simulación numérica y validación experimental de evaporadores, condensadores y tubos capilares....
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IngenieriaTRANSCRIPT
-
Simulacin numrica y validacin experimental de evaporadores, condensadores y tubos capilares.
Integracin en sistemas de refrigeracin por compresin
Octavio Garca Valladares
Coordinacin de Refrigeracin y Bombas de Calor
-
Introduccin Introduccin
FLUJO BIFSICO (LQUIDOVAPOR)
INTERCAMBIADORES DE TIPO TUBULAR CONCNTRICO
INTERCAMBIADORES DE TIPO COMPACTO
SISTEMAS DE REFRIGERACIN POR COMPRESIN DE VAPOR
DISPOSITIVO DE EXPANSIN DEL TIPO CAPILAR
-
Flujo bifsico (lquidovapor) Flujo bifsico (lquidovapor)
FLUJO BIFSICOFLUJO BIFSICO
Formulacin matemtica
Evaluacin de coeficientes empricos
Diferenciacin entre regiones
Algoritmos numricos de resolucin
Anlisis de geometras complejas
Estudios numricos
Validacin del cdigo
Mtodo tramo a tramo
Mtodo de correccin de presiones
-
Formulacin matemtica Formulacin matemtica
ECUACIONES GOBERNANTES
Ecuacin de Continuidad: [ ] 0tm1i
im =
++&
Ecuacin de la Energa:
[ ]( ) zPq~
tm
lele~
tp~
zAtle
~
lm
tge
~
gmtgm
le~
ge~
1i
ilegegm
1iilem
~
=
+
+
+
++
++
&
&&
Ecuacin de Cantidad de Movimiento :
[ ] [ ] mgsinzP~A1iiptm~
z1iillm1i
iggm w +=
++++
&&&
donde [ ] iX1iX1iiX +=+ .
Flujo a travs de un VC
HIPTESIS
Flujo unidimensional.
Modelo de flujo separado.
Volmenes de control fijos.
Fluido Newtoniano.
Flujos de calor en la direccin axial del flujo despreciables.
Transferencia de calor por radiacin despreciable.
...h);f(p,h);f(p,gxh);f(p,T ===
Propiedades termofsicas (REFPROP v5.0 NIST):
Coeficientes empricos:
2
2w
Am
81
~f&
= ( )fw TTq
=
&SvOutPlaceObject
-
Comparacin de coeficientes empricos Comparacin de coeficientes empricos
COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR (CONDENSACIN)*
*Datos experimentales del artculo de Dobson et al. (1994)
-
Resolucin de las ecuaciones gobernantes Resolucin de las ecuaciones gobernantes
Mtodo tramo a tramo (step by step) Mtodo de correccin de presiones
SvOutPlaceObject id1iic1iibiia +++=
Ecuacin genrica ( )T,...,mh,p, &=
Transicin entre regiones
(1/2)(1/2)
-
Resolucin de las ecuaciones gobernantes Resolucin de las ecuaciones gobernantes
Condiciones de contorno
( )entradagxTp,,m &
( ) ( )salidapyentradagxTp, ( ) ( )salidapyentradagxT,m &
)fTw(Twq)(1q += &&
Criterio de convergencia
1i*
1i
-
Estudios numricos Estudios numricos
Criterio de Transicin 1 Criterio de Transicin 2n zbc (m) zec (m) Tout (C) zbc (m) zec (m) Tout (C)10 0.300
(20.5%)3.000
(8.4%)35.52(3.7%)
0.248(0.4%)
2.728(1.4%)
34.05(0.6%)
20 0.300(20.5%)
2.850(3.0%)
34.68(1.2%)
0.249(0.0%)
2.756(0.4%)
34.19(0.2%)
50 0.300(20.5%)
2.820(1.9%)
34.52(0.8%)
0.249(0.0%)
2.765(0.1%)
34.24(0.1%)
100 0.270(8.4%)
2.790(0.8%)
34.37(0.3%)
0.249(0.0%)
2.768(0.0%)
34.25(0.0%)
200 0.255(2.4%)
2.775(0.2%)
34.29(0.1%)
