En la planificación preliminar de un sistema de refrigeración, generalmente se realiza un cálculo aproximado de la cantidad de refrigerante mínima necesaria que garantizará un funcionamiento satisfactorio.
Roberto Venturi.
Este cálculo se debe a que las longitudes del tendido de tuberías no están completamente determinadas o simplemente no son conocidas. Los costos del refrigerante en un sistema de refrigeración de alta capacidad frigorífica no se deben subestimar ya que son un factor importante para las futuras ofertas y licitaciones.
Comportamiento del caudal másico en el sistema
Posición 1
El compresor succiona el refrigerante proveniente del evaporador en estado gaseoso y recalentado.
Posición 2
El refrigerante es comprimido a la presión de condensación requerida saliendo del compresor en estado gaseoso y recalentado. Luego se dirige al condensador donde será primero des recalentado e inmediatamente llevado a la temperatura de condensación en donde cambiará de estado gaseoso a estado líquido. Cuando el condensador está correctamente dimensionado se produce un pequeño subenfriamiento del líquido a la salida del condensador.
Posición 3
El refrigerante ya en estado líquido y con presión de condensación se dirige a la válvula de expansión y al evaporador, donde será evaporado pasando de estado líquido a estado gaseoso. En este cambio de fase líquida a gaseosa la presión caerá dramáticamente hasta alcanzar la presión de evaporación requerida.
Posición 1´
El refrigerante en estado gaseoso y recalentado que proveniente del evaporador es succionado nuevamente por el compresor.
Grado de llenado φ
Cuando en el sistema de refrigeración hay componentes en los cuales el refrigerante se encuentra en fase gaseosa y en fase líquida, el volumen total de los componentes se forma de la suma de la parte gaseosa + la parte líquida de dicho componente. El grado de llenado φ es el cociente de dividir la parte o sección del componente que se encuentra llena con líquido entre el volumen total del componente.
Donde VL es la parte o sección llena de líquido y V es volumen total del componente 
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NOTA: Es de observar que en determinados componentes del sistema de refrigeración el refrigerante se encuentra al mismo tiempo en estado líquido y gaseoso. |
El sistema de refrigeración tendrá una masa de refrigerante C
En donde:
C = cantidad de refrigerante en Kg
φ = grado de llenado (a dimensional)
V = Volumen total del componente en m³
pL = Densidad de refrigerante en estado líquido en kg/m³
pg = Densidad de refrigerante en estado gaseoso en kg/m³
C= Φ.V. PL+(1- Φ). V. Φg
C= V [ Φ.PL + (1- Φ Φ). Φg]
Si conocemos el grado de llenado φ de cada componente nos será posible calcular la masa de refrigerante mínimo requerido. La masa mínima requerida de refrigerante será la suma de las masas de refrigerante de todos los componentes del sistema.
Los grados de llenado tienen su origen en la experiencia práctica sobre terreno por lo cual existe siempre un factor de inseguridad al calcular la masa mínima necesaria. Esta situación nos obligará a aumentar la masa de refrigerante.
Grado de llenado del tendido de tuberías
Debido a que el refrigerante se encuentra en estado gaseoso en las tuberías de succión y de descarga el valor de φ su y φ de será cero.
Φ su= Φde = 0
φsu = grado de llenado de la línea de succión
φde = grado de llenado de la línea de descarga
La masa de refrigerante Csu en la línea de succión será: Csu = Vsu • pg
Vsu = volumen de la tubería de succión en m³
pg = densidad de refrigerante (succión) en estado gaseoso en kg/m³
La masa de refrigerante Cde en la línea de descarga será: Cde = Vde • pg
Vde = volumen de la tubería de descarga en m³
pg = densidad de refrigerante (descarga) en estado gaseoso en kg/m³
La masa de refrigerante en la línea líquido CL será: CL = VL • pg
VL = volumen de la tubería de líquido en litros m³
pg = densidad de refrigerante en estado líquido y en kg/m³
Grado de llenado en el condesador
Para poder determinar el grado de llenado φ del condensador es importante conocer el refrigerante que vamos a usar. Para condensadores enfriados por aire o en condensadores donde la condensación se realiza en el interior de tubos podremos tomar valores entre 0.5 y 0.6.
Para condensadores enfriados por agua (casco y tubo) en donde la condensación se realiza en casco tomaremos valores entre 0.3 y 0.4. Si la parte inferior del condensador se inundara con refrigerante para reducir artificialmente su área útil y así elevar la presión de condensación en invierno (inundado de los tubos) deberá aumentarse el grado de llenado φ del condensador para compensar la diferencia.
La masa mínima requerida será: Cc= Vc [ Φc.p3 + ( 1- Φc ). Φ 2‘‘] En Kg
Vc = volumen de la tubería de líquido en litros dm³
p3` = densidad de refrigerante (líquido) en estado gaseoso en kg/m³
p2“ = densidad de refrigerante en estado gaseoso en kg/m³
Grado de llenado del subenfriador
Cuando el subenfriador trabaja como intercambiador de calor el grado de llenado φ es 1.0 y cuando trabaja en la línea de succión como intercambiador de calor donde sólo hay vapor el valor será cero.
La masa de refrigerante en el subenfriador será: Csub . = Vsub . p3 + Vsuc . p1‘‘
Csu = masa de refrigerante del subenfriador
Vsu = Volumen del sub enfriador en litros dm³
Vsu = Volumen del sub enfriador en litros dm³
En la siguiente entrega de este artículo, se abordará el grado de llenado del evaporador, la masa de refrigerantes, así como algunas recomendaciones para realizar dicho procedimiento.
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3 comentarios
Esta información es muy valiosa, ya que en algunas otras ocasiones he buscado como calcular la caga de refrigerante y no había encontrado.
buena informacion , quiero aplicarla en un trabajo de simulacion, de que fuente sacaste los calculos? gracias
Es muy importantes, para los tecnicos que construyen sistemas de refrigeracion para tener los logros deceados .