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TÓPICOS DE DISEÑO DE REFRIGERADORES DOMÉSTICOS OPERANDO CON HIDROCARBUROS

TÓPICOS DE DISEÑO DE REFRIGERADORES DOMÉSTICOS OPERANDO CON HIDROCARBUROS. Ing. Rubén D. Llanes M. rllanesm@ucentral.edu.co. 1. Necesidad 2. Selección del refrigerante 3. Determinación de cargas de calor 4. Diseño térmico 5. Selección de componentes 6. Tips.

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TÓPICOS DE DISEÑO DE REFRIGERADORES DOMÉSTICOS OPERANDO CON HIDROCARBUROS

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  1. TÓPICOS DE DISEÑO DE REFRIGERADORES DOMÉSTICOS OPERANDO CON HIDROCARBUROS Ing. Rubén D. Llanes M. rllanesm@ucentral.edu.co

  2. 1. Necesidad2. Selección del refrigerante3. Determinación de cargas de calor4. Diseño térmico 5. Selección de componentes6. Tips Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  3. 1. NECESIDAD: Consumo de energía eléctrica por refrigeración en Colombia y emisiones contaminantes asociadas al consumo Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  4. TABLA 1 .Consumo de energía eléctrica en Colombia por sector TABLA 2 .Consumo de energía eléctrica en Colombia por estrato socioeconómico. Fuente: UPME, Determinación del consumo final de energía en los sectores residencial urbano y comercial y determinación de consumos para equipos domésticos de energía eléctrica y gas. 2006. Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  5. Consumo de Energía Eléctrica por Refrigeración y Aire Acondicionadoen Colombia. • En promedio, el consumo de energía eléctrica en Colombia por refrigeración y aire acondicionado es del 50 %. (7200 GWH / Año). SECTOR RESIDENCIAL. • En el SECTOR COMERCIAL de pequeños comercios (cafeterías, cigarrerías , carnicerías, heladerías, etc.) el consumo promedio es de 75%. • Los estratos residenciales 1 y 2 y los pequeños comercios son los mas grandes consumidores de energía eléctrica para refrigeración y aire acondicionado. Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  6. Emisiones de CO2 asociadas al uso de la energía eléctrica por refrigeración en Colombia. • En promedio la emisión de gas de efecto invernadero de plantas térmicas en Colombia es de • 1 Kg. CO2 / KWH. • 7200 GWH / Año = 7´200.000 TON CO2 / Año Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  7. NECESIDADES DE LOS EQUIPOS DE FRÍO. Dado el significativo consumo de energía y las emisiones asociadas al mismo, surge la necesidad de desarrollar tecnologías de frío con USO RACIONAL DE ENERGÍA Y CUIDADO AMBIENTAL, que le permitan a estos sectores, aumentar sus ingresos y disminuir emisiones contaminantes optimizando la operación de sus sistemas de frío. Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  8. 2. SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  9. Función del refrigerante:Absover, transportar y rechazar cargas de calor entre el espacio refrigerado y el medio ambiente. Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  10. Características deseables del refrigerante:- Energéticas: Alto hfg a una Presión alta en el evaporador y baja en el condensador mejor COP Y EER.- Ambientales: Bajo PCG y bajo PAO .- Seguridad: toxicidad, corrosividad, estabilidad química, flamabilidad (BS EN378 sección primera).- Económicas: ($ /KJ) o ($/BTU). Costo de la energía usada. Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  11. TABLA 3: Comparativo energético – ambiental de refrigerantes sintéticos vs. Hidrocarburo HC 12 a. Fuente: Gordon Van Wylen y Northcutt Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  12. 3. CARGAS DE CALOR: Las cargas de calor tienen tres componentes:- Carga del producto: sensibles y latentes.- Infiltraciones por radiación y convección.- Misceláneas. Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  13. Tomando como modelo un refrigerador doméstico representativo de 9 pies cúbicos, se tendría:- Carga del producto: Congelamiento de 16 Kg. de agua en 24 horas , dT = 30 °C Q1=16Kg/24 h*4.22 Kj/Kg- °C * 30 °C = 23 w Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  14. - Infiltraciones por radiación y convección : tomando una temperatura del entorno T1, de 32 °C, una temperatura superficial T2 del gabinete de 18 °C, un coeficiente h de 2 w/m2- °c , una emisividad e medida de 0.1 y un área exterior del gabinete de 5.5 M2 (2*0.6*0.6 M) se tiene:- Q2 = h*A * (T1– T2) = 154 w (convección)- Q3 = e*A*Keb*(T1E+4 - T2E+4) = 46 w (radiación)- Q Radiación + convección = 200 w Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  15. - Cargas miscelaneas:Según ASHRAE Handbook of refrigeration, cap 48 fig. 2 las infiltraciones por radiación y convección representan aprox. un 52% (200w) y:a. 6% motor ventilador = 23 wb. 6% calentador de deshielo = 23 wc. 30% infiltraciones de aire = 115 wd. 6% calentamiento externo = 23 wQ cargas miscelaneas = 184 w Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  16. Total cargas de calor:407 w Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  17. 4. DISEÑO TÉRMICO Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  18. Ciclo teórico refrigerante hidrocarburo HC12a (50%/ 50% R600a Y R290): 3 2 3 50 °C 1 4 -20°C 4 Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  19. Propiedades termodinámicas del ciclo:- h1 = 510.9 Kj/Kg- h2 = 600.5 Kj/Kg- h3 = 329.7 Kj/Kg- h4 = 329.7 Kj/Kg- v1 = 0.24 m3/kg- s1 = 2.21 Kj/Kg°K Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  20. Índices de operación:- Capacidad del evaporador: QL = Mr (h1 – h4) = 0.407 KW = 0.115 T.R. = 1389 BTU/h Mr = 0.0022 Kg/s = 7.92 Kg/h- Capacidad del condensador:Qh = Mr (h2 – h3) = 0.655 KW- Potencia del compresor:Wc = Mr (h2 – h1) = 0.197 KW = 0.26 HP Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  21. Índices de operación:- Coeficiente de operación: COP = QL/Wc = 2.06- Energy Eficiency Ratio EER = QL (BTU/h)/ Wc (w) = 7.05 BTU/wh - Caudal del compresor::Vc = Mr * v1 = 0.00052 M3/s = 1.1 CFM Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  22. 4. SELECCIÓN DE COMPONENTES Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  23. Compresor.Embraco EM190UEXLubricante ISO 32 , Aceite ALKALOBENZENO¼ HPCapacidad de enfriamiento: 947 BTU/hConsumo : 203 wCorriente : 3 A Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  24. Capilar:- Función: Control de caudal (Mr) y caída de presión- Tamaño ( DIAMETRO Y LONGITUD) depende de T evap., T cond., T gab. , modelo de compresor. Consultar : www.embraco.com.br, mktembraco@embraco.com.brPor ejemplo: T. evap = -28°C ; T cond = 54°C; Mr = 4.37 Kg/hDiámetro = 0.7 mm Cálculo de perdidas Longitud = 1.78 a 1.95 m Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  25. Intercambiadores:Áreas Similares a R22 ó R404aVelocidades del refrigerante = 3 a 5 m/sPresiones, según EN 60335: 87 Bar (alta) y 36.8 Bar (baja) Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  26. Filtros desecantes: Zeolita tipo 3 A , tamiz XH9 , XH 11 Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  27. Seguridad eléctrica:Según Normas EN368, DIN 7003, BS 4344, etc.Objetivo : separar o aislar las cámaras que contienen HC´s de los elementos eléctricos Termostatos, ventiladores, interruptores, etc.En general la regla es: 8grm HC´s 1 M3 (habitáculo) Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  28. 6. TIPS- Refrigeradores inteligentes de velocidad variable en función de dT ambiente – condensador. Rportan ahorros del 30% en energía.- Inclinación del condensador: Ángulo positivo de 6° reporta ahorros de 10% en energía. Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  29. GRACIAS… y recuerde que el planeta es responsabilidad de todos. Refrigeración doméstica con hidrocarburos

  30. Refrigeración doméstica con hidrocarburos

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