0.249(0.0%)
2.768(0.0%)
34.26(0.0%)
500 0.252(1.2%)
2.772(0.1%)
34.27(0.0%)
0.249(0.0%)
2.768(0.0%)
34.26(0.0%)
1000 0.252(1.2%)
2.772(0.1%)
34.27(0.0%)
0.249(0.0%)
2.768(0.0%)
34.26(0.0%)
2000 0.250(0.4%)
2.770(0.1%)
34.27(0.0%)
0.249 2.768 34.26
Criterio de transicin (Mtodo tramo a tramo)
=1x101 =1x103n t=0 s 50 100 150 200 tcpu* t=0 s 50 100 150 200 tcpu*
10 34.05 34.38 34.67 34.88 35.03 1 34.05 34.38 34.67 34.88 35.03 1.6020 34.20 34.52 34.81 35.02 35.15 1.90 34.20 34.52 34.81 35.02 35.15 2.6050 34.24 34.60 34.87 35.07 35.21 3.80 34.24 34.60 34.87 35.07 35.21 5.40100 34.25 34.61 34.88 35.08 35.23 7.50 34.25 34.61 34.88 35.08 35.23 10.30200 34.26 34.61 34.89 35.09 35.24 14.90 34.26 34.62 34.89 35.09 35.23 20.50500 34.26 34.63 34.89 35.09 35.24 37.89 34.26 34.62 34.89 35.09 35.24 48.89
1000 34.26 34.65 34.90 35.09 35.24 75.69 34.26 34.62 34.89 35.09 35.24 96.982000 34.26 34.65 34.91 35.10 35.24 141.47 34.26 34.62 34.89 35.09 35.24 193.06
(1/2)(1/2)
-
Estudios numricos Estudios numricos
Comparacin entre el mtodo de correccin de presiones y el tramo a tramo
50 VCs
200 VCs
25 VCs
(2/2)(2/2)
-
Validacin del cdigo Validacin del cdigo
Comparacin con resultados experimentales de Jung y Didion (evaporacin)
PRUEBA 278
15
10
5
0
5
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Distancia [m]
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
[
C
]
3,90
3,95
4,00
4,05
4,10
4,15
4,20
4,25
4,30
P
r
e
s
i
n
[
b
a
r
]
Tfluido numTpared numTarribaTizqTabajoTderTflluido expPresin numPresin exp
PRUEBA 455
5
0
5
10
15
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Distancia [m]
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
[
C
]
3,4
3,5
3,6
3,7
3,8
3,9
4,0
P
r
e
s
i
n
[
b
a
r
]
Tfluido numTpared numTarribaTizqTabajoTderTflluido expPresin numPresin exp
Fluido: R22 Fluido: R12/R152a (60/40% fraccin molar)Prueba 278(tramo 1): pin=4.285 bar, Tin=12.8C, min=32.38g/s, qw=10060 W/m2. Prueba 455(tramo 1): pin=3.91 bar, Tin=7.0C, min=33.05g/s, qw=10100 W/m2. Prueba 278(tramo 2): pin=4.189 bar, xgin=0.131, min=32.38g/s, qw=10060 W/m2. Prueba 455(tramo 2): pin=3.80 bar, xgin=0.149, min=33.05g/s, qw=10100 W/m2.
-
Dispositivos de expansin de tipo capilar Dispositivos de expansin de tipo capilar
Distribucin de presiones tpica a lo largo de un capilar
Discretizacin espacial para un tubo de expansin capilar Condiciones de contorno
( ) ( )salidapyentradagxTp, ( ) ( )salidapyentradagxT,m &
(1/5)(1/5)
-
Dispositivos de expansin de tipo capilar Dispositivos de expansin de tipo capilar
FLUJOHOMOGNEO
FLUJO NOHOMOGNEO
Refrigerante
Tsub[oC]
pin[bar]
pout[bar]
D
[mm]L
[m]
experimental
[g/s]Owen[g/s]
Dev.
[%]McAdams
[g/s]Dev.
[%] [g/s]Dev.
[%]Bibliografa
2.0 10.55 1.456 0.74 2.9 0.940 0.960 2.13 1.029 9.47 0.904 3.83
6.0 10.55 1.698 0.74 2.9 0.940 1.105 17.55 1.155 22.87 1.067 13.51
Maczeh,K., et al.
