Carga de refrigerante en un sistema de refrigeración P2

Es el término utilizado para indicar el tipo y masa de refrigerante que se usa en un equipo para que funcione en las condiciones indicadas. El tipo y cantidad exacta de refrigerante es la que especifica el fabricante de cada sistema.

Roberto Venturi.

En la primera entrega de este artículo se describió el grado de llenado del tendido de tuberías, del condensador y del subenfriador. En esta segunda y última parte se describirá el grado de llenado de otros elementos.

Grado de llenado del evaporador

Cuando se usen evaporadores inundados de casco y tubo con R717 (amoniaco), la masa de refrigerante ocupará todos los tubos de evaporador, es decir el 100 % del casco, y cuando éste posea un separador de partículas externo, sólo el 80 %, lo cual significa que una o máximo dos hileras de tubos no estarán cubiertas por el refrigerante. El cálculo está pensado cuando el sistema de refrigeración está apagado.

Con evaporadores que utilicen otros refrigerantes que sean miscibles con aceite se formará una espuma compuesta de aceite y refrigerante que varía de espesor según la transmisión de calor, temperatura de evaporación, concentración del aceite y tipo de aceite. El nivel del refrigerante es mayor que en los refrigerantes donde el aceite no es miscible y por esta razón el cálculo se basa en datos prácticos que se han ganado sobre terreno. El nivel de llenado fue calculado experimentalmente y reflejado en el diagrama 1.

En la abscisa (línea horizontal) se representa la diferencia de temperatura media en Kelvin (1K = 1°C), y en la ordenada (línea vertical), el porcentaje del diámetro del casco en función del cociente resultante de dividir el nivel del refrigerante (H) entre el diámetro del casco (D).

A pesar de que la gráfica está basada en pruebas experimentales se recomienda calcular la masa de refrigerante de tal manera que, cuando el sistema de refrigeración esté apagado, una o dos hileras de tubos queden sobre el nivel de la superficie del refrigerante.

Evaporadores de expansión seca o directa

Experimentos han demostrado que el grado de llenado Φ de un evaporador de expansión directa es de 0.18, cuando trabaja al 100 % de su capacidad. Sin embargo, el grado de llenado depende fuertemente de la capacidad frigorífica a la cual trabaja el evaporador dependiendo de las condiciones y aplicaciones reinantes. El diagrama 2 muestra los diferentes grados de llenados con base en la carga del evaporador.

En la abscisa se representa la carga parcial en porcentaje y en la ordenada el grado de llenado del evaporador. El grado de llenado no es dependiente del tipo de refrigerante que se use, pero sí lo es de las condiciones de trabajo.

Con una capacidad de carga baja, el refrigerante se acumula en el evaporador y el grado de llenado aumenta. La cantidad de masa requerida para los evaporadores de expansión directa debe calcularse según el diagrama, pero debe de calcularse también una capacidad de carga mínima.

Después de que hayamos calculado y sumado la masa de refrigerante de todos los componentes, obtendremos la masa de refrigerante mínima necesaria para nuestro sistema de refrigeración.

La masa de refrigerante del evaporador será:

Cevap.= Vevap . pL .  Φevap. en Kg

Cevap = masa de refrigerante del evaporador

Vevap = volumen del sub enfriador en m³

Φevap = grado de llenado del evaporador

Pevap = densidad del refrigerante en estado líquido en kg/m³

Para los otros componentes del sistema el grado de llenado será:

El acumulador de succión entre 0.1 y 0.15

El recipiente de líquido entre 0.1 y 0.25

Si comparamos los resultados teóricos con los reales, podremos observar que las diferencias son mínimas y los resultados, bastante precisos. Debido a que el refrigerante cambia de fase cuando circula por determinados componentes, la densidad se calculará con la temperatura media.

Ejemplo

Calcular el recipiente de líquido de un sistema de refrigeración para congelados con las siguientes condiciones de trabajo.

