelo hmedo o bajo concreto pueden causar serias prdidas de capacidad y operacin errtica, como tambin fallas a corto plazo debido a la corrosin.

Por las razones anteriores, las lneas de refrigeracin deben ser enterradas en conductos impermeables y trmicamente aisladas. Las lneas no deben estar en contacto con el suelo por ninguna razn y el conducto debe ser proyectado de tal forma que no le pueda entrar agua ni retenerla.Las vlvulas de expansin son mandatorias en todas las instalaciones comerciales y domsticas con lneas sobre 15 metros y se deber utilizar solamente tubera de cobre rgida, limpia y seca. Las lneas de cobre recocido estn propensas a curvarse en tendidos horizontales largos, codos, tees, coplas y otras juntas deben ser ejecutados en cobre duro y las curvas deben ser de radio largo.Para uniones libres de filtraciones, limpie prolijamente el tubo y fitting y utilice soldadura apropiada con por lo menos 3% a 5% de plata (uso comn 15%). Para prevenir oxidacin interior en la tubera, es necesario hacer circular Nitrgeno seco durante el proceso de soldadura.

3. LIMITACIONES PARA SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO

Las lneas sobre los 15 metros hasta 45 metros deben ser dimensionadas de acuerdo al diagrama Figura N5. Las aplicaciones menores de 15 metros pueden utilizar orificios de expansin o capilares. El largo mximo de verticales de succin no debe exceder de 45 metros y 15 metros verticales de lquido.

Cuando las lneas exceden los 15 metros, se debe instalar una vlvula solenoide en la lnea de lquido lo ms cerca posible del evaporador. Si el compresor no est equipado con calefactor de crter, se debe instalar este elemento, an ms, se debe utilizar slo vlvula de expansin (orificios de expansin o tubo capilar no son aceptables).

En aplicaciones donde las lneas exceden de 23 metros, la vlvula solenoide debe ser instalada con control de anti reciclaje y pump down (vaciado del lado de baja antes de la detencin del compresor) LNEAS SOBRE LOS 45 METROS NO SON RECOMENDABLES.

4. LIMITACIONES PARA BOMBAS DE CALOR

Cuando las lneas exceden los 15 metros, una vlvula de expansin en la unidad interior y un acumulador de succin son ambos requeridos. Estos elementos deben ser utilizados en todas las instalaciones comerciales SIN IMPORTAR EL LARGO DE LAS LNEAS. Muchas unidades son equipadas de fbrica con acumuladores de succin por lo que NUNCA agregue un segundo acumulador. Si es necesario instalar un acumulador, ste debe ser apropiadamente dimensionado y debe ser instalado en la lnea de succin entre la vlvula inversora de ciclo y el compresor, an ms, cuando las lneas exceden los 15 metros debe instalarse un calefactor de crter en el compresor si ste no ha sido suministrado por la fbrica.

NUNCA instale un filtro secador de lquido adicionalmente al suministrado por la fbrica debido al riesgo de una excesiva cada de presin y riesgo de instalacin impropia. Si debe instalar un filtro secador de lquido en un sistema de bomba de calor, asegrese que el refrigerante pueda circular en un solo sentido a travs del elemento (filtro con vlvula check).

SI LAS LNEAS DE REFRIGERACIN DE UNA BOMBA DE CALOR DEBEN EXCEDER LOS 30 METROS ES RECOMENDABLE NO EJECUTARLA. Debe tenerse especial consideracin en los sistemas bomba de calor cuando hay una diferencia en la elevacin entre la unidad interior y la exterior. Debido a la inversin de flujo de refrigerante desde el ciclo de calor al ciclo de fro, siempre debe considerarse una vertical de succin y lquido cuando se disean las lneas de refrigerante.

El largo mximo de vertical de lneas de lquido no debe exceder los 15 metros debido a la cada de presin esttica de 25 psi. Cada de presin adicional debido a la friccin resultar en una cada de presin total prxima a los 30 psi mximo que podra producir flashing gas.

Del mismo modo las lneas de succin no deben exceder los 15 metros debido a las limitaciones de las lneas de lquido. Si existe una diferencia en elevacin entre las unidades interiores y exteriores, las lneas de vapor deben ser dimensionadas como subidas de succin con la velocidad adecuada para el retorno de aceite.

Las vlvulas solenoides son elementos unidireccionales, por lo que rara vez son utilizadas en bombas de calor. Si fuera necesario utilizarlas se requiere la instalacin de una vlvula check alrededor del solenoide para derivar el refrigerante en el ciclo de calefaccin. NUNCA INSTALE UN SISTEMA DE PUMP DOWN en una bomba de calor.

5. DIMENSIONADO DE TUBERIAS A/C Y BOMBA DE CALOR

El primer paso en el diseo de un sistema de tuberas es desarrollar un esquema completo del sistema (posicin relativa de las unidades condensadoras, evaporadores, largo de cada segmento del sistema de tuberas, largo de las verticales de succin y lquido, etc.)Comience por realizar un dibujo del sistema incluyendo, largo de tuberas, nmero de curvas, tees, vlvulas y cualquier otro elemento irregular o fitting que se necesite. Esta informacin ser til para determinar los largos equivalentes para calcular la cada de presin debido a la friccin.El mismo mtodo deber aplicarse en ambos sistemas A/C y Bomba de Calor. Una lnea de succin dimensionada para producir una adecuada velocidad para retorno de aceite y cada de presin con un mnimo de reduccin de capacidad, funcionar adecuadamente como lnea de gas caliente durante un ciclo de calefaccin. Tambin si existe diferencia de altura vertical entre la unidad interior y exterior, siempre hay que considerar elevaciones de lquido y vapor en el dimensionamiento, debido al flujo de retorno del refrigerante.

