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Aplicación típica
La tarea principal del evaporador es enfriar ell medio a la temperatura deseada.
Cuando el refrigerante esta pasando por el evaporador este utiliza el calor del fluido en su alrededor para cambiar de estado pasando a vapor. Este es el “efecto de enfriamiento”, y por esto se dice que la tarea del evaporador es enfriar algo.
Normalmente el flujo de los fluidos es en contracorriente.
Las aletas del evaporador al aumentar significativamente la superficie de transmisión de calor, hacen que éste sea mas efectivo.
Para asegurar una eficiencia y capacidad de enfriamiento del evaporador alta, es necesario realizar desescarches cada cierto tiempo.
Evaporadores
Eficiencia de un evaporador de aire
QE = SA x LMTD x VA x k-factor
LMTD = Diferencia de temperaturaSA = Area de enfriamientoQE = Capacidad de refrigeración
VA = Caudal de airek-factor = Factor de eficiencia
Cálculo de LMTD
Entrada de aire2°C
Salida de aire-1°C
-10°CTemperatura de aspiración
(salida refrigerante)
-9°CTemperatura de aspiración + p interna en la bateria de
aire
Δ T = 12°C Δ T = 8°C
LMTD =
=
(12 – 8)°C
ln 128
9.87°C
Evaporadores
• Normalmente cuando se produce la ebullición se produce espuma que puede ser arrastrada fuera del evaporador y llegar al compresor produciendo daños en las partes mecánicas del compresor.
Ebullición
Ebullición en cazo de leche
Altura de espuma
Car
ga te
rmic
a
Ebullición
Zona de espuma
INESTABLE
Vapor
ESTABLE
Ebullición girada
Zona de espuma
INESTABLE Vapor
ESTABLE
Recalentamiento
Car
ga
térm
icaTevaporación
+5ºC
0ºC
-15ºC100 %
10 %
MSS Curve
11 °C 18 °C
MSS depende de:• Carga• Temperatura de evaporador• Flujo de aire• Diseño batería• Etc.
No olvidar nunca Cada evaporador es ÚNICO
Teoría de la Mínima Señal eStable del evaporador
Diagrama típico
Hielo
Zona de espuma
INESTABLE
Vapor
ESTABLE
RecalentamientoC
arga
té
rmic
a
Bloque de hieloFallo en ventiladorMala distribución de producto
Desplaza la curva MSS hacia la derecha con valores más inestables
Curva MSS y fallo en ventilador o hielo
2
13
4
Refrigerant
Air
Tem
pera
tura
Longitud evaporador
Correcto
Dirección del flujo del aire a través del evaporador
Refrigerante
Refrigerante
Aire
Aire
La gota explota y sale del tubo
La gota disminuye de diámetro y no sale del tubo
Diagrama simbólico de los diferentes recalentamientos del evaporador
toh-to
toh-to
toh-to
Recalentamiento pequeño- Max. inestabilidad en señal de recalentamiento
MSS es alcanzada.-MSS = Mínimo recalentamiento estable que el evaporador puede alcanzar
toh-to
toh-to=0
Recalentamiento demasiado alto- Evaporador insuficientemente utilizado
Condiciones de trabajo de zona humeda
- Liquido fluye al compresor
tohto
Recalentamiento demasiado pequeño-Señal de recalentamiento parcialmente estable, sin embargo, existe retorno de liquido a la linea de aspiración, que tendrá que compensarse con un mayor funcionamiento del compresor.
S2-To
Longitud
Zona MSS
INEstable Inestable estable
S2
To
Recalentamiento y líquido en evaporador AKS 11
Ciclo de refrigeración
Evaporator
Condensador
CompresorSistemaexpansor
Sub-enfriamiento
Recalentamiento
VaporLiquido
Entalpia
Log P
Sub-enfriamientoRecalentamiento
10.0 °C
2.0 °C
Temperatura y temperatura
Después del distribuidor
T2
T1
SHT = T2-T1
10.0 °C
Presión y temperatura
SHT = T2-T1
T2
P1 -> T1
Medida del recalentamiento
Medida de P y T
Transmisión de P y T
Resta de P y TRecalentamiento
Como medir el recalentamiento 1
Válvula de expansión termostática TEV
AKS 32RSSU RENSM ITTER AKS 330G 21 03Pe : - 1 - 34 b ar -14 .5 - 49 3 ps ig/ M WP 5 80 p sig
10 - 30 V d.c.4 - 20 mA
+ SUPPL Y VO LT AGE- CO MM O N
Entrada aire
S2
Salida aire
S des
Válvula de expansión electrónica AKV
Como medir el recalentamiento 2
Medida de P y T
La válvula de expansión controla y mantiene la cantidad de refrigerante que se inyecta en
el interior del evaporador.