19838.5 10.10 3.0 1.25 0.747 9.167 9.032 1.42 9.117 0.55 9.140 0.29
R12
8.5 10.10 3.0 1.62 0.747 18.06 17.358 3.89 17.457 3.34 17.607 2.51
6.0 10.12 3.0 1.25 0.747 8.611 8.294 3.68 8.390 2.57 8.454 1.82
R22 33 14.80 3.0 1.25 0.747 17.05 17.118 0.40 17.118 0.40 17.118 0.40
13 6.91 1.5 1.62 0.747 15.83 15.037 5.01 15.040 4.99 15.387 2.80R114
8.5 10.10 3.0 1.25 0.747 9.167 8.564 6.58 8.707 5.02 8.546 6.77
Schulz,
U. W.,1987
4 9.20 4.23 0.77 2.926 1.01 1.019 0.89 1.065 5.45 0.961 4.85
12 9.20 4.23 0.77 2.926 1.19 1.287 8.15 1.307 9.83 1.257 5.63
4 9.20 4.23 0.77 2.009 1.20 1.256 4.67 1.308 9.00 1.195 0.42R1212 9.20 4.23 0.77 2.009 1.43 1.585 10.84 1.607 12.38 1.558 8.95
4 9.21 4.12 0.77 2.926 0.94 0.954 1.49 1.000 6.38 0.908 3.40
12 9.21 4.12 0.77 2.926 1.12 1.230 9.82 1.249 11.52 1.209 7.95
4 11.26 4.12 0.77 2.009 1.28 1.355 5.86 1.423 11.17 1.309 2.27R134a12 11.26 4.12 0.77 2.009 1.50 1.711 14.07 1.743 16.2 1.695 13.0
4 9.26 2.22 0.77 2.926 0.64 0.634 0.94 0.671 4.84 0.610 4.69
12 9.26 2.22 0.77 2.926 0.79 0.801 1.39 0.822 4.05 0.791 0.13
4 11.25 2.22 0.77 2.009 0.87 0.887 1.95 0.936 7.59 0.860 1.15R600a12 11.25 2.22 0.77 2.009 1.02 1.099 7.75 1.126 10.39 1.089 6.76
Melo, C.et al.,
1994
5.56 9.67 4.12 0.838 3.048 1.47 1.293 12.04 1.343 8.64 1.246 15.24
11.11 9.61 4.12 0.838 3.048 1.66 1.520 8.43 1.549 6.69 1.494 10.0
16.67 9.70 4.12 0.838 3.048 1.82 1.716 5.71 1.731 4.89 1.701 6.54R134a
Dev. Promedio (44 casos) [%] = nn
iiDev
=1)(
7.79 9.51 6.95
Wijaya,H.,1992
(2/5)(2/5)
-
Dispositivos de expansin de tipo capilarDispositivos de expansin de tipo capilar
Comparacin con resultados experimentales de Li et al. para capilar adiabtico
(3/5)(3/5)
-
Dispositivos de expansin de tipo capilar Dispositivos de expansin de tipo capilar
Comparacin con resultados experimentales de Mikol para capilar adiabtico
Geometra: L=1.829m, D=1.41mm, =0, /D=3.8x104Caso 1: Fluido: R12Condiciones de contorno: Fluido(z=0): Tin=Tsat(p=8.03 bar)=32.781C segn REFPROP pin=8.58 bar, pout=3.72 bar (lquido subenfriado)Caso 2: Fluido: R22Condiciones de contorno: Fluido(z=0): Tin=Tsat(p=15.58 bar)=40.65C segn REFPROP pin=16.41 bar, pout=4.0 bar (lquido subenfriado)
caso 1 caso 2
3
4
5
6
7
8
9
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9
Distancia [m]
P
r
e
s
i
n
[
b
a
r
]
02468101214161820222426283032343638
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
[
C
]
Presin numPresin expTemp numTemp exp
4
56
789
101112
1314
1516
17
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9
Distancia [m]
P
r
e
s
i
n
[
b
a
r
]
5
5
15
25
35
45
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
[
C
]
Presin numPresin expTemp numTemp exp
Fluido m&exp [kg/h] m&num [kg/h]
R12 21.23 20.52 (3.34%)R22 30.70 30.67 (0.10%)
(4/5)(4/5)
-
Dispositivos de expansin de tipo capilar Dispositivos de expansin de tipo capilar
Comparacin con resultados experimentales de Sami y Tribes para capilar adiabtico
caso 1 caso 2