6. DISEO DE LNEA DE LQUIDOA-1 CONSIDERACIONES

El propsito de la lnea de lquido es transportar una columna de 100% lquido refrigerante desde el condensador hasta el elemento de expansin en el evaporador, sin gasificar. El valor de cada de presin en la lnea de lquido depende del nmero de grados de subenfriamiento del lquido que deja el condensador, y la temperatura de saturacin de condensacin. Si se conocen la temperatura de condensacin y subenfriamiento se puede calcular la mxima cada de presin.

A-2 Mxima cada de presin (Ejemplo N 1)

Una unidad de alta eficiencia opera con una temperatura de 10F de subenfriamiento y 115F (245 psi), de temperatura de condensacin. Encuentre la cada de presin mxima permisible en la lnea de lquido. Entre a la carta Presin/Temperatura en 115F temperatura de condensacin menos 10F de subenfriamiento nos da 105F de lquido sub enfriado (212 psi. Ms bajo de esta presin el lquido comienza a gasificar). 245 psi de presin de condensacin menos 212 psi de lquido sub enfriado son 33 psi. La cada de presin mxima es de 33 psi. Dos factores deben ser considerados cuando se dimensionan tuberas de lquido.

CADA DE PRESIN EN LNEAS

Primero, la cada de presin a travs de la lnea de lquido no es especialmente crtica ya que se cuenta con una columna del 100% de lquido entrando al elemento de expansin. Casi siempre la generacin de flash gas ser determinada por la cantidad de cada de presin en la lnea de lquido. Para calcular la cada de presin total en las lneas de lquido, lo siguiente debe ser determinado y sumado entre s.

1. La cada de presin debido a la friccin en tubos, fittings y accesorios instalados en terreno, tales como: filtros secadores, vlvulas solenoides u otros elementos. La cada de presin debido a friccin es, generalmente, menor que la cada debido a verticales pero debe ser considerada. La cada de presin de los elementos instalados en terreno es, generalmente proporcionada por el fabricante del elemento y debe ser utilizada si est disponible.

2. Las cadas de presin debido a tendidos verticales (1 psi x metro) es suficientemente alta y puede ser factor limitante en el diseo final del sistema.

PRESIN A TRAVS DE ELEMENTO DE EXPANSIN Y DISTRIBUIDOR La presin del lquido entrando al elemento de expansin debe ser suficiente para producir el flujo requerido a travs del elemento. Una cada de presin de 100 psi a travs de la vlvula de expansin y distribuidor es necesaria para producir un flujo completo a la capacidad establecida, por lo tanto, es necesario entregar el lquido refrigerante (libre de flash gas) a la vlvula de expansin a un mnimo de 175 psi.

PROCEDIMIENTO DE DISEO - PRIMER EJEMPLO SISTEMA SIMPLE

Dado una unidad condensadora de 10 TR (Toneladas de Refrigeracin) instalada en el 1er piso, con un evaporador de 10 TR en el 3er piso y un total de 96 pies (29 metros), de tubera. La unidad est cargada para una temperatura de condensacin de 125F con 10F de subenfriamiento (280 psi R-22). Encuentre la dimensin de la tubera de lquido.La figura N2 ilustra la relacin entre el dimensionado de la lnea de lquido y la cada de presin por cada 100 pies, rango de velocidad y tonelajes de capacidad. Cuando se utilizan vlvulas solenoides, la velocidad no deber exceder de 300 pies/min para evitar golpes de lquido cuando se detiene la unidad. Entre a la fig. 2 a la izquierda (capacidad enfriamiento Ton) y suba hasta la capacidad de enfriamiento del equipo y avance hacia la derecha al tubo de menor dimetro que no exceda de 300 fpm de velocidad.SOLUCIN: Para un sistema de 10 Ton (tonelada), una lnea de 5/8 OD con 4,5 psi/100 pies de cada de presin es seleccionada. Ahora, calcule la cada de presin debido a friccin y subida de lquido para determinar si esta seleccin es adecuada. La cada de presin de dos curvas debe ser adicionada a la ecuacin.

La cada de presin total para 96 pies de tubo de 5/8 OD, ms 1 pie por cada curva equivalen a un total de 98 pies equivalentes.

La figura 2 muestra que en un sistema de 10 Ton podemos esperar una cada de presin de 4,25 psi por cada 100 pies de tubera de 5/8 OD de cobre. Cuando nosotros multiplicamos 4,25/100 por 98 pies equivalentes vemos que la cada de presin por friccin es de 4,17 psi. Ahora debemos adicionar la cada de presin por subidas verticales, que es de psi por pie de subida. Cuando multiplicamos por 40 pies de vertical encontramos que la cada de presin debido a la subida es de 20 pies.

Finalmente hemos adicionado un filtro secador a la lnea de lquido que tiene una cada de presin de 1 psi (esta cantidad es provista por el fabricante).Sume los tres componentes de cada de presin para encontrar que el total en esta lnea de 5/8 OD es de 25,17 psi. Ahora comparando los 25,17 psi de cada de presin a nuestro valor mximo encontramos que estamos en un rango aceptable, por lo tanto la lnea de 5/8 OD es una buena seleccin pues est bajo el rango mximo de cada de presin, est en un rango satisfactorio de velocidad, utiliza el mnimo de refrigerante y provee suficiente presin en la vlvula de expansin.

