1 Aplicación típica

2 Evaporadores 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. 24 10

3 Eficiencia de un evaporador de aireQE = SA x LMTD x VA x k-factor QE = Capacidad de refrigeración SA = Area de enfriamiento LMTD = Diferencia de temperatura VA = Caudal de aire LMTD = Logarithmic meantemperatarue difference. The difference between the LMTD and the temprature difference between the evaporating temperature and mean air outlet temperature is usually negliable (usually around 5%). The cooling capacity depend directly from the airflow: if the airflow is restricted by frost on the aircooler drop accordingly. Frost on the coolingsurface acts as insulation, then the temperaturedifference goes down. If you have frost on the coolingsurface the transfer of heat is less good. The heat has to travel a longer distance before it can go into the refrigerant. The k-factor is quite complicated, which takes into concidereation the fouling factor which is a ”dirt-factor together with the internal and external heattransfer coefficients. k-factor = Factor de eficiencia

4 Cálculo de LMTD (12 – 8)°C LMTD = 12 ln 8 = 9.87°C Δ T = 12°CEntrada de aire 2°C Salida de aire -1°C Δ T = 12°C Δ T = 8°C LMTD = = (12 – 8)°C ln 12 8 9.87°C -10°C Temperatura de aspiración (salida refrigerante) -9°C + Dp interna en la bateria de aire

5 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. 24 11

6 Ebullición en cazo de leche

7 Ebullición girada Ebullición Carga termica Altura de espumaZona de espuma INESTABLE Ebullición Carga termica Vapor ESTABLE Altura de espuma

8 Teoría de la Mínima Señal eStable del evaporadorZona de espuma INESTABLE Vapor ESTABLE Recalentamiento Carga térmica Tevaporación +5ºC 0ºC -15ºC 100 % 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

9 Diagrama típico

10 Curva MSS y fallo en ventilador o hieloBloque de hielo Fallo en ventilador Mala distribución de producto Zona de espuma INESTABLE Carga térmica Vapor ESTABLE Hielo Recalentamiento Desplaza la curva MSS hacia la derecha con valores más inestables

11 Dirección del flujo del aire a través del evaporador2 1 3 4 Refrigerant Air Temperatura Longitud evaporador Correcto When the air flow come from 1, the evaporator control is quite dificult Aire La gota explota y sale del tubo Refrigerante Aire La gota disminuye de diámetro y no sale del tubo Refrigerante

12 Diagrama simbólico de los diferentes recalentamientos del evaporadorRecalentamiento demasiado alto toh - Evaporador insuficientemente utilizado to toh-to MSS es alcanzada. MSS = Mínimo recalentamiento estable que el evaporador puede alcanzar toh-to Recalentamiento pequeño - Max. inestabilidad en señal de recalentamiento toh-to 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. toh-to Condiciones de trabajo de zona humeda toh-to =0 - Liquido fluye al compresor

13 Recalentamiento y líquido en evaporadorAKS 11 S2 To S2-To Longitud Zona MSS INEstable Inestable estable

14 Ciclo de refrigeraciónLog P Liquido Vapor Sub-enfriamiento Condensador Sistema expansor Compresor Evaporator Recalentamiento Entalpia Sub-enfriamiento Recalentamiento

15 Medida del recalentamientoPresión y temperatura SHT = T2-T1 T2 P1 -> T1 10.0 °C 2.0 °C Temperatura y temperatura Después del distribuidor T2 T1 SHT = T2-T1

16 Como medir el recalentamiento 1Transmisión de P y T Resta de P y T Recalentamiento Medida de P y T Válvula de expansión termostática TEV

17 Como medir el recalentamiento 2AKS 32R Entrada aire S2 Salida aire S des Medida de P y T Válvula de expansión electrónica AKV

18 Válvula de expansión 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)

19 Funciones de la válvula de expansiónLa 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

20 Balance de fuerzas y aperturaPb Ps Po Tb To Presión P bulbo Po + Muelle Po Muelle 4K Tbulbo Temperatura Pmuelle Pevaporador

21 Apertura de una TEV Recalentamiento y capacidadRecalentamiento 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) Capacidad a válvula abierta Capacidad de reserva Capacidad de la válvula Capacidad nominal SS OS Recalentamiento OPS

22 Válvulas de distintos tamañosCapacidad TEX 5-7.5 TEX 5-4.5 TEX 5-3 Recalentamiento

23 Ajuste del recalentamiento en fabricaBaño de alcohol 0°C Regulación de presión de aire Orificio de evacuación El recalentamiento se ajusta hasta conseguir que la presión de salida sea (6°C/11°F). Recalentamiento estático = Ajuste de fábrica - 1°K

24 Variación del recalentamiento estáticoCarga térmica Aumento del recalentamiento estático Disminución del

25 Cambio en condiciones del ambienteVerano-invierno, Día-noche, Subenfriamiento Aumenta la DP o Aumenta el subenfriamiento Curva característica base Carga térmica presión de condensación o del subenfriamiento de líquido Variación de la Disminuye la DP o Disminuye el subenfriamiento Recalentamiento

26 Influencia de la temperatura de evaporaciónen la capacidad de la TEV Presión (bar Pe) Baja temperatura de evaporación Pequeños cambios de presión Menos apertura de la válvula Reducción del flujo másico 1 bar R507 P/T Curve 5°C 0.5 bar Alta temperatura de evaporación Cambios de presión mayores Mayor apertura en la válvula Aumento del flujo másico 5°C Temperatura (°C)

