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SECCION 14 REFRIGERACION Los sistemas de refrigeración del gas natural son comunes en el procesamiento industrial y procesos relacionados con el refinamiento del petróleo , petroquímica e industrias químicas. Distintas aplicaciones para la refrigeración incluye recuperación de GNL, recuperación de GLP, control del punto de rocio de los hidrocarburos, condensación de reflujo para fraccionadores de hidrocarburos y plantas de GNL. La selección de un refrigerante esta generalmente basada sobre los requerimientos de temperatura, disponibilidad, economía y experiencia previa. Por ejemplo, en una planta de procesamiento de gas natural , el etano y el propano pueden estar a mano, mientras que en una planta de oleofinas, el etileno y propileno están fácilmente disponibles. El propano o propileno pueden no estar apropiadamente en una planta de amonio por el riesgo de contaminación, mientras el amonio puede servir muy bien al propósito. Los Halocarbonos han sido usados extensivamente por sus características no inflamables. Fig 14-1 Nomeclatura

GHP = Potencia del gas definida por la ecuación 14-7b h = entalpia, Btu/lb h’ VD = Entalpia Isentropica, Btu/lb k = calor especifico m= flujo rerigerante, lb/hr n= numero de etapas P= PRESION, psia Q= Calor requerido, Btu/hr r= relación de compresión S= entropía,Btu/ (lb. R) T= Temperatura, (F) W= Trabajo de compresión, Btu/hr X= Fraccion en peso η = Eficiencia isentropica σ= tensión superficia, dina/cm ρ= Densidad, lb/pie2 Δh= Cambio de entropía Btu/lb

Subindices L= Estado liquido V= Estado vapor A,B,C,D = Denota puntos singulares de operación en diagrama P-H b= desviación i= isentropico cd= condensador ref= refrigeración s= succion d= descarga n= numero de etapas T= total 1,2= numero de etapa

Acumulador: Recipiente de almacenamiento para liquido refrigerante; también conocido como barril. Punto de burbuja: la temperatura a la cual la presión de vapor del liquido refrigerante iguala presión absoluta externa de la interfase liquido-vapor.

Capacidad, sistema de refrigeración: el efecto de enfriamientoproducido por el cambio de entalpia total entre la entrada del refrigerante al evaporador y la salida del refrigerante del evaporador. Enfriador, Evaporador: Intercambiador de calor , en el cual el liquido refrigerante es vaporizado por un proceso de corriente por el cual es enfriado. Relacion de Compresion: Relacion de presión absoluta a la salida y entrada de un compresor. Condensador: un Intercambiador de calor en el cual el refrigerante, comprimido hasta una adecuada presión, es condensado por rechazo de calor hasta un enfriamiento medio. Medio de enfriamiento: Cualquier sustancia cuya temperatura es tal que es usada, con o cin cambio de estado, para disminuir la temperatura del refrigerante ya sea durante la condensación o el enfriamiento. Efecto refrigerante: la velocidad de remoción de calor mediante un refrigerante en un sistema de refrigeración. Esta es igual a la diferencia en entalpias especificas del refrigerante de dos determinados estados termodinámicos. Válvula de expansión: Válvula para controlar el flujo de refrigerante en un evaporador o enfriador. Destello de Gas: Gas resultado de la evaporación instantánea del refrigerante por una reduccion del dispositivo, tal como una valvula de control. Frost Plug: Pequeño diámetro de la boquilla cerrada que sobresale del lado de un recipiente aislado que indica el nivel de liquido en el recipiente por la acumulación de hielo. Halocarbono: Familia de refrigerantes compuestos de hidrocarburos fluorizados o clorizados Derivacion de Gas caliente: descarga caliente de gas reciclado a un enfriador por sistemas de mantenimiento operando integralmente a condiciones mínimas de carga . Receptor de liquido refrigerante: Recipiente en sistemas de refrigeración diseñados para garantizar la disponibilidad de adecuado liquido refrigerante para el apropiado funcionamiento del sistema y para el almacenamiento de liquido refrigerante cuando el sistema es bombeado hacia abajo. Refrigerante: Fluido usado para la transferencia de calor en un sistema de refrigeración, el cual absorbe calor a una baja temperatura y baja presión y expulsa el calor a una presión y temperatura más alta. Tonelada de refrigeración: cantidad de calor necesaria para fundir una tonelada de hielo en 24 horas, equivalente a 12000 Btu/hora a 32. REFRIGERACION MECANICA Ciclo de Refrigeración El efecto de refrigeración se puede lograr mediante el uso de uno de estos ciclos: • Vapor de compresión-expansión • Absorción • chorro de vapor (vapor de agua de compresión) Mediante la utilización del diagrama de la presión-entalpía (PH) ,el ciclo de refrigeración se puede dividir en cuatro etapas diferentes: • expansión • evaporación

• compresión • condensación El ciclo de refrigeración por compresión de vapor puede ser representado por el flujo del proceso y el diagrama PH mostrado en la figura 14-2.

Etapa de expansión - El punto de partida en un ciclo de refrigeración es la disponibilidad de refrigerante líquido. El punto A en la figura. 14-2 representa el punto de burbuja de un liquido a su presión de saturación PA, y la entalpía, el hLA. En la etapa de expansión, la presión y la temperatura son reducidas mediante la circulación del líquido a través de un la válvula de control de la presión PB. La presión más baja, el P B, es determinado por la temperatura del refrigerante deseada, TB(punto B). En el punto B la entalpía del líquido saturado es h LB, mientras la entalpía correspondiente al vapor saturado es HVB. Puesto que la etapa de expansión (A - B) se produce a través de una válvula de expansión y ninguna energía se ha intercambiado, el proceso se considera que es isoentálpica. Así, la entalpía de flujo total en la salida de la válvula es la misma que la de entrada, hLA. EL punto B esta al interior de la envolvente , el vapor y el líquido coexisten. Con el fin de determinar la cantidad de vapor que se forma en el proceso de expansión, sea X la fracción de líquido a la presión PB con una entalpía hLB. La fracción de vapor que se forma durante el proceso de expansión con entalpia hVB es (1-X). Las ecuación par el balance de calor y la fracción del liquido formado son: X hLB1X hVB hLAEC. 14-1  

XhVB hLAEC. 14-2 hVB hLB 1- XhLA hLV hVB hLBEC. 14-3

Paso evaporación - El vapor formado en el proceso de expansion (AB) no proporciona ningún tipo de refrigeración para el proceso. El calor es absorbido por el proceso por la evaporación de la porción líquida del refrigerante. Como se muestra en la fig. 14-2, esto es una temperatura constante, el paso de presión constante (BC). La entalpía del vapor en el punto C es hVB. Físicamente, la evaporación se lleva a cabo en un intercambiador de calor referido como un evaporador o un enfriador. El proceso de refrigeración es proporcionada por el líquido frío, X, y su efecto refrigerante puede ser definido como X (hVB - hLB) y sustituyendo la ecuación. 14-2, el efecto se vuelve: Effect =hVB− hLA EC 14-4 La capacidad de refrigeración se refiere a la cantidad total de calor absorbido en el enfriador por el proceso, expresa generalmente como "toneladas de refrigeración", o Btu / unidad de tiempo. La tasa de flujo de refrigerante está dada por: m=Qref /((h vb−hLA ))