PRIMER EJEMPLO TUBERA DE MAYOR DIMETRO

Supongamos que se ha seleccionado una lnea de OD con una cada de presin de 1,6 psi/100pies de largo. Para el largo total equivalente se ha considerado un largo de lnea de 96 pies ms el equivalente del fitting (2 curvas de 90 a 1,25 pies c/u). El largo total equivalente es de 98,5 pies. La cada de presin por friccin sera de 1,6 psi/100 pies multiplicado por 98,5 es igual a 1,57 psi. Cuando la cada de presin debido a tramos verticales (20 psi) y la del filtro secador (1 psi) son agregados encontramos que la cada de presin total para la tubera de OD es de 22,57 psi. An as, una lnea de OD es menos adecuada. Por qu?

La diferencia de cada de presin entre la tubera de 5/8 OD y OD es de slo 2,35 psi. Adems una tubera mayor hay que agregar 5,5 Lbs. de refrigerante al sistema. El riesgo de golpes de lquido se incrementar y la tubera de menor dimetro es ms econmica. Por lo anterior se debe utilizar la tubera de menor dimetro.

B. DISEO DE LNEA DE SUCCINPRINCIPIOS

El propsito de la lnea de succin es retornar el vapor refrigerante y aceite desde el evaporador al compresor. EL DIMENSIONADO DE LAS LNEAS VERTICALES ES DE EXTREMA IMPORTANCIA. EL MOVIMIENTO DEL ACEITE EN EL INTERIOR DE LA TUBERA DEPENDE DE LA VELOCIDAD DEL GAS REFRIGERANTE EN LA SUPERFICIE DE LA TUBERA.Mientras mayor sea la dimensin del tubo, mayor es la velocidad requerida en el centro para mantener una velocidad dada en la pared del tubo. El diseo de la lnea de succin ES CRTICO. El diseo debe minimizar las prdidas de presin para obtener el mximo de eficiencia de la unidad y an as proveer un adecuado retorno del aceite al compresor bajo todas las condiciones.Debido a que el aceite se separa del refrigerante en el evaporador, la velocidad de succin debe ser la adecuada para arrastrar el aceite hacia el compresor. Las lneas horizontales requieren un mnimo de 800 fpm de velocidad de arrastre. Las verticales de succin requieren 1200 fpm como mnimo y preferiblemente 1500 fpm sin importar el largo de la elevacin.

La figura N 5 ilustra la relacin entre el dimensionado de la lnea de succin, la cada de presin por cada 100 pies, velocidad y tonelajes de capacidad.Esta carta es utilizada para determinar la cada de presin en la lnea, la que despus puede ser utilizada para determinar la prdida de capacidad de la lnea de succin. Esta carta puede tambin ser utilizada para determinar la velocidad en la lnea y asegurar un adecuado retorno de aceite al compresor.Las subidas verticales no afectan significativamente la cada de presin, sin embargo, el sistema perder un 1% de su capacidad por cada libra de cada de presin debido a friccin en la lnea de succin. Este factor del 1% es usado para estimar la prdida de capacidad de las lneas de refrigeracin.

Para utilizar el factor del 1%, primero se debe usar la figura 5 para estimar la cada de presin en el largo equivalente total de las lneas que elija.

CONSIDERACIONES

Cuando un evaporador est localizado sobre o a nivel de la unidad condensadora, la lnea de succin debe subir hasta el tope del evaporador. Esto ayuda a prevenir el retorno de lquido por migracin hacia el compresor durante el ciclo de detencin. En la parte baja de todas las elevaciones verticales se debe instalar sifones (trampas).

En los sistemas de aire acondicionado, las lneas de succin horizontales deben estar niveladas con una pequea inclinacin hacia la unidad condensadora. Se debe evitar puntos bajos u otros defectos que puedan recolectar aceite y es por esta razn que es necesario utilizar tubera rgida en tendidos horizontales largos. Para asegurar el retorno de aceite se debe instalar un sifn (trampa) en la parte baja de cualquier subida de succin (recuerde, una lnea de vapor en una bomba de calor, puede actuar como subida de succin cuando el flujo es invertido)

Cuando seleccione dimetros de lneas de vapor se deben tener en cuenta los siguientes puntos:

1. Se debe mantener una velocidad adecuada para asegurar un buen retorno de aceite.2. La prdida de capacidad debe mantenerse dentro de los requerimientos. Los elementos instalados en terreno, tales como secadores de succin, silenciadores, etc., contribuyen a cadas de presin y prdidas de capacidad. Estos valores deben ser incluidos en los clculos del proyecto.

PROCEDIMIENTO DE CLCULO

Antes de dimensionar la tubera, confeccione un croquis completo con fittings, secadores, vlvulas, etc. Mida el largo lineal de cada lnea y determine el nmero de curvas, tees, vlvulas, secadores, etc. Sume el largo equivalente de los fittings (Tabla 2) al largo lineal de tubera para obtener el largo equivalente total para determinar la prdida por friccin. Procedimiento de Clculo primer ejemplo

DADO: Una unidad condensadora de 5 TR (60.000 Btu/h) a nivel con su evaporador, con 65 pies de tubera y 8 curvas (como figura 7)ENCUENTRE: Seleccione la dimensin del tubo de la figura 5. Esta figura ilustra la relacin entre el dimetro de la tubera de succin, cada de presin por cada 100 pies, rango de velocidad y tonelaje de capacidad.SOLUCIN: Entre a la figura 5 en la columna de la izquierda a 5 Ton y avance hacia la derecha al dimetro menor con una velocidad de 3000 fpm. La velocidad de la lnea de succin no debe exceder de 3000 fpm en orden a evitar posibles problemas de ruidos. Esta regla puede excederse un poco cuando sea necesario dar mayor velocidad para retornar el aceite verticalmente.