Esto lo realiza manteniendo un recalentameitno constante en el punto donde se monta un bulbo en la linea de aspiración.
(En un escenario a carga constante)
Válvula de expansión
La TEV intentará mantener un recalentameitno constante en una situación de carga constante. Si hay una variación de carga, la TEV abrirá mas cuando aumente la carga, y abrirá menos cuando disminuya la carga, manteniendo de nuevo otro recalentamiento constatne. El grado de apertura se decide por medio de un balance entre las fuerzas de apertura y las de cierre. •La fuerza de apertura es la ejercida por la presión en el interior del elemento termostatico (sensor de temperatura) •Las fuerzas de cierre son ejercidas por la presión del refrigeratne y un muelle
Funciones de la válvula de expansión
Temperatura
Pb
Ps Po
Tb
To
Tbulbo
Pevaporador
Pmuelle
Pres
ión
P bulbo
Po + Muelle
PoMuelle
4K
Balance de fuerzas y apertura
Recalentamiento
Cap
acid
ad d
e la
vál
vula
Capacidad de reserva
Capacidad nominal
Capacidad a válvula abierta
SS OS
OPS
Apertura de una TEV Recalentamiento y capacidad
• Recalentamiento estático (SS)Recalentamiento necesario para vencer la fuerza inicial del muelle
• Recalentamiento de apertura (OS)Recalentamiento requerido para mover con el vástago de la válvula el asiento
• Recalentamiento de operación (OPS)Recalentamiento total de la válvula (SS + OS)
Recalentamiento
Capacidad
TEX 5-7.5
TEX 5-4.5
TEX 5-3
Válvulas de distintos tamaños
El recalentamiento se ajusta hasta conseguir
que la presión de salida sea (6°C/11°F).
Baño de alcohol 0°CRegulación de presión de aire
Orificio de evacuación
Recalentamiento estático = Ajuste de fábrica - 1°K
Ajuste del recalentamiento en fabrica
Recalentamiento
Car
ga
térm
ica
Aumento del recalentamiento estático
Disminución del recalentamiento estático
Variación del recalentamiento estático
Recalentamiento
Verano-invierno, Día-noche, Subenfriamiento
Car
ga
térm
ica
Var
iaci
ón d
e la
pr
esió
n de
con
dens
ació
n o
del
sube
nfri
amie
nto
de lí
quid
o
Aumenta la P o Aumenta el subenfriamiento
Curva característica base
Disminuye la P o Disminuye el subenfriamiento
Cambio en condiciones del ambiente
en la capacidad de la TEVPresión (bar Pe)
Temperatura (°C)
5°C
5°C
R507 P/T Curve
1 bar
0.5 bar
Baja temperatura de evaporación
• Pequeños cambios de presión• Menos apertura de la válvula • Reducción del flujo másico
Alta temperatura de evaporación
• Cambios de presión mayores• Mayor apertura en la válvula • Aumento del flujo másico
Influencia de la temperatura de evaporación
Recalentamiento
Cap
acid
ad d
e la
vál
vula
Te = -30ºC
Te = 15ºC
Te = 0ºC
Baja temperatura de evaporación Pequeños cambios de presión• Menos apertura de la válvula • Reducción del flujo másico
Alta temperatura de evaporación Cambios de presión mayores• Mayor apertura en la válvula • Aumento del flujo másico
SH 5ºC = 1 bar
SH 5ºC = 0,5 bar
Influencia de la temperatura de evaporación
Periodo de tiempo (PT) = 6 segundos
OD % =OT x 100
PTOT = Tiempo apertura.