EC 14-5

Etapa de compresión - Los vapores del gas refrigerante dejan la enfriadora en la P C presión de saturación. La temperatura correspondiente es igual a T C en la entalpía de hVB. La entropía en este punto es SC. Estos vapores se comprimen a isoentrópicamente a la presión P A a lo largo de la línea C - D '(fig. 142). El trabajo isentrópico (ideal), Wi, para comprimir el refrigerante de PB a PA está dada por: Wi= m*(h′VD− hVB) EC 14-6 La cantidad h'VD es determinada por las propiedades del refrigerante en el P A y una entropía de SC. Puesto que el refrigerante no es un fluido ideal y ya que los compresores de este tipo de servicios no opera idealmente, la eficiencia isentrópica, ηi, ha sido definida para compensar las ineficiencias del proceso de compresión. El actual trabajo de compresión, W, se puede calcular a partir de: W Wi =m* (h′VD− hVB) = m* (hVD− hVB) EC 14-7  ηi ηi La descarga de la entalpia esta dada por: hVD = (h′VD− hVB) + hVB  ηi  El trabajo de compresion puede ser expresado tambien como:  GHP = Donde 2544.4 Btu/ hr es igual a 1 hp

W . 2544,4

EC 14-7a

EC 14-7b

(Ver la sección 13 para la discusión sobre compresores) Etapa de condensación - El refrigerante sobrecalentado que sale del compresor en P A y TD (punto D en la fig. 14-2) esta enfríado a presión casi constante hasta el punto de rocío temperatura TA, y vapores refrigerantes empiezan a condensarse a temperatura constante. Durante el proceso de desrecalentamiento y condensación, todo el calor y el trabajo añadido al refrigerante durante la evaporación y procesos de compresión debe ser eliminado de manera que el ciclo puede ser completado hasta alcanzar el punto A (el punto de partida) en el diagrama de P-H, como se muestra en la fig. 14-2. Mediante la adición de refrigeración requerida para la compresión de calor, calculamos la condensación requerida, QCD, a partir de:

Qcd = m [(hVB− hLA) + (hVD− hVB)]

EC 14-8

= m( hVD− hLA) La presión de condensación del refrigerante es una función del medio de enfriamiento disponible - aire, agua de refrigeración, u otro refrigerante. El medio de enfriamiento es el disipador de calor para el ciclo de refrigeración. Debido a que la descarga del compresor de vapor es sobrecalentado, la curva de condensación del refrigerante no es una línea recta. Es un combinación del desrecalentamiento y la temperatura condensada constante. Este hecho debe ser considerado para el diseño adecuado del condensador. Sistema de caídas de presión - Algunos valores típicos para las caídas de presión que se deben considerar son: Caída de presión del condensador

3,0 a 7,0 psi

Línea de pérdidas hidráulicas Evaporador al compresor * Compresor al condensador Condensador para el receptor

0,1 a 1,5 psi 1,0 a 2,0 psi 0,5 a 1,0 psi

* Esta es una consideración importante en los servicios de refrigeración con baja presión de succión del compresor. Etapas de refrigeración Los sistemas de refrigeración que utilizan una, dos, tres, o cuatro etapas de compresión han sido operado con éxito en varios servicios. El número de niveles de refrigeración en general depende del número de etapas de compresión necesarias, entre etapas descarga de calor, la economía y el tipo de compresión. Sistema de una etapa Una típica fase uno del sistema de refrigeración se muestra en la fig. 14-3, donde los datos son de propano puro refrigerante. Fig. 14-4 ilustra una aplicación de proceso de un enfriador de un solo nivel y la curva de enfriamiento asociado. La figura. 14-3 Sistema de refrigeración de una etapa



La figura. 14-4 De una etapa de enfriamiento, refrigeración y calefacción curvas

Sistema de dos etapas- Un ahorro en el rango de 20% a menudo se puede lograr con un sistema de refrigeración de dos etapas e interetapa Flash economizador. Los ahorros adicionales pueden ser realizados por el proceso de eliminación de calor en el nivel interetapa en lugar de el nivel de fase baja. Un típico sistema de dos etapas con una carga intermedia se muestra en la fig. 14-5 con los datos de propano puro. Sistema de tres etapas - Los ahorros adicionales de caballos de fuerza puede lograrse mediante el uso de un sistema de compresión de tres etapas. Como con un sistema de dos etapas, flash economización y / o un carga de calor intermedio se puede utilizar. El ahorro, aunque no tan dramático como el de dos etapas en comparación con una sola etapa, todavía puede ser significativo y suficiente para justificar el equipamiento adicional. Un típico sistema de propano de tres etapas se muestra en la fig. 14-6.

Configuración del sistema - El consumo de energía es frecuentemente reducido como el número de etapas incrementado. Para un sistema de refrigeración de propano, fig. 14-7 se ilustra el efecto de la interetapa sin usar la refrigeración a niveles intermedios Sin embargo, el costo de instalación de los equipos de refrigeración aumenta a medida que aumenta el número de etapas. El costo global óptimo será una función del sistema específico y tiene que ser determinada por un conjunto de criterios económicos. La figura. 14-7 Efecto de la clasificación por etapas de un sistema de refrigeración de propano Etapas, n 1

2

3

Refrigeracion requerida, MMBtu/hr

1.0

1.0

1.0

Temperatura de refrigeracion, °F

–40

–40

–40

100

100

100

Temperatura de condensacion del refrigerante, °F

292

236

224

Reduccion en hp, %

Base

19.2

23.3

Requerimiento del condensador MMBtu/hr

1.743

1.600

1.575

Cambio en el requerimiento del condensador,

Base

–8.2

–9.6

Requerimiento de Compresion , hp

%

La potencia de compresión para la refrigeración puede ser reducida por el desplazamiento de más carga de refrigerante del enfriador de cálidos niveles. Fig. 14-8 muestra un sistema de refrigeración mediante dos niveles de refrigeración. El gas se enfría inicialmente a 30 ° C con 25 ° F propano y luego a -35 ° F a -40 ° F propano. La Selección de los 25 ° F a nivel resulta de los radios para cada etapa La presión entre etapas y correspondiente de temperatura del refrigerante puede ser transformada por cualquier equipamento o condiciones del proceso. Relaciones de igualdad de compresión por etapa son elegidas siempre que sea posible para minimizar los caballos de fuerza. Ejemplo 14-1 - Calcular la potencia y el condensador requerido para el proceso que se muestra en la fig. 14-8 utilizando refrigeración con propano. La Temperatura de diseño de condensación es de 120 ° F. la caída de presión de las cámaras de refrigeración a la succión del compresor es 1,5 psi. La caída de presión de descarga del compresor al receptor es de 10 psi. Pasos de la solución: Con el fin de determinar el nivel de refrigeración entre etapas para un sistema de dos etapas, determinar la relación por etapa: rPd/Ps )1/n

de la curva de presión de vapor de propano: Pd = 240 psia + 10 psi = 250 psia Ps = 16 psia – 1.5 psi = 14.5 psia

EC 14-9

r (Pd/Ps )1/n

= (250/14,5)1/2 = 14,5

Así, la presión de succión segunda etapa es la siguiente: PS2 = (14.5) (4.15) = 60 psia La presión de descarga de la primera etapa es la siguiente: Pdl = 60 + 2.0 = 62 psia De la curva de presión de vapor para el propano, la temperatura de refrigeración a 62 psia es de 25 °F. Sustituyendo los valores de entalpia de la Sección 24, fig. 24-27 en la ecuación 14-5, se encuentra el caudal a través de cada enfriadora: 6



m12510  405265

= 178,570 lb/hr

m210106= 100,000 425 325

lb/hr

donde m1 es el caudal a través de la primera etapa del enfriador , y m2 es el caudal a través la segunda etapa del enfriador. El flujo de líquido a la enfriadora de la primera etapa (178.570 libras / h) es provisionado mediante la circulación del líquido refrigerante desde el refrigerante receptor a 120 ° F y pasa por la segunda etapa del enfriador. Con el fin de determinar el flujo de refrigerante líquido del receptor, tenga en cuenta los balances de calor y el balance de materia, mostradas en Fig. 14-9. Aquí, mb (lb / h) denotan la desviación del refrigerante de la segunda etapa de enfriamiento. El refrigerador produce 100.000 libras / hr de refrigerante de vapor a 25 ° C. Estos vapores fluyen a través de la segunda etapa de aspiración y dejan arriba. El líquido de requerido de la segunda etapa destello para la primera etapa enfriadora viene de la cantidad mb.