Se ha seleccionado una lnea de 1 1/8 OD con una cada de presin de 2,8 psi por cada 100 pies y una velocidad de 1950 fpm. Ahora calcule la cada de presin debido a la friccin para determinar si esta seleccin es adecuada. 65 pies de tubera, ms 8 curvas (1,8 pies equivalentes c/u de la Tabla 2) = 79,4 pies de largo total.

Cuando nosotros multiplicamos 2,8/100 x 79,4 pies equivalentes, vemos que la cada de presin total es de 2,22 psi. La lnea de 1 1/8 OD, aparentemente, cubre los requisitos en la figura 5. Encuentre la prdida de capacidad en la lnea de 1 1/8 para determinar la capacidad neta.Los sistemas de Aire Acondicionado y Bombas de calor estn basados en sistemas establecidos con 25 pies (7,6 mts.) equivalentes de lneas de refrigeracin operando bajo condiciones ARI, la figura 6 muestra que la cada de presin en 25 pies (7,6 mts.) debe ser sustrada del largo total equivalente.

La cada de presin en 25 pies de un tubo de 1 1/8 OD es: 2,8/100 multiplicado por 25 = 0,7 psi.La cada total de la lnea es: 2,22 psi menos 0,7 psi. = 1,52 psi.La prdida de capacidad (figura 6 ) es: 0,01 x 1,52 x 60.000 = 912 Btu/h o aproximadamente 1,5%. Dimensionado de tuberia alternativo al primer ejemplo.Supongamos se ha seleccionado una tubera de 7/8 OD con una cada de presin de 12 psi/100 pies. 65 pies de tubera ms 8 curvas (1,5 pies equivalentes c/u de la Tabla 2) = 77 pies de largo equivalente. La cada de presin total por friccin sera 12/100 multiplicado por 77 = 9,24 psi. La cada de presin en 25 pies de una lnea de 7/8 OD es: 12/100 multiplicado por 25 = 3 psi La cada total de presin es: 9,24 psi menos 3 psi = 6,24 psi.La prdida de capacidad (Figura 6 ) es: 0,01 x 6,24 x 60.000 = 3.744 Btu/h o aproximadamente 6,24%.

Esta es una mala seleccin por dos razones:

1.- La alta velocidad puede causar ruidos excesivos en la lnea de succin.2.- La prdida de capacidad puede ser no aceptable si el sistema es diseado con poca tolerancia.

Procedimiento de dimensionado de lnea de succin, segundo ejemplo

Dado una unidad condensadora de 7 TR con evaporador ms abajo, 112 pies de tubera y 4 curvas. El tendido incluye 20 pies de subida vertical y 96 pies de tendido horizontal.

ENCONTRAR: Seleccionar la dimensin del tubo de la Fig.N 5

SOLUCIN: Una lnea de 1 1/8 OD con una cada de presin de 6 psi por 100 pies y 2900 fpm de velocidad es seleccionada. Ahora calcule la cada de presin por friccin para determinar si ha sido una buena seleccin.

De la Tabla 2, cuatro curvas a 1,8 pies de largo equivalente = 7,2 pies equivalentes. Cuando se adiciona a los 112 pies de tubo, el largo total equivalente es de 119,2 pies (redondee a 120 pies).

Cuando multiplicamos 6/100 x 120 pies equivalentes tenemos que la prdida por friccin es de 7,2 psi. Use la Tabla 5 para calcular la cada de presin en 25 pies de tubo de 1 1/8 OD. Ahora bien, 6/100 x 25 pies vemos que la prdida por friccin es de 1,5 psi.La prdida de capacidad en el largo total equivalente de la tubera (usando figuras 5 y 6) = 1% x (7,2 - 1,5) x 90.000 Btu/h = 0,01 x (5,7) x 90.000 es igual a 5.130 Btu/h lo que significa un 5,7%.Este mtodo de clculo muestra que es un sistema aceptable pero resulta en una apreciable prdida de capacidad y eficiencia.

Tercer ejemplo con una unidad condensadora de capacidad variable de dos velocidades

Algunas instalaciones de capacidad variable pueden utilizar una sola subida de succin sin afectar seriamente la carga de diseo.

DADO: Una unidad condensadora de dos velocidades de 15 TR con evaporador de 15 TR

Capacidad con velocidad alta = 15TRCapacidad con velocidad baja = 9 TR

El sistema tiene su evaporador a 60 pies (18,3 mts.) ms abajo y 40 pies (12,2 mts.) de distancia de la unidad condensadora en forma horizontal. Tiene una trampa de aceite en la parte inferior de la subida compuesta de 3 curvas. La trampa est compuesta con curvas de 90.

ENCONTRAR: Determine si basta con una subida simple o es necesario una subida doble.SOLUCIN: Seleccione la lnea basado en la capacidad total de la unidad (15 TR) 1 5/8 OD con 3 psi cada 100 pies de cada de presin y 2600 fpm de velocidad (a total capacidad) es seleccionada. Entonces determine el largo equivalente del segmento para calcular la cada de presin.60 pies verticales ms 40 pies horizontales, ms 4 curvas de 90 (2,8 pies equivalentes c/u) = 111 pies equivalentes, vemos que la cada por friccin es de 3,3 psi. Utilice la Tabla 5 para calcular la cada de presin en 25 pies de tubo de 1 5/8. Cuando multiplicamos 3/100 x 25 pies vemos que la cada de presin por friccin es de 0,75 psi. La prdida de capacidad en el largo total equivalente de la lnea de refrigeracin (usando las figuras 5 y 6) = 1% x (3,3 0,75) x 180.000 Btu/h = 0,01 x (2,55) x 180.000 = 4.590 Btu/h de prdida y sta determina que la prdida de capacidad de la lnea seleccionada es de 2,55%.