Capacidad frigorífica 25 Kw
Refrigerante R404a
Temperatura de evaporación -28°C
Temperatura de condensación +40°C
Temperatura del líquido +38°C
Temperatura a la entrada de compresor -20°C
Temperatura de descarga +65°C
Volumen interno del evaporador 82.3 dm³ = litros
Volumen interno del condensador 23 dm³ = litros
Volumen del acumulador de succión 15 dm³= litros
Tubería de succión 54 X 2 mm, largo 30 m
Tubería de descarga 28 X 1.5 mm, largo 10 m
Tubería de líquido 15 X 1 mm, largo 20 m

 

Solución

Tubería de succión

Csu.= Vsu. pg

La densidad es el promedio de entre el punto 1 y 1`

Csu. = 0,05889 m3. 11,5 x 11.02 / 2 = 0,66 kg

Tubería de descarga

Cde. = Vde . pg

Cde. = 0,00491 m3 . 81,1 x 101,2 / 2 = 0,45 kg

Tubería de líquido

CL. = VL . pg

CL. = 0,00266 m3 . 967,1 x 978,75 / 2 = 2,59 kg

Evaporador

Se tomará la densidad del refrigerante en estado líquido a la entrada del evaporador. El grado de llenado tomado es de 0.18.

Cevap . = Vevap . pL . Φevap . en Kg

Cevap . = 0,008223m3 . 1248 kg/m3 . 0,18=18.48 kg

Condensador enfriado por aire

Se tomará la densidad del refrigerante gaseoso a la entrada del condensador y la densidad del líquido a la salida del condensador.

Cc = Vc . [Φc . p3´ + (1- Φc) . Φ2´´]

Cc = 0,023m3 . [101,2 + 967,1 kg + (0,45.89,569).] = 13,2 kg

El grado de llenado tomado para el condensador es de 0,55

Acumulador de succión

Cacu. = Vacu . Pgacu .

Cacu. = 0,015 m3 . 11,02kg/m3. 0,1 = 0,017 kg

Masa de refrigerante

El volumen del recipiente sólo puede ser calculado cuando tengamos todas las masas de los componentes y tuberías.

Masa de la tubería de succión Csu 0,660 kg
Masa de la tubería de descarga Cde 0,450 kg
Masa de la tubería de líquido CL 2,590 kg
Masa del acumulador de aceite Cacu 0,017 kg
Masa del evaporador Cevap 18,480 kg
Masa del condensador Ccond 13,2 kg
TOTAL 35,397 kg

 

Volumen de refrigerante

Vtotal = 35,397 kg = 0,0366 m3 967,1 kg/m3 = 36,6 litros

La masa de refrigerante en el recipiente de líquido será:

Crecp. = Vrecp . pL . Φrecp.

La masa de refrigerante del recipiente será calculada con la densidad del refrigerante a la salida del condensador.

Crecp. = 0,0365 m3 . 967,1 kg/m3 . 0,1 = 3,52 kg

Cálculo del recipiente de líquido

El volumen del recipiente es la suma de todas las masas de los componentes, tuberías, acumuladores y el propio recipiente.

Masa de la tubería de succión Csu 0,660 kg
Masa de la tubería de descarga Cde 0,450 kg
Masa de la tubería de líquido CL 2,590 kg
Masa del acumulador de aceite Cacu 0,017 kg
Masa del evaporador Cevap 18,480 kg
Masa del condensador Ccond 13,2 kg
Masa del recipiente Crecp 3,52 kg
TOTAL 38,917 kg

El recipiente por elegir tendrá 40 litros de capacidad

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Comentarios

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3 comentarios

  1. Quisiera aprender nuevas tecnicas en la reparacion de aires esplis de equipos domesticos e industriales

  2. Buenas tardes, me gustaría saber como obtuvo el volumen de las tubería y la densidad de el refrigerante a -24°C, ya que usé la formula de V=Pi*r^2*L (Dividiendo entre 1000 el radio para que quede en metros). A demás, sacando promedio entre la temperatura del refrigerante a salida del evaporador y a la entrada del compresor me da una temperatura de -24°C y buscando ese valor en la tabla de las propiedades del refrigerante, interpolamos y encontramos que el valor de la densidad a esa temperatura es 1238,40Kg/m^3.; usando los valores mencionados anteriormente no me da el resultado.

    Me gustaría saber en que parte de la operación me equivoque o si el proceso esta bien realizado, muchas gracias.

  3. Hola nuevamente, continué leyendo el ejercicio, pero, hay datos que no siguen siendo claro, por ejemplo:
    1. En el cálculo de la masa del evaporador, el producto del volumen del evaporador por la densidad del refrigerante por el grado de llenado, da diez veces más que lo que debe dar.
    2.En el cálculo de la masa del condensador, no se sabe que significa Fi2 y de donde salen los valores 101,2 y 0,45.89,569; a demás esa operación no da ese resultado.
    Por favor aclarar para despejar dudas.

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