Funcionamiento de los Sistemas de Refrigeración Multietapa
Cuando las diferencias de temperaturas entre el condensador y el evaporador son muy elevadas, es necesario utilizar instalaciones de varias etapas debido a las siguientes causas:
- Excesiva temperatura en la descarga del compresor.
- Disminución de la capacidad frigorífica del compresor al trabajar a bajas temperaturas.
- Las instalaciones tienen mayor consumo específico de energía operando en una sola etapa.
Elección de la Presión Intermedia
La elección de la presión intermedia no es crítica y depende de consideraciones prácticas como: compresores y motores disponibles, necesidad de enfriamiento de otros productos, etc. Un punto de partida para su elección consiste en tomar p.int.=√(pevap.pcond).
Componentes y Etapas de la Compresión
Para formar las distintas etapas de la compresión, se utiliza un compresor que actúa en la etapa de baja presión y otro en la etapa de alta presión.
El ciclo se realiza de la siguiente forma:
- El evaporador es idéntico al de las instalaciones simples.
- La válvula o dispositivo de expansión se coloca a la entrada del separador de líquidos.
- Debe existir un refrigerador intermedio entre el compresor de baja presión (CBP) y el de alta presión (CAP).
- Se requiere un condensador y un recibidor de líquidos.
Refrigeración Intermedia
En el refrigerador intermedio se enfrían los gases recalentados que salen del compresor de baja presión. Esto puede conseguirse de las siguientes maneras:
- a- Por circulación de aire atmosférico.
- b- Por circulación de agua fresca.
- Por evaporación parcial del líquido procedente del recibidor de líquidos.
Proceso Detallado en el Separador de Líquidos Intermedio (SLI)
La refrigeración del fluido en el SLI se realiza por evaporación parcial del líquido que proviene del condensador (punto 2).
Los vapores húmedos del evaporador llegan al Separador de Líquidos de Baja Presión (SLBajaPresion). Estos vapores son aspirados por el CBP, comprimidos y enviados al SLI a una «presión intermedia». Estos vapores llegan calientes y se encuentran con el fluido líquido que proviene del condensador, pasando antes por el dispositivo de expansión. Parte de este líquido se evapora, refrigerando los vapores calientes del CBP. El líquido no evaporado se acumula en el fondo del SLI.
La mezcla de vapores (proveniente de la evaporación parcial del fluido por la expansión –vapor flash– y del recalentamiento del vapor del CBP) es aspirada por el CAP, que la comprime y la envía al condensador.
Balance de Masa en el SLI
Al SLI llega un peso de fluido (1+m) kg proveniente del dispositivo de expansión por cada kg de vapor recalentado que proviene del CBP. Por lo tanto, (1+m) kg circulan por el condensador y el circuito de alta presión, y solamente 1 kg circula por el circuito de baja presión, donde se encuentra el evaporador.
Para calcular (1+m), se realiza un balance de entalpías de las corrientes que entran y salen del SLI.
Repetición para Reforzar Conceptos (Eliminada en la versión final, pero presente en el original)
Se repite la información anterior para reforzar los conceptos, pero en una implementación final, esta sección duplicada se eliminaría para evitar redundancia.