Capacidad en Baja Velocidad

Aparentemente, una lnea de 1 1/8 OD es apropiada para un sistema operando a capacidad total. Ahora debemos determinar si este dimetro de tubo es apropiado para cuando el sistema funcione en baja velocidad (9 Ton).

Algunas unidades que operan en baja velocidad tienen una capacidad del 60% de la capacidad total (Lennox).

15 Ton. X 0,6 = 9 Ton Cuando una unidad de 9 Ton usa lneas de 1 5/8 OD indica que la velocidad es de 1500 fpm (Fig.5). Esta velocidad es suficiente para el retorno de aceite al compresor y llena el requerimiento para mantener, a lo menos, 1500 fpm en las subidas verticales.

Cuando comparamos las perfomances en alta y baja velocidad, en este caso encontramos que una sola subida de 1 5/8 OD puede ser utilizada y no se requiere doble subida.

Varias aplicaciones de velocidad variable pueden requerir una reduccin en las subidas de succin para mantener una adecuada velocidad para el retorno de aceite en baja velocidad. Por ejemplo, un sistema de dos velocidades, normalmente, utilizar una lnea de succin de 1 1/8OD (fig.5). Una subida de succin en este sistema puede ser reducido a 7/8OD mientras el tendido horizontal puede usar tubera de 7/8OD.

La figura 5 nos muestra el resultado de disminuir el dimetro de la subida de succin. Esta desventaja es que la velocidad en la subida exceder los 3000 fpm cuando la unidad funcione a plena capacidad (potencial transmisin de ruidos). Adicionalmente la cada de presin en la lnea ms pequea ser significativamente ms alta (prdida de capacidad).

La ventaja de una lnea ms pequea es que garantiza suficiente velocidad para el retorno de aceite cuando se opera con capacidad reducida. Si reduciendo el dimetro de la subida de succin, la cada de presin es inaceptable, el sistema debe ser proyectado con doble subida de succin.

Cuarto ejemplo: dimensionado de succin capacidad variable, by-pass de gas caliente

Existen dos tipos bsicos de kits de by-pass de gas caliente.

El ms deseable es el tipo que alimenta el gas caliente desde la descarga del compresor a una conexin en el distribuidor en el evaporador. Cuando se instala de esta manera se mantiene un flujo completo de gas de succin en la lnea y seguir los procedimientos estndar descritos en las secciones previas. El segundo tipo de by-pass de gas caliente es instalado y conectado dentro de la unidad condensadora en la que el gas de la descarga del compresor y lquido son derivados a la vlvula de by-pass de gas caliente e inyectado directamente en la lnea de succin. Este mtodo reduce el flujo a travs del evaporador y lnea de succin.CUANDO USAR DOBLE SUBIDA DE SUCCIN Si una unidad condensadora puede descargar ms del 50%, tanto por un by-pass de gas caliente (run-around cycle) u otro mtodo mecnico, podra requerirse doble subida de succin.Si la unidad condensadora descarga menos del 50% las lneas de succin pueden, generalmente, ser dimensionadas de acuerdo con las secciones anteriores. Si la velocidad de succin es lo suficientemente alta para retornar el aceite, cuando la unidad opera a capacidad reducida, generalmente no se requiere de doble subida.En general, dobles subidas son requeridas cada vez que la mnima carga en el compresor no crea la suficiente velocidad en las subidas de succin para retornar el aceite al compresor. Doble subida es tambin necesaria cada vez que la cada de presin o velocidad es excesiva en una subida simple.

CMO FUNCIONA LA DOBLE SUBIDA DE SUCCINLa figura 10, muestra una tpica instalacin con doble subida de succin.

Una trampa de aceite debe ser instalada entra las dos subidas de succin. Durante el funcionamiento a carga parcial (fig 11), cuando la velocidad del gas no es suficiente para retornar el aceite en las dos subidas, la trampa se llena gradualmente con aceite hasta que la segunda subida es sellada. Cuando esto ocurre el vapor sube solamente por la primera subida. Con la utilizacin de solo la primera subida hay suficiente velocidad para retornar el aceite. LA TRAMPA DEBE SER DIMENSIONADA PARA RETENER UN MINIMO DE ACEITE, ya que de otra manera puede acumular suficiente aceite como para afectar el nivel del compresor cuando funcione con carga parcial.

La segunda subida de succin debe entrar al circuito principal de succin con una trampa invertida para evitar que entre aceite a esta segunda lnea durante el funcionamiento a carga parcial.

EJEMPLO DE CLCULO

DADO: Unidad condensadora de 10 TR con by-pass de gas caliente o descargadores mecnicos capaces del 65% de descarga. El evaporador est localizado a nivel ms bajo de la unidad condensadora y el tendido de tuberas requerir 57 pies (17,37 mtrs) lineales, sin doble subida, utilizar slo dos curvas de 90.ENCONTRAR:1. Dimensionar tubera para tendido horizontal y subidas.2. Determinar si es necesario doble subida.3. Dimensione la doble subida para un buen funcionamiento.

SOLUCIN: Dimensione cada segmento basado en las TR que fluir en el segmento. Capacidad completa: 10 TR mnima carga es 35% de 10 TR = 3,5 TR. La diferencia entre la capacidad total y parcial es de 6,5TR.

De la figura 5, seleccione un tubo para capacidad TOTAL; 1 3/8 OD con 3,3 psi de cada de presin por cada 100 pies de largo y 2400 fpm de velocidad. Ahora, utilizando la figura 5, encuentre la velocidad para el tubo seleccionado para carga parcial. La velocidad es de aproximadamente 850 fpm.Esta velocidad es suficiente para retornar aceite en tramos horizontales pero NO en los tramos verticales.