AK
V O
D %
Tiempo
AKV cerrada0 6 12 segundos
AKV Abierta
Apertura de una AKV
S2 AKS 32R
AKV 10
SS URENS MITT ER A KS 330G 21 03Pe : - 1 - 34 b ar -1 4 .5 - 49 3 p s ig/ M WP 5 80 p s ig
1 0 - 30 V d .c .4 - 20 mA
+ SUPPL Y VO L T AGE- CO MMO N
Recalentamiento
QoC
arga
térm
ica
en e
vapo
rado
r
Utilización óptima del evaporador en todas condiciones de carga incluso a bajas presiones de condensación -
Esto no es posible con las termostáticas normales TEV
Control adaptativo del recalentamiento
4
Q1
Recalentamiento
Car
ga
térm
ica
7
To = constante
Pb
PsPo
Tb
To
AcoplamientoVálvula expansión - Evaporador
4
Q1
Recalentamiento
Car
ga
térm
ica
7
To = constante
Válvula expansiónEvaporador
Var
iaci
ón d
e la
pr
esió
n de
con
dens
ació
n
Pb
PsPo
Tb
To
Variaciones ambientales
Ajuste válvula grande
Recalentamiento
Car
ga
térm
ica
4 7
Q1
To = constanteQ2
INESTABLE
5.5
Valvula menor
Aumento del recalentamiento
Válvula expansiónEvaporador
Vál
vula
gra
nde
Ret
orno
de
líqui
do
Pb
PsPo
Tb
To
Recomendación:Poner válvula de menor orificio
Ajuste válvula pequeña
Recalentamiento
Car
ga
térm
ica
4 7
Q1
To = constanteQ2
INESTABLE
Válvula mayor
Disminuir el recalentamiento
Válvula expansiónEvaporador
3
Vál
vula
peq
ueña
Inun
daci
ón p
obre
Pb
PsPo
Tb
To
Recomendación:Poner válvula de mayor orificio
S2 AKS 32R
AKV 10
SSU R ENSM ITTE R AKS 3 30G21 0 3Pe : - 1 - 3 4 ba r -1 4 .5 - 49 3 p s ig/ M WP 5 80 ps ig
1 0 - 3 0 V d .c .4 - 20 mA
+ SUPPL Y VO LTAG E- CO MM O N
Recalentamiento
Qo
Car
ga té
rmic
a en
eva
pora
dor
MSS = f (Qo,To etc.)
Mínimo recalentamiento estableRecalentamiento actual
Control adaptativo del recalentamiento 1
• Sin ajuste manual
• La curva MSS se modifica por reparto desigual del calor en el evaporador• Ventilador roto• Bloque de hielo• Corriente muy local
de aire caliente
Recalentamiento
Qo
Car
ga té
rmic
a en
eva
pora
dor
MSS = f (Qo,To etc.)
Mínimo recalentamiento estable MSSRecalentamiento de referencia f(Load)
S2 AKS 32R
AKV 10
SS URENS MITT ER A KS 330G 21 03Pe : - 1 - 34 b ar -1 4 .5 - 49 3 p s ig/ M WP 5 80 p s ig
1 0 - 30 V d .c .4 - 20 mA
+ SUPPL Y VO L T AGE- CO MMO N
Control adaptativo del recalentamiento 2
02468
1012141618
Recalentamiento realRef. recalentamiento
Rec
alen
tam
ient
o K
El recalentamiento se reduce hasta que la señal llega a ser inestable, es decir gotas de líquido están presentes en la salida, lo cual indica que el evaporador está lleno.
S2 AKS 32R
AKV 10
SSU RENSM ITT ER
AKS 330G 2103Pe : -1 - 3 4 b ar -1 4 .5 - 493 ps ig/ M WP 5 80 p sig
1 0 - 3 0 V d .c .4 - 20 mA
+ SUPPL Y VO L T AGE- CO MM O N
Hasta 12% control adaptativo
Hasta 20%Pc flotatnte
Control adaptativo del recalentamiento
¿Que es subenfriamiento?