Por balance de materia, encontramos los vapores abandonando la segunda etapa de la batería como mb + 1000,000-178,570 o mb-78,570 lb/hr. Por balance de calor alrededor de la batería de succión, podemos determinar la cantidad de refrigerante, mb:

( mb−78,570 ) ( 425 ) + ( 178,570 ) ( 265 )=mb ( 325 ) + ( 100,000 ) ( 425 )

( mb )=285,712lb/hr En orden para calcular el trbajo isoentrópico para el primer nivel, es necesario determinar la entalpia isoentrópica a 60 psia. Fig. 24-27, la primera etapa de ingreso entrópica es igual iguala 0.93 Btu/lb °R, y la correspondiente entalpía isoentrópica a 60 psia es 440 Btu/lb. El ideal cambio en entalpia = 440-410 = 30 Btu/lb Para el refrigernate de propanp k= 1.13, radio de compresión, r, de 4.15 y la eficiencia isoentrópica, ŋi de 0.75, la potencia de compresión requerida para la primera etapa es obtenida desde la ecuación 14-7b.

GHP1=

( 30 ) ( 178,570 ) ( 0,75 ) ( 2,544.44 )

Usando la ecuación 14.7a determinamos la entalpia descargada en la primera etapa es: hvid =

30 + 410=450 Btu / lb 0.75

Un balance de materia alrededor de la segunda etapa de compresión produce el flujo de refrigerante total: mt = m1 + (mb – 78,570) = 178,570 + (285,712 – 78,570)= 385,712 lb/hr

Un balance calorífico a la entrada de la segunda etapa de compresión que produce la segunda etapa de entropía admitida: hv 2 s =

( 450 ) (178,570 )+ ( 425 ) ( 285,712−78,570 ) =437 Btu /lb ( 385,712 )

Desde la sección 24, la entropía admitida a 60 psia y 437 Btu/lb es 0.93 Btu/(lb °R), yl la entalpia isoentrópica a 250 psia es 465 Btu/lb. Substituyendo estos valores en la ecuación 14-6, la entalpia ideal cambia a través de la segunda etapa como: ∆ h=465−437=28 Btu /lb La potencia de compresión requerida para la segunda etapa es determinada desde la ecuación 14-7b: hv 2 s =

( 28 ) ( 385,712 ) =5659 hp ( 0.75 ) (2,544.44)

De aquí, la compresión requerida para las dos etapas del sistema de refrigeración del propano se vuelve: GHPT = 2807+ 5659 = 8466 8466 hp Usando la ecuación 14-7a, la entalpia de descarga de la segunda etapa es: H v 2 d=

28 +437=474 Btu /lb 0.75

Substituyendo en la ecuación 14-8 produce el calor del condensador por las dos etapas del sistema de refrigeración: Qcd = (474 - 325) (385,712) = 57.5 MMBtu/hr Desde la figura 24-27 la temperatura liberada en la segunda etapa a 250 psia y entalpia de 474 Btu/lb es 176 °F.

Condensando Temperatura Condensando temperatura tiene un efecto significante en los caballos de potencia de presión y el requerimiento del trabajo de condensación. Mehra3 ilustra el efecto de la condensación de temperatura, el bajísimo la potencia requerida para un trabajo de refrigeración dado. Tradicionalmente, el calor para la mayoría de los sistemas de refrigeración han sido también enfriados por agua o aire del ambiente. Si el enfriamiento con agua o la condensación por evaporación son utilizados, una temperatura de 80 hasta 100 °F puede ser alcanzada. Para mas la locación de la guardia costera del golfo de los Estados Unidos, una temperatura de condensación de 115 a 125 °F es común. Cuando se usa aire a condiciones ambientales para enfriar. La sección 11 estipula datos de temperatura de bulbo seco y húmedo para otras partes de los Estados Unidos. Figura 14-10 tambien indica, a ciencia cierta, el efecto de las condiciones de operacion entre el verano y el invierno como también es las operaciones entre el dia y la noche. Figura 14-10 Efecto de la condensación por temperatura

Refrigerante sub enfriado El refrigerante líquido de baja temperatura es común en sistemas de refrigeración. Bajar la temperatura del refrigerante reduce los requerimientos de energía. Es llevado cuando una fuente auxiliar de energía de enfriamiento esta lista para ser usada, y la fuente de flujo necesita ser calentada. Bajar la temperatura puede ser exitoso por una simple instalación de un intercambiador de calor con el refrigerante apropiado y un método de flujo.

Ejemplo 14-2 Considere instalar un sub enfriador de 3 MMBtu/hr en el refrigerante propano liquido desde el recibidor a 120 °F en el ejemplo 14-1 para las dos etapas del sistema de refrigeración del propano. La segunda etapa de este sistema es mostrada en la figura 14-11 Pasos a seguir para la solución del problema: Por la demostración del balance de energía alrededor del sub enfriador y la segunda etapa de la batería de succión, la velocidad de flujo del líquido refrigerante hacia el sub enfriador está determinada para ser 315,712 lb/hr, el flujo del refrigerante es reducido por 70,000 lb/hr. La velocidad de flujo del refrigerante a través de la segunda etapa del chiller se convierte en: m 2=

( 10 ) ( 106 ) =90,909 lb/h r ( 425−315 )

Como resultado del sub enfriamiento, el flujo del refrigerante a través de la segunda etapa del chiller ha sido reducida desde 100,000 lb/hr a 90,909 lb/hr. La más baja velocidad de flujo resulta en reducir la potencia de compresión, trabajo del condensador, y reducido tamaño de la tubería y equipamiento. Estos beneficios deben ser balanceados en contra de los costos de instalación del intercambiador de sub enfriamiento. Figura 14-11 Sub enfriamiento del refrigerante

Refrigerante por rehervidor

Refrigerantes han sido exitosamente usados por servicios del rehervidor donde quiera que existan las condiciones de aplicación. “Rehirviendo” es similar en concepto que el “enfriando”, el calor es sacado afuera del ciclo de refrigeración. En el uso del rehervidor, el calor es removido desde la condensación del refrigerante el vapor del refrigerante a una esencial continua temperatura y presión. El liquido refrigerante producido en el rehervidor es pasado a la siguiente etapa de presión baja para producir

refrigeración útil. La presión de condensación refrigerada es una función de la temperatura del rehervidor.

Refrigerante en cascada En la conexión en cascada de los refrigerantes, los refrigerantes más cálidos condensar las más frías. En base a los requerimientos de baja temperatura de un proceso, un refrigerante que es capaz de proporcionar la temperatura deseada se selecciona frío. Por ejemplo, la temperatura más baja posible de refrigerante etano es -120 ° F (para una presión de succión del compresor positivo), mientras que el nivel de temperatura más baja para el propano es de -40 ° F (para una presión positiva similar). En un ciclo de refrigeración, energía es transferida desde una baja a una alta nivel de temperatura económicamente usando aire a condiciones ambientes o agua como el .Si el etano es usado como refrigerante, el nivel de temperatura más caliente para condensar el etano es su temperatura critica que es cerca de 90 °F. Esta temperatura requiere de inusuales valores de velocidad de flujo altos, haciendo un compresor de etano para tal servicio complicado i anti económico. También en orden de condensar etano a 90 °F, la fuente de calor a 85 °F o más baja es necesario. Esta temperatura de condensación es un requerimiento de enfriamiento de temperatura dificultoso en muchos lugares. También un refrigerante como el propano es echado en cascada con etano para transferir la energía desde el sistema de etano para enfriar el agua o aire. Un ejemplo de un sistema en cascada se muestra en la figura 14-12, donde un sistema de etano en cascada dentro de un sistema de propano. El trabajo del condensador para el sistema de etano es 30.71 MMBtu/hr. Este trabajo se convierte en una carga para el refrigerante para el sistema de propano a lo largo de sus 23 MMBtu/hr a 40 °F. Por lo tanto, el sistema de refrigeración con propano tiene que ser diseñado para proveer un total de 53.71 MMBtu/hr a -40 °F en adición con 10 MMBtu/hr a -4 °F y 7 MMBtu/hr a 44 °F.