Si nosotros dimensionamos este sistema, simplemente reduciendo el tubo a 11/8 OD, encontraramos que la velocidad en la subida es excesiva (3800 fpm) cuando el sistema est funcionando a capacidad plena. Como resultado de lo anterior, concluimos que este sistema necesita doble subida.En la instalacin de la doble subida se necesitarn 5 curvas y dos Te.

DIMENSIONADO DE LA SUBIDA MENOR (CARGA REDUCIDA)Esta unidad produce 3,5TR a mnima capacidad. Seleccione de la figura 5, una lnea de 7/8 OD (lnea ms pequea con velocidad aceptable). Cuando el sistema est operando a 3,5TR, esta lnea operar a 2500 fpm producir 6 psi de cada de presin por 100 pies.

DIMENSIONADO DE LA SUBIDA MAYORLa lnea mayor lleva 6,5 TR de capacidad a plena carga. Seleccione de la figura 5 una lnea de 1 1/8 OD. Cuando opere a 6, 5 ton de capacidad, esta lnea operar a 2500 fpm y producir 4,5 psi de cada de presin por 100 pies. Posteriormente debemos determinar si las dimensiones de las lneas seleccionadas corresponden a una cada de presin satisfactoria entre la unidad condensadora y el evaporador.Comience encontrando el largo total equivalente de la subida (B) ms larga: 15 pies de tubera, ms 2 tees (equivalente a 4,5 pies c/u) ms 4 curvas (1,8 pies equivalentes c/u) = 31,2 pies. Ahora determine el largo equivalente del ramal ms corto (A): 15 pies de tubo ms 1 codo (1,5 pies equivalentes) ms 1 Te (3,5 pies equivalente) ms 1 Te a 1,0 pies equivalentes) = 21 pies

Use el largo total equivalente de cada subida para establecer la cada de presin de cada una de stas. Para la subida B 1 1/8 DE con 6,5 ton de capacidad tiene 4,5 psi de cada de presin por 10 pies. Cuando multiplicamos 4,5/100 x 31,2 pies equivalentes vemos que la cada de presin total por friccin es de 1,4 psi.Para la subida menor (A) 7/8 OD con 3,5 ton de capacidad, tiene 6 psi de cada de presin por 100 pies. Multiplicando 6/100 x 21 pies equivalentes, vemos que la cada de presin total por friccin es de 1,26 psi.La cada de presin total es igual a la proporcin de ambas cadas de presin 1,4 + 1,26 = 2,66/2 = 1,33 psi de cada de presin a travs de ambas subidas. Encuentre la cada de presin en el tendido horizontal: 1 3/8 OD a 10 ton de capacidad tiene 3,3 psi de cada por cada 100 pies de largo. Multiplicando 3,3/100 x 61 pies, el total de cada de presin es de 2,01 psi.

Sumando ambas cadas de presin 2,01(horizontal) + 1,33 (proporcional de subidas) = 3,34 psi.Use la Tabla 5 para calcular la cada de presin en 25 pies de 1 3/8 OD. Cuando multiplicamos 3,3/100x25 pies, la cada de presin por friccin es de 0,825 psi.

La prdida de capacidad en el largo equivalente total es igual a 1% x (3,34 0,825) x 90.000 Btu/h Btu/h de prdida = 0,01 x 2,515 x 90.000 = 2.363,5 Btu/h, equivalentes al 2,5% de prdida de capacidad.

DIMENSIONADO DE LNEAS DE LQUIDO CON EVAPORADORES MULTIPLESOcasionalmente podemos tener la conexin de ms de un evaporador a una unidad condensadora. El mtodo de dimensionado que se describe a continuacin, es para un sistema con evaporadores mltiples funcionando simultneamente.

En este ejemplo todos los evaporadores estn localizados sobre la unidad condensadora. Este sistema est equipado con evaporadores de 2 Ton, 5 Ton, y 3 Ton en orden superior a inferior.DADO: Unidad condensadora de 1 velocidad, de 10 TR en piso con tres evaporadores sobre el condensador.ENCONTRAR: Seleccionar tuberas desde Tabla N 2.SOLUCIN: Dimensione cada segmento basado en las TR que fluirn en el segmento.

SEGMENTO A-BPrimero resuelva el segmento A-B (10TR). La Tabla 2, indica que para un sistema de 10 TR se debe seleccionar un tubo de 5/8 OD (lnea ms pequea con velocidad aceptable). La Tabla 2 tambin indica que la lnea de 5/8 tiene una cada de presin de 4,3 psi / cada 100 pies de largo. Entonces determine el largo equivalente del segmento para calcular la cada de presin.

21 pies (6,4 mts.) de tubera, ms 3 curvas de 90( 1 pie equivalente c/u) ms 1 Te (0,8 pies equivalentes) = 24,8 pies de largo equivalente {redondear a 25 pies(7,6 mts.)} de largo equivalente.

Cuando multiplicamos 4,3/100 por 25 pies equivalentes vemos que el total de la prdida por friccin es de 1,1 psi. Ahora debemos agregar la cada de presin por la subida vertical. La cada de presin para R-22 es 0,5 psi por pie de subida vertical. Multiplicamos por 10 pies de subida vertical y tenemos que la cada de presin debido a subida es de 5 psi. Sumando los dos componentes tenemos que la cada de presin en una lnea de 5/8DE es de 6,1 psi.