Efectos de un subenfriamiento incorrecto
Reglas para el subenfriamiento
Sub-enfriamiento
Sub-enfriamiento
Subenfriamiento muy alto
Subenfriamiento Normal
Influencia de la presión de condensación en el título
Título 0.4
Relación titulo y U interno
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Título de vapor
U (W/m2 K)
Eficiencia en evaporadores
El gráfico muestra que los tubos con título entre 0,5 y 0,9 tienen mayor transmisión que las tuberías con otro título
Longitudes iguales / Cantidad de calor diferente en cada tramo
Inyección y título en evaporadores
Se cumple:• longitudes iguales: L1= L2 =..... =L3
• cantidades de calor distintos en cada tramo:Q1 Q2 ..... Q10
• suma de calores igual a 100 kW: Q1 + Q2 +..... + Q10 = 100
Q1 Q2 Q3 Q4Q5 Q6 Q7 Q8 Q9
Q10
Distribución de calores en evaporador
Coeficientes de transmisión de calor U (W/m2K 103) para pasar de un título
de vapor n a (n +1):
Coeficientes de transmisión de calor para cada título de vapor
5,5 5,2 5,16,5
8,4
11
13,2 12,8
10
5
0246
8101214
U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8 U9 U10
W/m
2K
Ecuación de transmisión de calorEcuación de transmisión de calor
Q = U * A * T
• Para cada tramo tendremos entonces:
• Q1 = U1 * 2 * * R * L1 * T• Q2 = U2 * 2 * * R * L2 * T• .• .• .• Q10 = U10 * 2 * * R * L10 * T
A = 2 r l
TERMINOS CONSTANTESIguales áreas para cada tramoe iguales saltos térmicos
Igualando las ecuaciones del sistema :
• Q1 / U1= Q2 / U2=..... = Q10 / U10= QT / UT
• UT = Ui= U1 + U2+ ....+ U10 = 82.7 W/m2K
• Valores obtenidos de gráfico.Qi = (QT * Ui) / UT
i = 1, 2,...10
Calculando el calor para cada tramo tenemos Q en kW:
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10
6.6 6.3 6.2 7.9 10.2 13.3 16.0 15.5 12.1 6.1
Distribución de calores
6,6 6,3 6,27,9
10,213,3
16 15,5
12,1
6,1
0
5
10
15
20
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10
Calores
kW
Q17% Q2
6%Q36%
Q48%
Q510%
Q613%
Q717%
Q815%
Q912%
Q106%
Conclusión
• La distribución de calor es mayor hacía el centro del evaporador que en los extremos.
• Títulos menores a la entrada del evaporador reducen la capacidad de éste.
Distribución de calores
6,6 6,3 6,27,9
10,213,3
16 15,5
12,1
6,1
0
5
10
15
20
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10
Calores
kW
No olvidar que títulos mas bajos mejoran la eficiencia de la planta
x=0,1
x=0,2
x=0,4
x=0,6
1762 W
1481 W
1133 W
1000 W
No olvidar que títulos mas bajos mejoran la eficiencia de la planta
Título, longitud y capacidad
1) La principal función del subenfriamiento es evitar la formación de flash-gas a la entrada de la TEV.
2) Con un subenfriamiento excesivo, la capacidad del evaporador se puede ver reducida.
3) Sin un regulador de presión de evaporación, un subenfriamiento excesivo, disminuirá la presión de evaporación.
4) El título a la entrada de la válvula debe estar entre 0.2 y 0.3.5) Considerar con precaución los intercambios de calor internos
ya que pueden afectar a las características de la regulación.6) El subenfriamiento solo debe utilizarse en las condiciones
establecidas por el fabricante del evaporador.
6 reglas para el subenfriamiento
Presión de descarga flotante
Presión de descarga baja
Presión de descarga alta Válvula al 90%
Válvula al 72%
Pres
ión
de d
esca
rga
flota
nte
R404A
• Reducir la presión de descarga ahora aproximadamente un 2%/°C.
Con 20°C = 40% de ahorro• Subenfriando el líquido se ahorra
aproximadamente 0 - 0,5%/°C. 10°C = 0 - 5% Savings• Optimizando el diseño del sistema, Selección
de tuberías, Ajuste en válvulas. La experiencia muestra ahorros del orden del 5 - 10%
• Sistemas de control auto adaptativos con permanente optimización
Pres
ión
de d
esca
rga
flota
nte ¿Como reducir costes de operación?