Figura 14-12 Sistema de refrigeración por cascada

Propiedades del refrigerante Las propiedades físicas de los refrigerantes de componentes puros de uso común se da en la figura. 14-13. Las curvas de presión de vapor para etano, etileno, propano, propileno, y el refrigerante 22 están disponibles en las Secciones 23 y 24 o las referencias 2, 5, 9, y 10. Datos de presión de vapor para otros refrigerantes puede obtenerse de los fabricantes de refrigerantes. Datos de entalpia son necesarias en el diseño de cualquier sistema de refrigeración. Entalpía de presión diagramas para etano puro, etileno, propano, propileno, y R $ 22-están disponibles en la sección 24 de este libro de datos o referencias 2, 5, 9 y 10. Los datos de entalpía para otros refrigerantes se pueden obtener de los fabricantes de refrigerantes. Estimación de la potencia y trabajo del condensador

Desde que muchas plantas de procesamiento de gas requieren refrigeración mecánicas, cartillas (gráficos) generalizadas fueron desarrolladas para ayudar en una aproximación en la magnitud para el diseño de sistemas de refrigeración. Debido a la complejidad de generalizar sistemas de refrigeración, las graficas han sido desarrolladas para cuatro de los mas comunes refrigerantes: etileno, propileno, propano y el refrigerante 22. Con el fin de aplicar estas curvas a la mayoría de los compresores disponibles comercialmente, una eficiencia de 0,77 politrópico se asumió. La eficiencia politrópico se convirtió en un efficiency1 isoentrópica para incluir los efectos de la relación de compresión y la relación de calor específico (k = Cp / Cv) para un refrigerante dado. Para un funcionamiento equilibrado y eficiente del compresor, una relación de compresión igual entre las etapas se empleó. El nivel de refrigeración se define como la temperatura del punto de rocío del vapor que sale del evaporador. Las presiones a la succión del compresor y las boquillas del lado de carga de entrada se ajusta a 1,5 psi para permitir la caída de presión. Estos gráficos también incluyen una caída de 5 psi de presión a través del condensador refrigerante para el etileno, y una gota 10 psi para el propano, propileno, y el refrigerante 22. Antes de desarrollar cualquier sistema, hay que definir la temperatura del refrigerante y la temperatura de condensación del refrigerante basado en el medio usado para la condensación. Para conseguir la conservación de energía máxima y el coste mínimo de energía, es necesario para que coincida con las condiciones del proceso y el diseño del compresor de refrigeración para obtener la mejor eficiencia. Después de definir el nivel más bajo de refrigerante y la temperatura de condensación, la presión en el evaporador y el condensador puede ser establecida a partir de la curva de presión de vapor para un refrigerante específico. Todos los ejemplos y los datos de esta sección se basan en propiedades de los componentes puros. En la práctica, los refrigerantes de hidrocarburos puros no siempre están disponibles. Las impurezas pueden causar desviaciones significativas en el diseño y el rendimiento.

Figura 14-13 Propiedades físicas de los refrigerantes más comunes

Figura 14-14 Trabajo del condensador y caballos de fuerza del gas en la etapa del refrigerante 22

Sistema de una etapa - Figs. 14-14 a través de 14-17 proporcionan datos para la estimación de potencia de gas y los requisitos de condensador de destino para los sistemas de refrigeración de una sola etapa utilizando etileno, propano, propileno, y refrigerantes R-22.

Sistema de dos etapas - Los datos para la estimación de potencia de gas y los requisitos de refrigerante del condensador de destino para los sistemas de refrigeración de dos etapas que utilizan etileno, propano, propileno, y R $ 22-se muestran en las Figs. 14-19 a 14-21. Sistemas de tres etapas - Los datos para la estimación de potencia de gas y los requisitos de condensador de destino para los sistemas de refrigeración de tres etapas utilizando etileno, propano, propileno, y R-22 se presentan en las Figs. 14-23 través de 14-26. Ejemplo 14-3 - Calcular la potencia del condensador y los requisitos impuestos por un sistema de refrigeración de una sola etapa de propileno que se proporcionará el 25 MMBtu / hr del proceso de enfriamiento a un nivel de refrigerante de -20 ° C. Solución a seguir: La BPH unidad para este ejemplo de la fig. 14-17 es de 222 CV por MMBtu / hr del trabajo de refrigeración a una temperatura del evaporador de -20 ° F y una temperatura del condensador de 100 ° F. Y, a partir de la figura. 14-17, el factor de servicio del condensador es igual a 1,565 MMBtu / hr por MMBtu / hr del deber de refrigeración para el evaporador y la misma temperatura del condensador. Por lo tanto, la potencia total y el deber del condensador son las siguientes: GHP = (25) (222) = 5,550 caballos de fuerza QCD = (25) (1,565) = 39.13 MMBtu /hr Economización de intercambiadores de calor - Una alternativa para una economización rápida del ciclo de refrigeración es usar un intercambiador de calor para cumplir una etapa de economización

Fig. 14-18 muestra un economizador ejemplo utilizando un intercambiador de calor. El intercambiador de calor es un enfriador que utiliza parte del refrigerante condensado para subenfriar el equilibrio del flujo de refrigerante condensado. El refrigerante utilizado para la refrigeración se alimenta de la etapa intermedia (o segunda etapa) del compresor de refrigeración. El refrigerante subenfriado se utiliza entonces para enfriadores de proceso. El refrigerante subenfriado produce menos vapor inutilizable cuando circula a través de las condiciones del tambor de succión que un flujo de refrigerante no subenfriado. Así, el uso del intercambiador de calor efectivamente desplaza vapor de la etapa de bajo poder de compresión a la etapa de alto poder, ahorrando así energía. El impacto resultante del proceso es muy similar a la economización flash discutido previamente. Consideraciones de diseño y funcionamiento Los siguientes son algunos de los parámetros importantes que deben considerarse al diseñar un sistema de refrigeración para proporcionar una operación segura, confiable y económica. Remoción de aceite – Los requisitos de remoción de aceite de los evaporadores están relacionados con el tipo de refrigerante, lubricante, evaporador, y el compresor utilizado en el ciclo de refrigeración. Fig. 14-26 ilustra la aplicación de un recuperador de aceite en un ciclo de refrigerante propano. Con el fin de eliminar el aceite del refrigerante, una corriente de deslizamiento de refrigerante desde la parte inferior del enfriador se vierte en un recuperador donde se utiliza propano refrigerante caliente procedente de la descarga del compresor para evaporar el refrigerante en la succión del compresor. El aceite se extrae de la parte inferior del recuperador. Disposiciones similares pueden ser utilizados para otro hidrocarburo y refrigerantes de amoníaco. La operación puede ser diseñado para ya sea manual o automático. Donde se utilizan refrigerantes de halocarbonos y / o lubricantes sintéticos, es imperativo que el sistema recuperador de aceite sea aprobado por el fabricante del compresor. Emanación y almacenamiento de líquidos - Todos los sistemas de refrigeración deben tener un tanque de emanación y de almacenamiento de líquidos, comúnmente llamado un receptor. Un tanque de emanación es necesario en todos los sistemas donde la carga de funcionamiento en el evaporador (s) y el condensador (s) varía debido a las condiciones de carga variables. Además de acomodar una carga de diferentes refrigerantes, el receptor drena el condensador (s) de líquido de modo que la superficie efectiva de condensación no se reduce por el peso de los líquidos. La carga de refrigerante en un receptor puede variar en un amplio intervalo, desde un mínimo a plena carga a un máximo sin carga. Los sistemas con tanques de emanación inadecuados suelen causar problemas, ya que pierden el sello de líquido debido a las variaciones de carga que siempre ocurren. Los tanques de emanación o receptores son relativamente baratos y cuando se mide su tamaño, se debe considerar que: (1) un volumen igual al 100% del sistema inventariado a 80% nivel completo, y (2) la disponibilidad y la cantidad del refrigerante. Sistemas de vacío - Sistemas de refrigeración pueden funcionar con una presión de succión por debajo de la presión atmosférica. Estos sistemas de vacío requieren consideraciones especiales: 

Cuando los hidrocarburos son utilizados con compresores de pistón (que emplean la barra "paquete"), el aire puede entrar en el compresor y posiblemente formar una

mezcla peligrosa. Se debe tomar cuidado extremo cuando estos sistemas se utilizan. Estos sistemas deben tener un sistema de purga manual o automático. Se debe emplear embalaje de doble efecto. 