SEGMENTO B-CEl segmento B-C tiene una capacidad de 3TR. La Tabla 2 indica que un sistema de 3TR debe usar una lnea de 3/8OD (dimetro ms pequeo con velocidad aceptable). Ahora determine el largo equivalente del segmento para calcular la cada de presin.De la Tabla 2 una lnea de lquido con una capacidad de 3 TR tiene una cada de presin de 8,3 psi x cada 100 pies de largo. Cuando multiplicamos 8,3/100 x 4 pies equivalentes vemos que la cada de presin es de 0,33 psi.

SEGMENTO B-DB-D tiene una capacidad de 7TR. Seleccione de la Tabla 2 una tubera de 5/8 OD (lnea ms pequea con velocidad aceptable). Entonces determine el largo equivalente del segmento para calcular la cada de presin.10 pies (3,04mts), ms una T (segmento recto a 0,8 pies de largo equivalente)= 10,8 pies (3,29mt), redondeamos a 11 pies de largo equivalente. De la Tabla 2, una lnea de 5/8 OD con 7 TR de capacidad tiene una cada de presin de 2,3 psi por 100 pies (30,5mts) de largo. Multiplicamos 2,3/100 por 11, tenemos una prdida por friccin de 0,25 psi.Ahora debemos adicionar la cada de presin para subida vertical de R-22, es de 0,5 psi por pie de subida. Cuando multiplicamos por 10 pies de subida vertical tenemos que la cada de presin debido a la subida es 5 psi. Sumamos los componentes de cada de presin y tenemos que en la lnea de 5/8 OD es de 5,25 psi.

SEGMENTO D-EEl segmento D-E tiene una capacidad de 5 TR. Seleccione de la Tabla 2 una lnea de 1/2 OD. Entonces determine el largo equivalente del segmento para calcular la cada de presin. 40 pies (12,2mts) de tubera ms una T (derivacin a 2,0 pies de largo equivalente) = 42,0 pies (12,8mts) de largo equivalente.De la Tabla 2 una lnea de lquido con 5 TR de capacidad tiene 4,6 psi de cada de presin por cada 100 pies de largo. Multiplicamos 4,6psi/100 por 42 pies de largo equivalente, tenemos que la cada de presin por friccin es de 1,93 psi. En este segmento el nico componente de cada de presin es 1,93 psi.

SEGMENTO D-FEl segmento D-F tiene una capacidad de 2TR. Seleccione de la Tabla 2 una lnea de lquido de 3/8 OD (menor dimetro con velocidad aceptable).12 pies de tubera (3,7mts), ms una curva 90 (0,8 pies largo equivalente) = 12,8 pie de largo; redondeamos a 13 pies. De la Tabla 2 la lnea de lquido de 3/8 OD con 2 ton de capacidad tiene 4 psi de cada de presin por 100 pies de largo. 4/100 x 13 pies de largo, tenemos 5,52 psi de cada de presin.

RESUMEN Ahora debemos determinar si el dimensionado de las lneas de lquido seleccionadas tiene una cada de presin satisfactoria entre la unidad condensadora y cada evaporador. Para esto, slo debemos sumar la cada de presin de cada segmento. Recuerde que la cada de presin total entre la unidad condensadora y evaporadores debe ser menor a 30 psi.CAIDA DE PRESIN TOTAL:

AC = AB+BCAC = 6 + 0,33 = 6,33 psi (Aceptable).

AE = AB + BD + BCAE = 6 + 5,25 + 0,33 = 11,58 psi (Aceptable).

AF = AB +BD + DFAF = 6 + 5,25 + 5,52 = 16,77 psi (Aceptable).

DIMENSIONADO DE LNEA DE SUCCINCuando una unidad condensadora es conectada a ms de un evaporador, hay reglas adicionales que debemos seguir cuando diseamos las tuberas de refrigeracin Estas reglas son aplicables a serpentines separados en unidades manejadoras de aire separadas como tambin a serpentines separados en una sola manejadora de aire.

Primero, la carga total de los evaporadores debe por lo menos, ser igual a la capacidad de la unidad condensadora. Cuando los evaporadores en diferentes niveles son conectados a una sola matriz, la lnea de succin desde cada serpentn debe subir al tope del serpentn antes de unirse a la matriz. Finalmente todas las conexiones a una matriz de succin deben entrar con una vuelta por la parte superior de la matriz para evitar la entrada de aceite a las subidas durante el perodo de detencin.

EJEMPLO: DIMENSIONADO DE SUCCIN CON EVAPORADORES MULTIPLESEn los sistemas con evaporadores mltiples, operando simultneamente conectados a una unidad condensadora, las lneas de succin deben dimensionarse en forma similar al mtodo usado para las lneas de lquido. Cada segmento es dimensionado segn la carga en ton de refrigeracin fluyendo en el segmento.

En este ejemplo, todos los evaporadores estn localizados sobre la unidad condensadora por lo que ninguno tiene efectos de subidas de succin. Es sistema est equipado con evaporadores de 2 tons, 5 tons, y 3 tons, en orden superior a inferior en altura.

Dado una unidad condensadora de 10 ton, conectada a 3 evaporadores sobre la unidad, operando simultneamente. ENCONTRAR: Seleccionar tuberas segn Tabla N 5. SOLUCIN: Dimensione cada segmento basado en las ton de refrigeracin que fluir en el segmento.

SEGMENTO A-BPrimero resuelva el segmento A-B (10 ton). Seleccione de la Tabla 5 una lnea de 1 3/8 OD (la menor lnea de succin con velocidad aceptable). Despus determine el largo equivalente para calcular la cada de presin. 21 pies (6,4 mts) de tubera, ms 3 curvas de 90 a 2,4 pies de largo equivalente c/u, ms una T (lado recto) a 1,8 pies equivalentes) = 30 pies.