Geometra del capilar : L=1.25m, D=1.9mm, =0, /D=1.3x102Fluido utilizado: R410A (R32/R125 50%/50% en masa)
Caso 1: Condiciones de contorno:
Fluido(z=0): Tin=28C, pin=18.478 bar, pout=4.689 bar (lquido subenfriado)Caso 2: Condiciones de contorno:
Fluido(z=0): xgin=0.019, pin=21.65 bar, pout=4.757 bar (lquido+vapor)
Caso m&exp [kg/h] m&num [kg/h]
1 57.9 56.0 (3.23%)2 58.0 55.9 (3.54%)
(5/5)(5/5)
-
Condensadores y evaporadores de tipo tubular concntrico Condensadores y evaporadores de tipo tubular concntrico
Discretizacin de intercambiador tubular concntrico
Flujo de calor en elementos slidos
( ) ( )t
hmAeqwqznPnqsPsq
=+
~
~~~~ &&&&Ecuacin de la energa:
VC en contacto con un slido: ( )xzTxxq = ~&
VC en contacto con un fluido : ( )solidoTfluidoTxq =
~&
(1/4)(1/4)
-
Condensadores y evaporadores de tipo tubular concntrico Condensadores y evaporadores de tipo tubular concntrico
Comparacin con resultados experimentales trabajando con R134a
ResultadosTin
[C]Tout[C]
m&
[kg/h]aux,cm&
[kg/h]Tc,i[C]
Tc,o[C]
pc[bar]
Experimental 74.74 24.75 6.33 4.00 23.07 24.72 13.87
Numrico (74.74) 24.63 (6.33) (4.00) (23.07) 24.43 (13.87)
ResultadosTin[C]
Tout[C]
m&
[kg/h]aux,em&
[kg/h]Te,i[C]
Te,o[C]
pe[bar]
xgin
Experimental 19.60 19.22 6.33 3.00 19.24 18.28 1.357
Numrico (19.60) 19.22 (6.33) (3.00) (19.24) 17.69 (1.357) (0.272)
Evaporador
Condensador
Evaporador de doble tuboGeometra: L=6 m, D1,D2,D3,D4,D5=8, 9.6, 16, 20, 58 mm, =1.5x106 m, =0Tubo: Condiciones de contorno(z=0):Tin=19.6C, pin=1.357 bar,min=6.33kg/h(lquido subenfriado)nulo: Condiciones de contorno (z=L): Tin= 19.24C, pin = 1.0 bar, min=3 kg/h (lquido subenfriado)
Condensador de doble tuboGeometra: L=2 m, D1,D2,D3,D4,D5=6, 8, 16, 20, 58 mm, =1.5x106 m, =0Tubo: Condiciones de contorno(z=0):Tin=74.74C, pin=13.87 bar, min=6.33kg/h(lquido subenfriado)nulo: Condiciones de contorno (z=L): Tin= 23.07C, pin = 1.0 bar, min=4 kg/h (lquido subenfriado) Coincidencias en ambos intercambiadoresConfiguracin del flujo: flujo contracorrientenulo: Fluido: agua (H2O)Pared del tubo: material: cobre. Condiciones de contorno: extremos adiabticos.Aislante: material: ARMAFLEX.Temperatura ambiente: 22.63C.Parmetros numricos: =1x107 , nz=400 , nr=5.
(2/4)(2/4)
-
Condensadores y evaporadores de tipo tubular concntrico Condensadores y evaporadores de tipo tubular concntrico
Resultados ilustrativos (Evaporador de doble tubo)
Geometra: L=6 m, D1,D2,D3,D4,D5=6, 8, 16, 20, 25 mm, =1x106 m, =0Configuracin del flujo: flujo contracorrienteTubo: Fluido: amonaco (NH3)
Condiciones de contorno (z=0): Tin= 8 C, pin= 6.15 bar,=6.329kg/h (lquido subenfriado)nulo: Fluido: agua (H2O)
Condiciones de contorno (z=L): Tin= 25 C, pin = 1.0 bar,=360kg/h (lquido subenfriado)Pared del tubo: material: acero inoxidable
Condiciones de contorno: extremos adiabticos.Aislante: material: ARMAFLEX.Temperatura ambiente: 25C.Parmetros numricos: =1x107 , nz=400 , nr=5, Estado permanente.
