Congreso Internacional de
Refrigeración Industrial
CHILE 2014
Dimensionamiento de
tuberías
Claudio Henríquez
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Sistema de refrigeración
• Condensador.
• Dispositivo de expansión.
• Evaporador.
• Compresor.
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Sistema de refrigeración
•
Unión de las distintas etapas de un sistema compresión, evaporación, expansión,
condensación.
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Tuberías en refrigeración
• Transporte del refrigerante por el sistema.
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Tuberías en refrigeración
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Fases de transporte de un refrigerante
• Liquido en alta y baja presión.
• Gaseoso a alta y baja presión.
• Bifásico: Líquido-gaseoso.
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Dimensionamiento
•
Carga térmica que absorberá y eliminará el refrigerante.
•
Caudal en masa de transporte.
•
Distancias, diferencias de altura.
•
Velocidades de acuerdo a la aplicación.
•
Singularidades de fitting, válvulas.
•
Determinación de la caída de presión total.
•
Costos.
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Procedimiento de cálculo
• Obtención n° Reynolds
RE = V (m/s) x ф (m) δ (kg/m3)
μ (Pa s)
RE < 2100 Flujo laminar
RE > 3000 Flujo turbulento
є = 0.000046 m para el acero
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Diagrama de MOODY
Coeficiente fricción
Diagrama de Moody
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Obtención de la caída de presión
•
•
•
•
Velocidad del fluido.
Distancia y diámetro de cañería.
Caída de presión del fluido por metro.
Para fitting y válvulas utilizar gráfica de longitud
equivalente.
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Fitting y Válvulas
•
Singularidades.
•
Fitting.
•
Válvulas.
•
Longitud equivalente.
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Tuberías utilizadas en refrigeración
con NH3.
•
ASTM A 106 GR B hasta los -29°C.
•
ASTM A 53 GR B hasta los -29°C
•
ASTM A 333 bajo los -29°C.
•
Fitting ASTM A 234.
•
Fitting ASTM A 420, para temperaturas bajo -29°C.
•
SCH 80 diámetros menores de 2” .
•
SCH 40 diámetros mayores 1 ½”.
•
Procedimiento de soldadura bajo ASME b31.5.
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Métodos de calculo actuales.
• Tablas o manuales técnicos, entregados por empresas en el
rubro de la refrigeración.
• Literatura.
• Software de calculo.
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Velocidades para vapor y flujo bifásico.
• Altas caídas de presión aumentan el consumo de energía.
• Problemas en líneas de flujo bifásico.
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Velocidades para líquido
• Altas caídas de presión pueden provocar evaporación del liquido.
• Burbujas de gas en líneas de liquido provocan pistones y golpes de
ariete.
• Estanque pulmón.
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Consideración de tuberías descarga y condensador.
•
Velocidad gas tubería de descarga 12 a 16 m/seg, dependiendo de la temperatura
de los gases.
•
Caída de presión, equivalente en T saturación de 1 a 3° C.
•
Línea líquido saturado a la salida del condensador de 0,2 a 0,8 m/seg,
dependiendo del diámetro, evitar al máximo las caídas de presión y así evitar
reevaporación.
•
Consideraciones en el diseño de la tubería.
•
Por cada 1°C de aumento en la temperatura de condensación, el compresor
consume entre un 1,5 y 2,1 % mas de energía, disminuye su COP.
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Consideración de tuberías condensadores en
paralelo.
Acumulación de
condensado
•
Altura de condensador con respecto a matriz.
•
Sifón o sello.
•
Ecualización.
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Sistema de enfriamiento de aceite
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Sistema de enfriamiento de aceite
• Inclinaciones.
• Conexión desfogue en CD.
• Estanque pulmón.
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Sistema de enfriamiento de aceite
Acumulación de
condensado
Drenaje
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Consideración en tuberías
de succión seca.
• Velocidades dependen de densidad.
• Rango de cálculo de 16 a 40 m/seg.
• Considerar pendientes para evacuar condensaciones.
• Caídas de presión de 0.5 K.
• Por cada 1 K de caída en la presión de saturación se pierde
un 3,5% del COP del compresor.
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Pendientes en tuberías
• Para evitar acumulación de condensado en tuberías.
• Ayudar por gravedad al transporte del liquido.
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Líneas de flujo Bifásico
• Caída de presión por separado.
• Consideración de áreas de
ocupación.
• Método Lockhart-Martinelli.
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Diferencias de altura
• Elevadores para carga variable
• Elevadores para carga estable.
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Consideraciones de tuberías
de succión húmeda.
• Pendientes 1 a 1,5 % de inclinación en sentido del flujo para la succión
húmeda.
• Pendiente de 1 a 1,5 % de inclinación a contra flujo para succión seca.
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Diagrama presión entalpía
$
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TC
Ejemplo: Dimensión línea de
succión húmeda
• Equipo continuo de 826 Kw de carga térmica.
• Temperatura evaporación -35° C.
• Compresor de tornillo con economizador tipo
abierto a una temperatura de saturación de -17°C.
• Temperatura de condensación 35° C.
• Líneas succión solo con válvula de globo para la aislación del
equipo.
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Consideraciones en tuberías de
succión húmeda.
• Distancia 100mt desde evaporador a estación de bombeo.
• Válvula de globo angular.
• Singularidades de fitting, Curvas de 90°.
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Elección del diámetro
• 8” Velocidad 22 m/seg Δp= 0,0872 bar
Presión succión compresor equivalente a -37° C
• 10” Velocidad 14 m/seg Δp= 0,0337 bar
Presión succión compresor equivalente a -35.69° C
• 12” Velocidad 10 m/seg Δp= 0,0154 bar
Presión succión compresor equivalente a -35.33° C
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Costos considerados 2014
• Metros de cañería ASTMA-106 Gr B.
• Fitting ASTM -234.
• Válvula de paso.
• Aislación térmica.
• Montaje mecánico.
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Comparación de costos
de inversión y consumo energético.
• Al disminuir la presión en la entrada del compresor se varia el
volumen especifico, lo cual altera la capacidad térmica de la
maquina.
• Consideración de funcionamiento de 352 horas mensuales.
• Diámetro 10” - 12” recuperación de inversión en 11.7 meses.
• Diámetro 10” - 8” recuperación de inversión 5.5 meses.
• Diámetro 12” - 8 ” recuperación de inversión 7 meses.
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Total costos por 20 años
de operación
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Conclusiones
• Las tuberías son igual de importante que un equipo del
sistema, por lo que se debe dedicar el tiempo para
evaluación.
• Pueden realizar mejoramientos o deficiencias en un sistema
de refrigeración.
• Deben ser muy bien evaluadas financieramente.
• La inversión inicial no es la única referencia a considerar.
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