Dónde halocarbonos tales como el R-11, R-114, R-113 y otros de baja presión, refrigerantes de alto volumen se emplean con compresores centrífugos, los vacíos profundos pueden "dibujar" el aire y humedad a través de bridas, juntas, etc Esta combinación de agua -oxígeno en presencia de halocarburos forma ácido y causa "grietas de corrosión" en los tubos junto con otros problemas. Un sistema de purga positiva debe ser empleado y se sugiere el seguimiento frecuente del contenido de humedad en el refrigerante.

Halocarbonos de alta presión R-12, R-22, y otros se emplean en sistemas de vacío con compresores reciprocantes, centrífugas, y compresores de acción circular. Estos sistemas sufren los mismos problemas de corrosión como los definidos anteriormente, pero en menor medida. Sin embargo, ya que generalmente es utilizado a bajas temperaturas, el agua en el sistema puede congelar la válvula de control y el evaporador. Secadores refrigerantes son requeridos en estos sistemas. También es requerida una buena purga del sistema.

FIG. 14-22 Sistema de Refrigeración de Propileno de Dos Etapas

FIG. 14-23 Trabajo del Condensador y Caballos Fiuerza del Gas para Refrigerante R-22 para tres etapas

- El amoniaco ha sido empleado con compresores reciprocantes, centrifugos, de hélice en el servicio de vacio por muchos años. Desde que el agua no se congela con la presencia del amoniaco y el agua de amonio formado es ligeramente corrosivo, este tipo de sistema tuvo pocos problemas durante su operación. Es recomendada una buena purga del sistema Consideraciones para Sistemas de Refrigeración al Vacio. 1. Eliminar las bridas donde sea posible. 2. Soldar todas las tuberias 3. Utilizar soldadura en valvulas en linea 4. Usar válvulas de cierre de acero “Tipo de Refrigeración” con las siguientes características “asiento trasero” y el cierre de capas en lugar de ruedas manuales. Todas las válvulas en lineas de succión deben ser válvulas de angulo para reducir las caídas de presión. 5. Instalar y mantener un buen secador en sistemas de halocarburos e hidrocarburos 6. Instalar una unidad de purga para mantener el sistema libre de aire y no condensables. 7. Todas las válvulas de control deben tener sellos tipo fuelle en lugar en lugar de empaques si la presión interna esta por debajo de la atmosférica. 8. Un analizador de oxigeno es requerido para detectar la presencia de aire. Materiales de Construcción— los materiales de construcción para sistemas de refrigeración específicamente se relacionan con el tipo de refrigerante usado. Algunos básicos consejos son:

- No se deben utilizar aleaciones de cobre o base cobre con sistemas de refrigracion de amonio. Si existen SO2, H2S o similares químicos corrosivos en el proceso o si están presentes en la atmosfera, las aleaciones de cobre o con base cobre son inadecuadas. - Generalmente, el cobre y las aleaciones de cobre pueden ser usadas con refrigerantes hidrocarburos y halocarburos, sin embargo, son recomendados para la mayoría de sistemas de tuberías de acero y sus componentes. - Debido a la temperatura ambiente la presión de vapor de la mayoría de los refrigerantes, el sistema de refrigeración normalmente esta diseñado para 250 psig o mas. Los componentes con baja temperatura del sistema operaran a temperaturas y presiones muy por debajo de las presiones de diseño Hablando generalmente, el acero de carbono puede ser usado a -20 °F. La presión ASME código 8 del recipiente direcciona el problema de la selección del material y las pruebas de impacto para sistemas que operan por debajo de -20 °F. Ciertas provisiones del código pueden permitir el uso de acero de carbono para componentes que operan a presiones menores al 25% que la presión de diseño. En muchas aplicaciones una prueba del impacto Charpy será requerida. - El código de tuberías ANSI B31.3 es generalmente utilizado para la mayoría de los sistemas de refrigeración en plantas de procesamiento. Este código tiene algunas provisiones para el uso de materiales a -50 °F que están normalmente limitados a -20 °F y debes ser consultados para la aplicación en esta area. También existe la ANSI B31.5 “Codigo para tuberías de refrigeración” que ha sido usado en algunas aplicaciones. - Varias aleaciones y el aluminio son normalmente usados para operaciones a bajas temperaturas y pueden ser ventajosas económicamente a temperaturas alrededor de -20 °F Pureza del Refrigerante — Los contaminantes del refrigerante pueden consistir en severos componentes: - Aceites lubricantes tienden a acumularse en el chiller. La contaminación de aceites lubricantes es reducida controlando la cantidad de lubricación del cilindro del compresor, usando lubricantes sintéticos, proveyendo una buena descarga de vapor del separador del compresor para eliminar el aceite libre, y proveyendo un buen recuperador para remover la acumulación de aceite. La FIG 14.27, ilustra un método para eliminar aceite lubricante de el sistema de refrigeración. - Los componentes mas livianos en la cargas de refrigerante, como el etano de un sistema de propano, tienden a acumularse en el refrigerante receptor, causando mayor presión de condensación. La contaminación de componentes más livianos es controlada por el tipo de refrigerante que es comprado. Además puede ser reducido purgando el receptor de vapores. Si la presión de entrada en la planta de proceso es lo suficientemente baja, el acumulador puede ser purgado en la entrada de la planta para la re-recuperación de los hidrocarburos. - El butano y constituyentes más pesados en un sistema de refrigeración de propano tienden a acumularse en el chiller. La contaminación de componentes pesados normalmente no es un problema severo, y es controlado mejor drenandolos desde el fondo de la temperatura más baja del chiller

FIG. 14-24 Sistema de Refrigeración de Etileno de Tres Etapas

FIG. 14-25 Sistema de Refrigeración de Propano de Tres Etapas

FIG. 14-26 Sistema de Refrigeración de Propileno de Tres etapas

FIG. 14-27 Recuperación de Aceite

- Constituyentes fluidos en el proceso pueden filtrarse en el refrigerante en el chiller. - El aire puede ser introducido a través del empaque del compresor si las presiones del cilindro están por debajo de la presión atmosférica. - La humedad, si se presenta, puede formar hielo y taponar el sistema o a las válvulas de control o al chiller. La humedad normalmente entra al sistema con la carga del refrigerante comprado; puede ser una fuente de considerables problemas hasta que sea removido. Algunos sistemas de refrigeración emplean un secado continuo, algunos solo un indicador de humedad. El problema usualmente puede ser eliminado con la inyección de metanol en el sistema y drenándolo de el chiller. Ademas la humedad debe ser removida previamente al inicio de un nuevo sistema, normalmente con la evacuación del sistema, purgando el sistema con nitrógeno o gas seco, inyectando metanol o una combinación de ambos. Sistemas de Seal Gas y Petróleo Lubricante — Compresores Centrifugos son sellados en el eje por sellos laberinto. Para proteger contra una posible entrada de petróleo en el refrigerante, una fuga de gas hacia el exterior es permitida para cada sello de laberinto. Sin embargo para prever una gran perdida de refrigerante, hay una provisión en la mitad del compresor y el final del sello laberinto para inyectar una corriente de gas menos rico. El sello de gas es suministrado a una presión mayor que la presión detrás de la rueda del compresor a una tasa ligeramente mayor a la que se escapa por los sellos. Es el sello de gas que se escapa, asi que se tiene que retener la mayor cantidad de gas rico. El sello de gas escapa por los sellos y se combina con el petróleo lubricante abandonando la unidad y entra a la cámara del tanque de petróleo lubricante. Un filtro para sello de gas es provisto a la entrada de el refrigerante del compresor. El elemento del filtro debe ser cambiado a intervalos regulares. El flujo de sello de gas para una presión dada en el sello de gas es puesto por las autorizaciones de fabrica en los sellos de laberinto.