(3/4)(3/4)
-
Condensadores y evaporadores de tipo tubular concntrico Condensadores y evaporadores de tipo tubular concntrico (4/4)(4/4)
Comparacin con resultados experimentales de Melo et al.
Intercambiador de calor con un tubo capilar concntrico
-
Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas) Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas) lx
flujo deaire
flujo derefrigerante
lxx
z
y
Ny
.
.
.
.
.
.
1
1
.
ly
lzNz
1.
.
.
1 . . Nx
Discretizacin del cuerpo de un intercambiador de aleta y tubos.
Arreglos de tubos Tipos de aletasTubos aleteados interiormente
(1/6)(1/6)
-
Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas) Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas)
Comparacin con resultados experimentales de Wang et al. para condensadores trabajando con R22
Arreglo de los tubos Tres bolillos (Staggered)N mero de tubos en X (profundidad) 2N mero de tubos en Y (altura) 12N mero de circuitos 1
Longitud de la aleta en X [mm] 391Longitud de la aleta en Y [mm] 305Longitud del in tercambiador en Z [mm] 595Paso del tubo en X (P l) [mm] 19.05Paso del tubo en Y (P t) [mm] 25.4Paso entre aletas (S a) [mm] 1.7Espesor de la aleta [mm] 0.12Tipo de aleta O ndulada
Longitud de media onda (x f) [mm] 4.7625Longitud de la cresta al valle (pd) [mm] 1.18D imetro exterior del tubo expandido (D) [mm] 10.24Espesor del tubo [mm] 0.343
Humedad relativa del aire a la entrada 0.50
Temperatura del aire a la entrada [C] 25.0Presin del aire a la entrada [bar] 1.0Velocidades frontales del aire [m/s] 0.4, 0.7, 1.0, 1.5 y 2.0Temperatura de entrada del refrigerante [C] 51.0 (vapor sobrecalentado)Presin de entrada del refrigerante [bar] 17.292 (presin de saturacin a 45C segn REFPROP)Velocidad msica del refrigerante [kg/m2s] 200
Geometra
Condiciones de contorno
(2/6)(2/6)
-
Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas) Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas)
Comparacin con resultados experimentales de Wang et al. para condensadores trabajando con R22
0,2
0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
Velocidad frontal del aire [m/s]
C
a
l
i
d
a
d
a
l
a
s
a
l
i
d
a
Arreglo (C)Arreglo (D)Arreglo (F)Arreglo (C) expArreglo (D) expArreglo (F) exp
0,2
0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
Velocidad frontal del aire [m/s]
C
a
l
i
d
a
d
a
l
a
s
a
l
i
d
a
Arreglo (A)Arreglo (B)Arreglo (E)Arreglo (A) expArreglo (B) expArreglo (E) exp
(3/6)(3/6)
-
Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas) Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas)
Aleta Continua Aleta Cortada
Transferencia de calor [kW] 2.640 2.713Temperatura de salida del refrigerante [C] 30.38 25.72Calidad termodinmica a la salida 0.120 0.158
Mejoras para incrementar el rendimiento del condensadores del arreglo (A) del artculo de Wang et al.
