Devices in the refrigeration circuit: Theoretic calculus of capacity on the log-PH diagram

Starting data ●

Cooling power needed: –

W, kcal/h, BTU/h

Inner temperature of the cold store: –

Positive (conservation)

Negative (freezing)

Relative humidity → ΔT

Type of heat exchange: –

air-air

air- water/brines

water-water...

Refrigeration cycle on the P log H diagram: According to the refrigerant used, find out: ●

Evaporation pressure

Amount of overheating

Condensation pressure

Amount of sub-cooling

Enthalpy of evaporation Δhe

Enthalpy of compression Δhw

Enthalpy of condensation Δhc

CALCULUS

Evaporators ●

Evaporating heat

Qe = heat load calculus (w)

ΔT according to Hr

See table E-1

Heat exchange surface

S=Qe/ (U·ΔTml)

mair=Qe/ Δhair (kg/s)

Vair= mair· Ve (m3/s)

Coolant fluid's (inner air) mass flow Coolant fluid's (inner air) volume flow

(m2) (E-2)

Q=U*S*ΔTml

Salt tèrmic

cabdal màsic d'aire: m=Nf/Δh (aire entrada-sortida) Kg/h

cabdal volumètric: v=m*Ve

FCS de les necessitats frigorífiques al psicromètric

Aigua que s'absorbeix del producte: Aigua= m*Δw (de l'aire d'entrada i de sortida)

Table E-1: Î&#x201D;T log Hr

Table E-2: Heat transfer Coefficient (U) 860kcal/h=1kW 1cal=4,187j

Table E-3:medium  Tml= 1− 2  1 logarithmic ΔT ln  Flowing in the same direction:

=

 2

Mehner Abacus

 1=Tc1−Tf1 ;  2=Tc2−Tf2

Flowing in the opposite direction:

 1=Tc1−Tf2 ; 2=Tc2−Tf1

Compressors: parameters ●

Evaporating heat (Qe)

Qe= refrigeration needs W

Mass flow of refrigerant

m=Qe/Δhe

(kg/s)

Volume flow of refrigerant

V=m·Ve

(m3/s)

Real volume flow of refrigerant, according to its volumetric efficiency

Vr=V/ηV

Qw=m·Δhw

Compression heat (Qw) power used Real power, consumed: –

ηi =isoentropic efficiency

ηm =mechanic efficiency

Coefficient of performance (ev.) Compression ratio

ηV=0,8 – 1 (W)

Pr=Qw/ηi ηi=ηv·ηm (W,CV) is the difference between the real and the ideal compression

COPe=Qe/Qw

Rc=Phigh/Plow

Paràmetres del compressor ●

Potència frigorífica (Kw o Kj/s ) : Pf

Relació de compressió= Ph / Pb

Eficiència o rendiment mecànic: –

ƞm té en comte pèrdues fregament, joule, conversió de moviments..

Eficiència o rendiment volumètric: –

ƞv = 1 – (volum_mort * rel_compress) és l'efecte de l'espai de cambra que no s'arriba a comprimir

Rendiment isoentròpic: diferència amb la compressió ideal ƞi = ƞm * ƞv

Potència elèctrica o mecànica consumida: Pt=Pf/ƞ

COP d'evaporació: COPe= Qe/Qw

Relació de compressió: Rc=Palta/Pbaixa

Condensers ●

Condensing heat

Qc= mrefrigerant·Δhc

Mass flow of condensing fluid:

mfluid=Qc/Δhair

mfluid=Qc/ce-water·ΔTwater

V=mfluid·Ve

S=Qc/(U·ΔTml)

– –

ce air: 0,24 kcal/kgºC ce water: 1 kcal/kgºC

Volume flow of condensing fluid

Heat exchange surface

Calor a dissipar Qc= m*Δh

Superfície de bescanvi S=Qc/ (U·ΔTml)

Qcond=(Qevap + Qw )· 1,4 factor seguretat Bescanvi de calor: –

equicorrent

contracorrent

altres trajectòries

Table C-1 (U)

Table C-2:medium  Tml= 1− 2  1 logarithmic ΔT ln  Flowing in the same direction:

=

 2

Mehner Abacus

 1=Tc1−Tf1 ;  2=Tc2−Tf2

Flowing in the opposite direction:

 1=Tc1−Tf2 ; 2=Tc2−Tf1

Example: catalogue condenser parameters

CASE STUDY (exercicis)

Exercise 1

Calcular i seleccionar als catàlegs el compressor, condensador i vaporitzador d'una cambra de congelació de carn, amb els següents paràmetres de disseny: ● Necessitats frigorífiques= 7.500W ● Condicions ambient cambra: T=-20ºC Hr=90% ● Refrigerant R404A ● T evaporació= ? ● T condensació= 40ºC ● Sobreescalfament al vaporitzador= 5ºC ● Subrefredament al condensador=15ºC ● Compressor semi-hermètic: Rendiment volumètric =0,88 Rendiment mecànic=0,85 ● Condensador multitubular per aigua a contracorrent: U=750 Kcal/hm 2ºC, Tent.aigua=25ºC , Tsurt.aigua=30ºC, ce aigua= 1kcal/kgºC ● Vaporitzador per convecció forçada d'aire, amb tubs llisos: U=40 Kcal/hm2ºC, Tent.aire=-20ºC a Hr=90%, Tsurt.aire=-24ºC a Hr=93% Trobar: cicle frigorífic sobre el gràfic P-H

● ● ● ● ● ●

● ● ● ● ● ● ● ●

● ● ● ●

Vaporitzador: calor d'evaporació Qe o Pe salt tèrmic per tenir les condicions de disseny ambient cambra. Te? superfície d'intercanvi S cabdal màssic d'aire maire=Nf/ΔHaire cabdal volumètric d'aire vaire fes la correcció de la Pe si fa un desglaç cada 6h i selecciona un model Cúbic Pecomark. Compressor: calor d'evaporació Qe cabdal màssic m cabdal volumètric V cabdal volumètric real Vr calor de compressió Qw o Pw rendiment isoentròpic potència real Pwr selecciona un model marca Frascold al catàleg tècnic Antartic Condensador: calor de condensació Qc o Pc cabdal d'aigua necessari m H2O superfície d'intercanvi S aplica els factors de compensació i troba el calor de condensació real per seleccionar un model al cataleg Pecomark

Exercise 2