27 Influencia de la temperatura de evaporaciónAlta temperatura de evaporación Cambios de presión mayores Mayor apertura en la válvula Aumento del flujo másico Recalentamiento Capacidad de la válvula Te = -30ºC Te = 15ºC Te = 0ºC SH 5ºC = 1 bar Baja temperatura de evaporación Pequeños cambios de presión Menos apertura de la válvula Reducción del flujo másico SH 5ºC = 0,5 bar

28 Apertura de una AKV Periodo de tiempo (PT) = 6 segundos OT x 100OT = Tiempo apertura. PT AKV OD % Tiempo AKV cerrada segundos AKV Abierta

29 Control adaptativo del recalentamientoS2 AKS 32R AKV 10 Recalentamiento Qo Carga térmica en evaporador Utilización óptima del evaporador en todas condiciones de carga incluso a bajas presiones de condensación - Esto no es posible con las termostáticas normales TEV

30 Acoplamiento Válvula expansión - EvaporadorRecalentamiento Carga térmica 7 Q1 4 Pb Ps Po Tb To

31 Variaciones ambientalesVálvula expansión Evaporador presión de condensación Variación de la Carga térmica Q1 4 7 Pb Ps Po Tb To Recalentamiento

32 Ajuste válvula grande Válvula expansión Evaporador Retorno de líquidoAumento del recalentamiento Q2 Valvula menor Retorno de líquido Válvula grande Carga térmica Q1 INESTABLE Recomendación: Poner válvula de menor orificio 4 5.5 7 Pb Ps Po Tb To Recalentamiento

33 Ajuste válvula pequeñaVálvula expansión Evaporador Válvula mayor Q2 Disminuir el recalentamiento Válvula pequeña Inundación pobre Carga térmica Q1 INESTABLE Recomendación: Poner válvula de mayor orificio 3 4 7 Pb Ps Po Tb To Recalentamiento

34 Control adaptativo del recalentamiento 1S2 AKS 32R AKV 10 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 Carga térmica en evaporador MSS = f (Qo,To etc.) Mínimo recalentamiento estable Recalentamiento actual

35 Control adaptativo del recalentamiento 2S2 AKS 32R AKV 10 Qo MSS = f (Qo,To etc.) Carga térmica en evaporador Recalentamiento Mínimo recalentamiento estable MSS Recalentamiento de referencia f(Load)

36 Control adaptativo del recalentamientoS2 AKS 32R AKV 10 Hasta 12% control adaptativo Hasta 20% Pc flotatnte 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Recalentamiento real Ref. recalentamiento Recalentamiento 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.

37 Sub-enfriamiento ¿Que es subenfriamiento?Efectos de un subenfriamiento incorrecto Reglas para el subenfriamiento

38 Subenfriamiento NormalSubenfriamiento muy alto

39 Influencia de la presión de condensación en el título

40 Eficiencia en evaporadoresEl gráfico muestra que los tubos con título entre 0,5 y 0,9 tienen mayor transmisión que las tuberías con otro título Título 0.4

41 Inyección y título en evaporadoresLongitudes iguales / Cantidad de calor diferente en cada tramo

42 Distribución de calores en evaporadorQ5 Q6 Q7 Q3 Q4 Q8 Q2 Q9 Q10 Q1 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 + Q Q10 = 100

43 Coeficientes de transmisión de calor U (W/m2K 103) para pasar de un título de vapor n a (n +1):

44 Ecuación de transmisión de calorA = 2  r l 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 TERMINOS CONSTANTES Iguales áreas para cada tramo e iguales saltos térmicos

45 Igualando las ecuaciones del sistema :Q1 / U1= Q2 / U2=..... = Q10 / U10= QT / UT UT = Ui= U1 + U U10 = 82.7 W/m2K Valores obtenidos de gráfico. Qi = (QT * Ui) / UT i = 1, 2,...10

46 Calculando el calor para cada tramo tenemos Q en kW:

47 No olvidar que títulos mas bajos mejoran la eficiencia de la plantaConclusión 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. No olvidar que títulos mas bajos mejoran la eficiencia de la planta

48 Título, longitud y capacidad1762 W 1481 W 1133 W 1000 W No olvidar que títulos mas bajos mejoran la eficiencia de la planta

49 6 reglas para el subenfriamientoLa principal función del subenfriamiento es evitar la formación de flash-gas a la entrada de la TEV. Con un subenfriamiento excesivo, la capacidad del evaporador se puede ver reducida. Sin un regulador de presión de evaporación, un subenfriamiento excesivo, disminuirá la presión de evaporación. El título a la entrada de la válvula debe estar entre 0.2 y 0.3. Considerar con precaución los intercambios de calor internos ya que pueden afectar a las características de la regulación. El subenfriamiento solo debe utilizarse en las condiciones establecidas por el fabricante del evaporador.

50 Presión de descarga flotantePresión de descarga baja Presión de descarga flotante Válvula al 90% Presión de descarga flotante R404A Presión de descarga alta Válvula al 72%

51 ¿Como reducir costes de operación?Reducir la presión de descarga ahora aproximadamente un 2%/°C. Con 20°C = 40% de ahorro Subenfriando el líquido se ahorra aproximadamente ,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 % Sistemas de control auto adaptativos con permanente optimización Presión de descarga flotante