Tfin
Tfin
Aleta continua Aleta cortada
(4/6)(4/6)
-
Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas) Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas)
Contrastacin con resultados experimentales de condensadores de la empresa Centauro Internacional
CASO B1 B2Longitud de la aleta en X [mm] 132Longitud de la aleta en Y [mm] 914.4Longitud del intercambiador en Z [mm] 980Paso del tubo en X (Pl) [mm] 33.0Paso del tubo en Y (Pt) [mm] 38.1Paso entre aletas (Sa) [mm] 2.1Espesor de la aleta [mm] 0.12Tipo de aleta Ondulada
Longitud de media onda (xf) [mm] 8.24Longitud de la cresta al valle (pd)[mm] 1.58Dimetro exterior del tubo expandido (D) [mm] 13.2Espesor del tubo [mm] 0.42Tipo de tubo Liso Crossfin
M O D E L O M eto fin V A 1 2 7 3 6 V A 4 0 /7 0 BN m ero d e a letas 7 0D im etro in te rio r m x im o (D i , m ax ) [ m m ] 1 2 .3 6Altu ra d e la s a le tas (h al) [ m m ] 0 .2 2Esp eso r d e la b ase d e la ale ta (e ) [m m ] 0 .1 6 n g u lo d e h lice (h e lix ) [g rad o s] 2 0 n g u lo d e p ice (ap p ex )[g rad o s] 1 8 0
AIRE
(5/6)(5/6)
-
Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas) Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas)
Contrastacin con resultados experimentales de condensadores de la empresa Centauro Internacional
Caso B1(tubo liso)
B2(tubo aleteado)
Resultados Experimental Numrico Experimental NumricoTemperatura salida del refrigerante [C] 36.7 37.87 36.3 36.37Capacidad [kW] 25.7 25.53 28.3 28.41Diferencia de entalpas (entradasalida) [kJ/kg] 188.9 187.87 190.4 190.71Cada de presin (refrigerante) [bar] 0.416 0.273 0.605 0.673
AIRE REFRIGERANTETemperatura de salida 36.10 [C] 36.37 [C]Cada de presin 84.93 [Pa] 67.35 [hPa]Flujo 7830 [m3/h] 134.16 [kg/h] (rama 1)
133.83 [kg/h] (rama 2)133.80 [kg/h] (rama 3)133.71 [kg/h] (rama 4)
Capacidad 28.41 [kW]
Tubo aleteado (caso B2)
(6/6)(6/6)
-
(1/3)(1/3)Evaporadores de tipo compacto (carcaza y tubos) Evaporadores de tipo compacto (carcaza y tubos)
-
(3/3)(3/3)Evaporadores de tipo compacto (carcaza y tubos) Evaporadores de tipo compacto (carcaza y tubos)
Comparacin de resultados numricos y experimentales para
la capacidad trmica del evaporador de amonacoSimulacin numrica del evaporador de amonaco
-
Sistemas de refrigeracin por compresin de vapor Sistemas de refrigeracin por compresin de vapor
Sistema de refrigeracin estndar de una sola etapa
Esquema de la unidad de refrigeracin por compresin de una sola etapa
Elemento CMP TCC CND TCE EXP TEE EVP TECDatos p2, T1, m&1 p3, T2, m&2
p4, T3, m&3
p5,T4, m&4
p6, T5, m&5 p7, xg6, m&6 p8, xg7, m&7 p1, T8, m&8Resultados p1, T2, m&2 p2, T3, m&3 p3, T4, m&4 p4,T5, m&5 p5, xg6, m&6 p6, xg7, m&7 p7, T8, m&8 p8, T1, m&1
Elemento CMP TCC CND TCE EXP TEE EVP TECDatos p2, T1, m& p2, T2, m&
p3, T3, m&
p4,T4, m&
p5, T5, p6 p7, xg6, m& p8, xg7, m& p1, T8, m&
Resultados p1, T2 p3, T3 p4, T4 p5,T5 xg6, m& p6, xg7 p7, T8 p8, T1
Transferencia de informacin del algoritmo transitorio
Transferencia de informacin del algoritmo permanente
(1/3)(1/3)
-
Sistemas de refrigeracin por compresin de vapor Sistemas de refrigeracin por compresin de vapor
Unidad experimental
(2/3)(2/3)
-
Sistemas de refrigeracin por compresin de vapor Sistemas de refrigeracin por compresin de vapor
Contrastacin entre resultados numricos y experimentales (R134a)
Resultados T5 [C] T6 [C] m& [kg/h] pc [bar] pe [bar] xgExperimental 23.45 19.48 6.33 1.357 13.87
Numrico (23.45) 19.48 6.37 (1.357) (13.87) 0.272
Tubo de expansin del tipo capilar
T1[C]
T2[C]
T3[C]