Tipos de Compresores.

Existe una variedad de compresores para escoger en los servicios de refrigeración. Los mas comunes son compresores centrífugos, reciprocantes y de hélice. El tipo de refrigerante usado también influye en la elección del compresor. Pequeños, hasta 200 hp, sistemas de refrigeración para halocarburos normalmente usan compresores reciprocantes que tienen la caja del cigüeñal venteada al compresor de succión. Este tipo de compresor también puede ser usado para propano, pero el problema de la solubilidad del propano en el petróleo a elevadas temperaturas requiere un aceite lubricante especial y un calentador en la caja del cigüeñal. La carga de refrigeración también influye en la selección del compresor. Los compresores centrífugos normalmente no son económicos por debajo de 500 hp con controladores del motor, o sobre 800 hp con controladores de turbina. Por encima de 1000 hp, y particularmente cuando la carga esta cerca a un múltiplo de este numero, el uso de compresores centrífugos se hace mas económico. Para caballos fuerza mas bajos son comúnmente usados compresores reciprocantes, de hélices y rotatorios. Compresores Centrífugos — En el proceso normal las temperaturas encontradas en el procesamiento del gas, unos tres o cuatro compresores centrífugos de rueda son normalmente requeridos para el servicio de refrigeración. Esto ofrece la oportunidad de utilizar múltiples economizadores de flash entre etapas y permite multiples niveles de temperatura en el chiller para mas reducciones en sus caballos fuerza. La capacidad de los compresores centrífugos es controlada con una variación de velocidad o con presión estranguladora de carga o descarga. El estrangulamiento de descarga puede causar oleadas. También es posible recircular vapores refrigerantes de descarga al compresor de succión durante operaciones en una menor carga para evitar problemas de oleadas.. Tales resultados de recirculación en caballos fuerza desperdiciados es uno de los principales inconvenientes al utilizar unidades centrifugas. Para más detalles en compresores centrífugos, se puede ver la sección 13. Compresores Reciprocantes — Procesos de temperatura generalmente, dictan dos etapas de compresión en una maquina reciprocante. Esto da la oportunidad de usar un economizador interetapas y un nivel adicional de enfriamiento. En un sistema convencional de refrigeración, los cilindros en la primera etapa son normalmente más largos como resultado de una menor presión de succión. El economizador también reduce el volumen en la primera etapa, el diámetro del cilindro, y consecuentemente la barra de carga. El ajuste de la capacidad es realizado por la variación de velocidad, espacios variables en ls cilindros, válvulas levantadoras, y recirculación del vapor refrigerante a la succión. Como con compresores centrífugos, la recirculación da un resultado de caballos de fuerza desperdiciados. También es posible estrangular la presión de succión del refrigerante entre el chiller y el compresor para reducir la capacidad del cilindro. Sin embargo, el control de la presión de succión puede resultar en un desperdicio de caballos de fuerza y la posibilidad de bajar la presión atmosférica de succión, que debe ser evitado. Para más detalles en compresores reciprocantes, se puede ver la sección 13. Compresores de Hélice—Los compresores de hélice han sido usados en los sistemas de refrigeración por muchos años, estos no pueden ser usados con todos los refrigerantes. La limitación de la presión de succión es alrededor de 3 psis con presiones estándar de descarga a 350 psig. Presiones de descarga de más de 750 psig también son disponibles. Los compresores de hélices están ganando popularidad en la industria del procesamiento de gas. Las hélices pueden operar en un amplio rango de presiones de succión y descarga sin modificaciones en el sistema.

Esencialmente no hay limitaciones de proporción, su usan con proporciones mayores a 10. Estos operan con más eficiencia en una proporción de 2 a 7 y son comparablemente eficientes a los compresores reciprocantes dentro de este rango. El control automático de la capacidad puede proveer una capacidad de ajustes de 100% hasta 10% con una comparable reducción en los requerimientos de poder. Los compresores de hélice normalmente operan a 3600 rpm acoplados directamente a los conductores del motor. Sin embargo estos pueden operar en cima de

rango de velocidades de 1500 a 4500 rpm. Las unidades de motor, el gas turbinas, y expansores también puede utilizarse como conductores. Compresores - Hay una aplicación limitada para grandes compresores rotativos. Este es el campo de baja temperatura en la que el rotativo sirve al propósito de un gran volumen voltaje o de refuerzo del compresor. Estos compresores son de refuerzo aplicado en condiciones de succión saturados que van desde -125 ° F a -5 ° F con R-12, R-22, el amoníaco y refrigerantes de gas propano. Las unidades disponibles varían en potencia desde 10 hasta 600 caballos de fuerza y en desplazamiento de 60 a 3600 pcm en una sola unidad. Los refrigerantes mixtos Procesos criogénicos que eliminan el calor debajo de la temperatura ambiente suelen utilizar los compuestos puros como refrigerantes en un sistema cerrado de refrigeración mecánica. Sin embargo, cuando no es necesario para eliminar el calor a una temperatura prácticamente constante, puede ser ventajoso utilizar una mezcla de refrigerantes. En una composición adecuada, un refrigerante mixto puede minimizar las diferencias de temperatura entre la corriente de proceso y el refrigerante durante el intercambio de calor. Este encuentro ofrece un sistema de enfriamiento eficiente. Los refrigerantes convencionales más comunes, R-22 y el propano, el exhiben temperaturas de ebullición atmosféricos de -41 ° F y -44 ° F, respectivamente. Las temperaturas más bajas se pueden obtener utilizando propileno, etano y etileno, que tienen atmosférica temperaturas de ebullición de -54 ° F, -128 ° F y 155 ° F, respectivamente. Sin embargo, estos refrigerantes requieren el uso de un cascada del sistema porque la condensación a temperaturas ambiente no es factible. Una alternativa es el uso de una mezcla refrigerante, por ejemplo, etano-propano. El etano disminuye la temperatura de evaporación permitiendo al mismo tiempo condensación a temperatura ambiente, aunque a considerablemente mayor presiones. Fig. 14-28 compara la forma de las curvas proceso de enfriamiento para un ciclo de refrigerante de etileno con un ciclo refrigerante mixto. La forma de la curva de vaporización refrigerante es una función de la composición del refrigerante mixto. En la fig. 14-28 de la composición del refrigerante mixto es metano 8% en moles, etileno 37% en moles, y propano 55% en moles. Algunos de los parametros para ser considerado mientras evalúan la aplicación de un ciclo de refrigerante mixto incluyen: • la presión de succión del compresor. • Forma de la curva de vaporización.

• Compresor de presión de descarga y la relación de compresión. • El tipo de controles. • El tipo de compresor. Refrigerantes mixtos presentan el problema de la segregación de componentes con los componentes más ligeros se concentran en el receptor, y los componentes más pesados concentrarse en el enfriador a menos que el refrigerante está totalmente vaporizado. Debido a la alta la presión de condensación, los refrigerantes mixtos aumentan significativamente los caballos de fuerza por tonelada de refrigeración. Refrigeradores Hervidor de agua enfriadora Tipo - El tipo más común de refrigerador empleadas en la industria de procesamiento de gas es el tipo hervidor. La refrigerante se expande en la cáscara de la caldera, donde un nivel se mantiene para sumergir completamente el tubo de proceso paquete. Un control de nivel mantiene la cantidad adecuada de refrigerante en la caldera.

