El compresor succiona el gas caliente (vapor de amoniaco), que pasa al separador de aceite y posteriormente al condensador, donde se enfría y pasa a estado líquido. Luego, mediante una válvula de expansión y a través de la línea de líquido (tubería), el amoniaco pasa al sugedrun, que no es más que un tanque depósito. Desde aquí, con una bomba de amoniaco, es bombeado hacia el banco de agua helada y la cámara, simultáneamente si la bomba está en buenas condiciones, o hacia el banco primero y luego a la cámara, regulado por válvulas de presión.
Características de los equipos que intervienen en el ciclo.
Compresor: Es la fuerza externa que permite cerrar el ciclo. Aumenta presión y temperatura hasta la presión de condensación. Es un compresor alternativo de 8 pistones, dispuestos en V. Es de tipo abierto porque el motor está acoplado fuera de la carcasa y es, además, de una sola etapa. Este equipo tiene nacionalidad china del tipo JS2-400M4-10TH, pesa 3500 kg y funciona según los siguientes parámetros: 142 KW, 720 rpm, Psuc= 2.5 kgf/cm2 y Pdesc= 12.5 kgf/cm2.
Separador de aceite: Es un depósito o tanque colocado de forma vertical al lado del compresor, donde se separa todo el aceite que sale del compresor, del refrigerante.
Condensador: Elimina el calor absorbido en el evaporador y el adquirido durante la compresión. Es un condensador horizontal de tubos y coraza, enfriado por agua. El agua va por dentro de los tubos y el amoniaco por fuera, porque es más fácil de limpiar las incrustaciones.
Válvula de expansión termostática: Regula el caudal de líquido refrigerante en función de la evaporación por unidad de tiempo en el evaporador. El control se hace por el grado de recalentamiento del gas de admisión que sale del evaporador.
Sugedrun: Es un depósito horizontal donde se almacena la sustancia refrigerante que posteriormente es bombeada hacia los evaporadores. La temperatura del amoniaco es de -15 ºC.
Bomba de amoniaco: Es la encargada de bombear la sustancia refrigerante desde el sugedrun hasta el banco de agua helada y la cámara. Bombea un caudal de 4000 l/h, 1000 para el banco y 3000 para la cámara. Trabaja según los siguientes parámetros: 220 V; 60 Hz; 1715 rpm; 1.8 kW; cos φ = 0.81.
Banco de agua helada: Intercambiador de calor que absorbe el calor del agua. Es un evaporador inundado porque el líquido refrigerante cubre todas las superficies de transmisión del calor. El amoniaco va por dentro del serpertín. Se utiliza para enfriar el agua que se emplea en la pasteurizadota. Sus dimensiones son de 10 x 16 x 3 m. La temperatura del agua es de 4 ºC y la del amoniaco de -15 ºC.
Cámara: Es un evaporador de circulación natural porque el fluido circula naturalmente debido a las diferencias de densidad entre el fluido caliente y el frío. Tiene un difusor con tres motores de 0.4 kW cada uno. Sus dimensiones son de 15 x 30 x 6 m. La temperatura del aire es de 6 ºC y la del amoniaco de -5 ºC.
Representación del sistema de refrigeración y diagrama de presión contra entalpía.
Determinación de las entalpías.
Determinación de las entropías.
Calor cedido en el condensador.
Calor absorbido en los evaporadores.
Cálculo de las cargas térmicas en la cámara.
Para mantener los parámetros de diseño del aire en el interior de un local, es necesaria la extracción del calor generado por las diferentes fuentes térmicas del local mediante el suministro o recirculación de un caudal de aire, previamente tratado bajo condiciones específicas, de forma tal, que absorba las ganancias de calor sensible y latente del espacio climatizado.
Las ganancias de calor de un local se clasifican en:
-Externas: Aquellas que atraviesan las fronteras del local.
-Internas: Aquellas que se generan en el interior del local.
En la cámara de leche hay ganancia de calor tanto externa como interna, proveniente de distintas fuentes de calor.
Fuentes de calor externas al local:
Radiación solar a través de estructuras (techo y paredes).
Aire exterior que penetra por rendijas.
Fuentes de calor internas al local:
Los ocupantes.
La iluminación eléctrica.
Los motores eléctricos.
Cálculo de las cargas térmicas exteriores.
Transmisión de calor a través de estructuras.
Paredes (ladrillo macizo ordinario de 0.2 m de espesor, sin revestimiento)
Techo (de hormigón con revestimiento de lana al vidrio y hormigón)
Aire exterior que penetra por rendijas.
2 ventanas de 0.16 m de rendija.
Cálculo de las cargas térmicas interiores.
Ocupantes
En la cámara solo trabajan dos hombres.
Iluminación eléctrica.
Motores eléctricos.
Existen tres motores de 400 W y uno de 2000 W, todos están dentro del local junto con las máquinas.
El calor que debe ser extraído de la cámara es de 14.84 kW, proveniente de las distintas fuentes de calor tanto externas como internas al local.
Análisis exergético a la planta procesadora de leche del Combinado Lácteo.
Exergía a la salida del compresor:
Exergía a la salida del condensador por el amoniaco:
Exergía a la salida del condensador por el agua:
Exergía perdida en el condensador:
Exergía perdida en la válvula:
Exergía a la salida de la válvula:
Exergía a la salida de la cámara por el amoniaco:
Exergía a la salida del banco de agua helada por el agua:
Para determinar la exergía que entra a los evaporadores por separado, debemos afectar la exergía que sale de la válvula por el flujo correspondiente a la cámara y el banco de agua helada.
Exergía perdida en la cámara:
Exergía perdida en el banco de agua helada:
Exergía perdida en los evaporadores por el amoniaco:
Exergía a la entrada del compresor:
Exergía perdida en el compresor:
Por último podemos obtener el grado de reversibilidad del proceso teniendo en cuenta que:
Conclusiones
Al finalizar este trabajo desarrollamos cada una de las tareas propuestas y obtuvimos que la cantidad de calor que debe ser extraída de la cámara es de 14.84 kW y que en el condensador se ceden 10765.76 kcal/min, mientras que en el banco y la cámara se absorben 2875.45 kcal/min y 8551.55 kcal/min respectivamente. Además se obtuvo un coeficiente de operación de 8.78.
En cuanto a la exergía podemos decir que la instalación para el enfriamiento de la leche es ineficiente debido a las perdidas que se producen durante todo el proceso, perdidas que influyen directamente en los portadores energéticos, elevando el consumo de energía eléctrica o trabajo técnico a ceder a la instalación frigorífica.
Todos los valores obtenidos demuestran que se está trabajando según los parámetros establecidos pues el amoniaco trabaja entre una temperatura de evaporación de -15 ºC y una temperatura de condensación de 30 ºC.
Bibliografía
Refrigeración. Mercedes Hernández Fuentes. Editorial Científico Técnica, 1995.
Condensadores. Evaporativos con Preenfriamiento. Mario Víctor Iglesias Ruiz. Editorial Científico Técnica, 1996.
Tratado Moderno de Termodinámica. Segunda Parte. Hans Baechr.
Refrigeración, Enseñanza Técnica. Tomo I, Dirección General de la capacitación.
Ingeniería Termodinámica. F. Javier Rey Martínez.
Técnica Frigorífica: Producción de Frío. José Antonio Muñoz Valero, Rafael Enamorado Solanes.
Diseño de Instalaciones Frigoríficas. Antonio López Gómez.
Autor:
Ing. Yannet Guerra Reyes
Ing. Boris A. Ramos Robaina
2007
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