De la Tabla 5 una lnea de 1 3/8 OD con 10 ton de capacidad tiene 3,3 psi de cada de presin.Multiplicamos 3,3/100 x 30 = 0,99 psi de cada de presin por friccin.

SEGMENTO B-CB-C tiene una capacidad de 3 ton. Seleccione de la Tabla 5 una lnea de 3/4 OD (mnimo dimetro con velocidad aceptable). Note que la Tabla 5 muestra que una lnea de 3/4 OD tiene una significativa cada de presin por 100 pies de largo.Si el segmento B-C fuera de mayor largo, la cada de presin reducira significativamente la capacidad por lo que habra que aumentar el dimetro de la lnea a 7/8 OD. Determine el largo equivalente del segmento para calcular la cada de presin.2 pies de tubera, ms una T (boca de derivacin = 3,5 pies) ms 6 curvas (1,25 pies equivalentes c/u) = 13 pies de largo equivalente.

De la Tabla 5 una lnea de succin de 3/4 OD con 3 ton. de capacidad tiene 8,5 psi de cada de presin x 100 pies de largo.8,5/100 x 13 = 1,11 psi de cada de presin.

SEGMENTO B-DB-D tiene una capacidad de 7 ton de la Tabla 5 seleccione una lnea de 1 1/8 OD. 10 pies de tubo, ms una T con 1,5 pies de largo equivalente = 11,5 pies equivalentes.De la Tabla 5, una lnea de 1 1/8 OD con 7 ton de capacidad tiene 5,2 psi de cada de presin x 100 pies de largo. 5,2/100 x 11,5 = 0,6 psi de cada de presin por friccin.

SEGMENTO D-ED-E tiene una capacidad de 5 ton. Seleccione de la Tabla 5 una lnea de 1 1/8 (menor dimetro con velocidad aceptable). Determine el largo equivalente del segmento para calcular la cada de presin. 40 pies (12,2 mts.) de tubera, 1 T (boca de derivacin) con 4,5 pies largo equivalente, ms 6 curvas 90 con 1,8 pies de largo equivalente c/u = 55,3 pies de largo.De la Tabla 5, una lnea de 1 1/8 OD con 5 ton de capacidad tiene 2,8 psi de cada de presin cada 100 pies. 2,8/100 x 55,3 = 1,55 psi de cada de presin.

SEGMENTO D-FD-F tiene una capacidad de 2 ton. Seleccione una lnea de 5/8 OD (menor dimetro con velocidad aceptable). Despus determine el largo equivalente.12 pies (3,7 mts.) de tubera ms 7 curvas de 90 (1,3 pies de largo equivalente c/u) = 21,1 pies de largo. De la Tabla 5 con 2 ton de capacidad tiene 12 psi/100 de cada de presin.12/100 x 21,1 = 2,53 psi cada de presin.

Aqu tambin la cada de presin y la resultante de la prdida de capacidad se acercan a niveles significativos. Sera ms apropiado seleccionar una lnea de 3/4 OD en orden a limitar las prdidas de capacidad. Ahora el largo equivalente es de 20,75 pies. De la Tabla 5, una tubera de 3/4 OD con 2 ton de capacidad tiene 4,2 psi por 100 pies de largo. 4,2/100 x 20,72 = 0,87 psi.

RESUMEN Ahora debemos determinar si las lneas seleccionadas sern satisfactorias en cada de presin desde la unidad condensadora y cada evaporador.Para hacer esto sume el total de cada una de las cadas de presin de los segmentos desde la unidad condensadora y cada evaporador. Despus convertiremos la cada de presin en prdida de capacidad para cada uno de los evaporadores. RECUERDE QUE HAY APROX. UN 1% DE PRDIDA DE CAPACIDAD POR CADA LIBRA DE CAIDA DE PRESIN EN LA LNEA.

EVAPORADOR DE 3 TON.

Cada de presin total AC = AB + BC 0,99 x 1,11 = 2,1 psi.1% prdida de capacidad x cada libra de cada de presin 0,01 x 2,1 x 36.000 Btu/h = 756 Btu/h

EVAPORADOR DE 5 TON.Cada de presin total AE = AB + BD + DE 0,99 + 0,60 + 1,55 = 3,14 psi 1% prdida de capacidad x libra de cada de presin 0,10 x 3,14 x 60.000 Btu/h = 1.884 Btu/h de prdida

EVAPORADOR DE 2 TON.Cada de presin total AF = AB + BD + DFCon tubera de 5/8 OD en DF 0,99 + 0,60 + 2,53 = 4,12 psiCon tubera de 3/4 OD en DF 0,99 + 0,60 + 0,87 = 2,46 psi 1% prdida de capacidad x libra de cada de presin a) 0,01 x 2,46 x 24.000 Btu/h = 590 Btu/h con tubo de 3/4 OD b) 0,01 x 4,12 x 24.000 Btu/h = 989 Btu/h con tubo de 5/8 OD

Cuando decidamos cul lnea deberamos usar en DF, compare la prdida de capacidad con la capacidad requerida. Use tubos de mayor dimetro si la prdida de capacidad es necesaria para satisfacer los requerimientos de la obra.

Si los segmentos de estos evaporadores fueran significativamente ms largos, resultando una prdida de capacidad excesiva, se pueden seleccionar lneas de succin de mayor dimetro, mientras se mantenga una velocidad satisfactoria para el retorno de aceite.

Despus de estudiar la presente exposicin, se desprende que el diseo de las tuberas de refrigeracin es de suma importancia y no sacamos nada con tener equipos de excelentes marcas y tecnologa de punta si no diseamos adecuadamente la red de tuberas.