Cuando se utiliza un enfriador tipo de calentador de agua, se debe tener cuidado y brindar una adecuada vapor de desenganchar el espacio por encima del nivel de operación de líquido

refrigerante. Este tipo de refrigerador mal diseñado y operado es probablemente la principal causa de compresor debido a arrastre de líquido fracaso. La siguiente ecuación permite la aproximación de la carga de refrigerante permitida: Admisible de la carga de refrigerante en kg / h por espacio de pies cúbicos de vapor. ¿

√

( S . F . ) ( ρ v ) (3980) σ Ec .14 .10 (0.869) ρL −ρV

donde S.F. = Coeficiente de seguridad = 1/2 HTRI tiene un método detallado para determinar el refrigerador de tamaño teniendo en cuenta el requisito de espacio de vapor. Fin Plate-Chillers - Modernas plantas criogénicas con frecuencia emplear aletas de placa intercambiadores para el gas de enfriamiento y refrigeración. cuando el diseño requiere un gas caliente de gas intercambiador, un enfriador de gas, y un frío de gas-gas intercambiador en secuencia, entonces puede ser conveniente poner estos servicios en un solo plato de aleta de intercambiador. además, de aletas de intercambiadores de placas ofrecen un ahorro significativo para bajas temperaturas aplicación donde se necesita acero inoxidable para la carcasa y unidades de metro. Significativos ahorros de caída de presión puede ser realizado mediante el uso de una o varias unidades de servicios de refrigeración. Para otros tipos de intercambiadores de calor, consulte las secciones 9 y 10. Controles del sistema Controles de nivel -de la caja externa (desplazador de tipo) el nivel los controles son los más comúnmente utilizados en los servicios de refrigeración y son probablemente los más fiables y fáciles de mantener los instrumentos. Sin embargo, debido a que la cámara de flotación es externo a el sistema de refrigeración, es imperativo que la cámara de flotador y líneas de conexión con el refrigerador sea del tamaño adecuado y bien aislado. La vaporización de refrigerante (debido a la fuga de calor) en la cámara de flotador puede resultar en la dificultad de mantener nivel adecuado. Los controles internos de nivel de flotador eliminar este problema, pero presentan algunos problemas en el mantenimiento del instrumento. Un dispositivo de presión diferencial también se utiliza frecuentemente para nivel de control de la enfriadora, sino que ofrece un buen control cuando se instala correctamente. La conexión de alta presión lateral del líquido fase debe ser grande, bien aislado, e instalado de tal manera que el aceite lubricante no puede acumularse y causar errónea lecturas. La baja presión de conexión lateral para el vapor fase debe ser sin aislar y posiblemente incluso líquido sellado o calentarse para evitar la acumulación de líquido. El mismo problema existe en la indicación de nivel. medidor externo vasos deben tener grandes líneas que conectan con las cámaras de refrigeración y un buen aislamiento. Ojo de buey-visores son mucho mejores para indicación directa del nivel de enfriadora y normalmente no presentan cualquier problema de mantenimiento que no sea la limpieza del cristal escarcha a veces se utilizan tapones y dar una indicación del nivel de aproximación mientras que no requiere mantenimiento

Los controles de presión - succión del compresor de refrigerante de alta control de la presión puede ser deseable cuando hay múltiples compresores de refrigerante en el sistema. Sin alta presión de succión de control, la pérdida de un compresor de refrigerante puede resultar en una sobrecarga de los otros compresores y la pérdida de todas las unidades en una operación sin vigilancia. Sin embargo, la succión control de la presión también puede resultar en residuos potencia si el succión del compresor es estrangulado innecesariamente. El compresor de refrigerante de derivación de gas caliente se usa para prevenir la presión de succión del compresor baje demasiado. Si el proceso disminuye la carga, la derivación de gas caliente se abre para mantener una satisfactoria compresor presión de succión en una planta sin vigilancia. si derivación de gas caliente permanece abierta, la capacidad del compresor debe ser ajustar para reducir puenteando el fin de conservar energía. tornillo compresores necesita ningún acuerdo o convenio, ya que pueden ser automáticamente descarga para satisfacer los ajustes de presión de succión. Evaporador Temperatura - El evaporador (o enfriadora) la temperatura es normalmente controlada por el control del presión del refrigerante de la enfriadora. Esto puede lograrse mediante el uso de válvulas de contrapresión, la velocidad del compresor de refrigerante, o la derivación de gas caliente alrededor del compresor. Bajo los controles ambientales- Todos los sistemas de refrigeración debe tener bajos controles ambiente donde la temperatura ambiente está por debajo de 40 ° F. Estos controles, que mantienen una presión preestablecida diferencial entre el condensador y el evaporador presiones, son necesarias para un funcionamiento continuo y para la puesta en marcha en ambientes de baja. Hay varios enfoques para estos controles: 1. Para enfriadores de aire utilizados como condensadores, persianas, aire de recirculación sistemas y los ciclos del ventilador se emplean. 2. Por tanto Shell como condensadores de tubos y de refrigeración de aire, condensación la presión puede ser controlada mediante la instalación de una presión válvula de regulación accionada por la presión de condensación a una presión mínima predeterminada en la línea entre el condensador y el receptor de líquido. Además, un regulador de presión pequeña a una presión predeterminada se instala en una línea entre la línea de descarga y el receptor de líquido. Este regulador dirigirá suficiente gas caliente al receptor para mantener la presión lo suficientemente alta para accionar la válvula de control de evaporación de líquido. 3 Cuando un condensador de carcasa y tubos, se utiliza un flujo de agua válvula de control operada por presión del condensador puede ser utilizada. Este tipo de control puede hacer que los sedimentos y la ampliación en el condensador. 4. Dónde condensadores se utilizan varios métodos se pueden emplear para controlar la presión de condensación dependiendo de la

temperatura ambiente y el tipo de instalación. • El condensador se puede seleccionar para funcionar como un aire refrigerador a temperaturas por debajo de 32 ° F (sistema de agua apagar y escurrida), mientras que el empleo de un ciclo del ventilador controlador. • Un sistema como se ha descrito anteriormente en el punto 2 puede ser empleado. • Cuando el sistema está en el interior con el condensador al aire libre, un sumidero de agua en el interior se pueden emplear con un controlador de ciclo del ventilador. Solución de problemas del sistema de refrigerante Figura 14-30 contiene una lista de comprobación para la solución de problemas de refrigeración sistemas. Esto no es una lista exhaustiva sino más bien unguía práctica de permitir la inspección del sistema en función delos problemas operativos experimentado. Freón (CFC) Fase de salida del refrigerante Floruro de carbonos (freón clorado comúnmente se llama) ha utilizado durante muchos años como refrigerantes eficaces en muchos aplicaciones. Sin embargo, la estabilidad de estos compuestos, junto con su contenido de cloro, los ha relacionado con el agotamiento de la capa de ozono protectora. Como resultado, estos compuestos han sido eliminados de la producción y la utilización de nivel mundial. Hidrofloruro de carbono (HFC) han sido desarrollados como una alternativa. Uno de estos compuestos, el HFC-134a ha sido desarrollado para reemplazar dicloruro demetano (CFC-12 o R-12). Este compuesto es razonablemente cerca de R-12 en el rendimiento, pero las diferencias en el diseño del equipo y la operación se debe tener en cuenta en la sustitución. La figura 14-29 muestra una comparación de HFC134ay R-12 para un ejemplo de aplicación. Una de las importantes diferencias es la mayor relación de compresión necesaria para este refrigerante. Propiedades para el HFC-134a se dan en las Figuras14-31 través de 14-33. De refrigeración por absorción Aunque refrigeración por absorción ha visto poco uso en la industria de procesamiento de gas, tiene aplicación. En las zonas donde hay gas natural de bajo costo, donde el calor de bajo nivel fuente está disponible, o cuando las tarifas eléctricas han aumentado de forma espectacular, refrigeración por absorción puede ser una forma económica para alcanzar refrigeración modesto nivel de temperatura. En circunstancias donde la capacidad no utilizada de la caldera está disponible en varios meses, las unidades de absorción puede ser utilizada para producir refrigeración. Bromuro de litio de agua-Sistemas La absorción de bromuro de litio cycle8 refrigeración funciona en el sencillo principio de que, bajo la presión absoluta baja, agua hierve a una temperatura baja. Fig. 14-34 se muestra

una esquemática la disposición de bromuro de litio-agua del sistema. El sistema utiliza el calor para producir de manera eficiente refrigeración.

La carcasa inferior está dividido en secciones de absorción y de evaporador mientras que la carcasa superior consiste en el generador y el condensador de secciones. La sección del evaporador contiene el refrigerante, agua. Una bobina, a través del cual el agua del sistema de refrigeración circula, se introduce en el evaporador para establecer un intercambio de calor. La ganancia de calor refrigerante del sistema de agua de refrigeración, y debido a baja presión mantenida en el evaporador, alcanza rápidamente la temperatura de saturación y se evapora, enfriando el agua del sistema. El resto del ciclo se ocupa de recuperación este refrigerante. La afinidad de bromuro de litio para el agua hace que el refrigerante vapor para ser absorbido por la solución fuerte en el absorbedor de sección. La diluido (débil) solución se bombea en el generador, cuando se utilice vapor o agua caliente para conducir el agua fuera de la solución en forma de vapor. El vapor pasa al condensador y cambia de nuevo a líquido que devuelve al evaporador para ser reutilizado. Mientras tanto, la solución sólida que queda en el generador de los flujos hacia el absorbedor para completar el ciclo. La temperatura más baja de agua enfriada alcanzada por este sistema es de 42 ° C y, normalmente, la unidad opera entre 42 ° F y 50 ° F con diferentes cargas d e capacidad de refrigeración. Sistema de amoníaco acuoso La refrigeración puede ser proporcionada mediante el uso de calor residual con el aguaamoníaco absorción ciclo. Este ciclo fue empleado originalmente en el 1800 y ha ido perfeccionando con los años. Perdió su valor económico en la década de 1930 como la centrífuga más eficiente y sistemas de compresor de émbolo se convirtió barato. Debido a su ineficiencia de base, la absorción de amoniaco sistema no puede ser justificada a menos que el calor de bajo nivel de residuos se encuentra disponible, como el vapor de baja presión o corrientes calientes del proceso. Capacidades de absorción de amoniaco han sido diseñados en tamaños a partir de un mínimo de 2,4 MMBTU / hr a -50 ° F y 3,6 MMBTU / hra 20 ° F hasta un máximo de 30 MMBtu / hr a -50 ° F y 60MMBtu / hr a 20 ° F. La mayoría de los sistemas que emplean de carcasa y tubos condensadores y absorbentes, sin embargo, por evaporación enfrió absorbedores se han utilizado. Condensadores enfriados por aire y amortiguadores también podría ser utilizado. Diversos esquemas puede ser utilizado para

suministrar las necesidades de agua de los condensadores y otros absorbentes que el flujo de la serie. Flujo paralelo puede ser utilizado para reducir absorbedor tamaño y la entrada de calor al sistema. La fuente de calor se gobiernan el diseño del generador. El generador puede ser aletas de superficie intercambiadores de calor con acuosa solución bombeada a través de los tubos de medios de calefacción de vaporo pipa de doble intercambiadores de calor para medios de calentamiento de líquidos. Fig. 14-35 muestra un diagrama de flujo de una absorción de amoniaco sistema. Fiabilidad - sistemas de absorción de amoniaco son normalmente se instala con bombas de repuesto y recambio de bombas de agua de reflujo que ofrecen una comparación con centrífuga, de vaivén, y el tornillo sistemas de compresores que tienen un repuesto compresor-motor tren. El tiempo de inactividad de la falta de elementos mecánicos es insignificante debido a las bombas de 100% de recambio.

Flexibilidad de diseño - sistemas de absorción de amoniaco son generalmente diseñados para cada aplicación específica. Evaporador temperaturas de hasta -60 ° F son posibles. Los sistemas pueden ser diseñadas en una etapa o en dos etapas para el evaporador de diferentes temperaturas. Los sistemas pueden ser aumentado de tamaño y temperaturas de evaporación subir o bajar por la adición de superficie de intercambio de calor. Temperaturas del evaporador están relacionados para calentar la

temperatura de entrada. El aumento de la temperatura del fuente de calor disminuye la temperatura del evaporador sea posible. la evaporadores siendo 100% eficiente en todo momento como la refrigeración es libre de aceite. No hay necesidad de añadir factores de petróleo incrustantes a el diseño del evaporador, ahorrando así 5 a 10% en el evaporador costo. La elección del diseño del evaporador no tiene limitaciones. Aplicaciones - El sistema de absorción de amoniaco tiene muchas aplicaciones. Se puede producir refrigeración a partir de residuos calor para casi cualquier tipo de aplicación en las industrias química y industria del petróleo. Vapor de residuos se ha utilizado como el calor fuente en muchas instalaciones en las industrias química y del petróleo industria que proporciona temperaturas de 50 ° F a -50 ° F. Proceso corrientes de vapor y el aceite caliente se han utilizado también como fuentes de calor. Los gases de escape de las turbinas de gas sería una excelente fuente de calor y el calor esto normalmente sería capaz de proporcionar refrigeración a baja temperatura, debido a sus altas temperaturas. Cocción también puede ser añadido para las cargas máximas. Apilar gases de los muchos tipos también podría ser utilizado como una fuente de calor. Referencias 1. Elliott Multistage Compressors, Bulletin P-25A, Elliott Co., Jeanette, PA, 1975. 2. Starling, K. E., “Fluid Thermodynamic Properties for Light Petroleum Systems,” Gulf Publishing, Houston, TX, 1973. 3. Mehra, Y. R., “Refrigeration Systems for Low-Temperature Processes,” Chem. Eng., July 12, 1982, p. 94. 4. Sibley, H. W., “Selecting Refrigerants for Process Systems,” Chem. Eng., May 16, 1983, p. 71. 5. Mehra, Y. R., “Refrigerant Properties of Ethylene, Propylene, Ethane and Propane,” Chem. Eng., Dec. 18, 1978, p. 97; Jan. 15, 1979, p. 131; Feb. 12, 1979, p. 95; Mar. 26, 1979, p. 165. 6. Kaiser, V., Becdelievre, C. and Gilbourne, D. M., “Mixed Refrigerant f or Ethylene,” Hydro. Processing, Oct. 1976, p. 129. 7. Kaiser, V., Salhi, O. and Pocini, C., “Analyze Mixed Refrigerant Cycles,” Hydro. Processing, July 1978, p. 163. 8. Carrier Hermetic Absorption Liquid Chillers, Form 16JB-3P, Carrier Corporation, Syracuse, NJ, 1975. 9. E. I. DuPont de Nemours & Co., Bulletins G-1, C-30, S-16, T-11, T-12, T-22, and T-114D, Wilmington, DE 19898. 10. ASHRAE “Thermodynamic Properties of Refrigerants,” 1791 Tullie Circle N.E., Atlanta, GA 30329. 1 1. Underwriters’ Laboratories Reports MH-2375, MH-3134, MH2630, and MH-3072. 12. E.I. Dupont de Nemours & Co., "DupontHFC-134a Properties, Uses, Storage and Handling."