T4[C]
T5[C]
T6[C]
T7[C]
T8[C]
xg6 xg7 m&
[kg/h]exp 20.11 98.54 74.74 24.71 23.45 19.48 19.60 19.22 6.33
num 19.42 97.17 76.79 24.72 24.23 18.87 18.91 19.20 0.27 0.29 6.36
pc[bar]
pe[bar]
Tc,i[C]
Tc,o[C]
aux,cm& [kg/h]
Te,i[C]
Te,o[C]
aux ,em&
[kg/h]Tamb[C]
exp 13.87 1.357 23.07 24.72 4.00 19.24 18.28 3.00 22.63
num (13.87) 1.367 (23.07) 24.48 (4.00) (19.24) 18.72 (3.00) (22.63)
Ciclo de Refrigeracin
(3/3)(3/3)
-
Sistemas de refrigeracin con sobrealimentacin de lquido Sistemas de refrigeracin con sobrealimentacin de lquido
Esquema del circuito
No
S
Datos iniciales: Geometria, condiciones de contorno
pc*, pe*
Recipiente de baja presin
Intercambiador auxiliar
Flujos msicos
Conexiones: cada de presin, flujo de calor
Mapa de presiones, entalpias y flujos msicosFin
pc*=pcpe*=pe
Evaporador
Compresor
Condensador
Botella de lquido
|pc*pc|
-
Sistemas de refrigeracin con sobrealimentacin de lquido Sistemas de refrigeracin con sobrealimentacin de lquido
Resultados numricos
(2/3)(2/3)
-
Sistemas de refrigeracin con sobrealimentacin de lquido Sistemas de refrigeracin con sobrealimentacin de lquido
Resultados numricos
(3/3)(3/3)
-
Sistemas de refrigeracin con sobrealimentacin de lquidoSistemas de refrigeracin con sobrealimentacin de lquido
Unidad Experimental
CRC Cmara de compensacin/regulacinHUHumidificadorBABalanzaCFECmara de refrigeracinCEResistencias elctricasCMICaudalmetro msico de insercin EVEvaporadorHOHomogeneizadorDFDifusor
HU
CE
HOD
F
CRC
CFE
Tubo APIASTM 18 "
BA
EV
Ducto flexible
8 m
Separacin entre la cmara y el suelo a travs de tabiques de plstico
Difusor extrable
amortiguadores + balanza
CMI
Tubo galvanizado
-
Anlisis flujo bifsico (lquidovapor)Anlisis flujo bifsico (lquidovapor)
CONDENSACIN
-
Diferenciacin entre regionesDiferenciacin entre regiones
Lquido
subenfradoh(p)psatbub,
xg=0
Evaporacin
subenfradah(p)psatbub,
xg=0
(TwT)> (TwTsat)onb.
Regin de flujo bifsico
hbub(p)h(p)hdew(p), psatbub ppsatdew,
0
-
Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas)Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas)
Contrastacin con resultados experimentales de evaporadores de la empresa Centauro Internacional
CASO C1 C2Arreglo de los tubos Tres bolillos (Staggered)Longitud de la aleta en X [mm] 165.0 264.0Longitud de la aleta en Y [mm] 304.8 533.4Longitud del intercambiador en Z [mm] 600 650Paso entre aletas (Sa) [mm] 3.2 4.2Espesor de la aleta [mm] 0.15 0.19Tipo de aleta Ondulada
Dimetro exterior del tubo expandido (D) [mm] 13.2Espesor del tubo [mm] 0.42Tipo de tubo Liso
AIRE
CA SO C1 C2Prueba C11 C12 C22 C23Humedad relativa del aire a la entrada 0.38 0.59 0.41 0.47Temperatura del aire a la entrada [C] 10.0 0.1 10.1 0.0Presin del aire a la entrada [bar] 0.959 0.959 0.957 0.959Flujo de aire [m3/h] 1405 2800Calidad del refrigerante a la entrada 0.1783 0.222 0.192 0.212Presin del refrigerante a la entrada [bar] 4.98 3.81 4.97 3.80Flujo de refrigerante [kg/h] 38.6 31.5 130.5 104.3
Condiciones de contorno
-
Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas)Condensadores y evaporadores de tipo compacto (tubos y aletas)
Contrastacin con resultados experimentales de evaporadores de la empresa Centauro Internacional
M odelo C 1Prueba C11 C12Resultados Experimental N umrico Experimental N umricoTemperatura de salida del aire [C] 6.2 6.43 2.7 2.61Temperatura salida del refrigerante [C] 5.3 9.66 3.4 0.13Capacidad [kW ] 1.84 1.87 1.46 1.48D iferencia de entalpas (entradasalida) [kJ/kg] 171.7 173.6 167.1 167.9
M odelo C2Prueba C21 C22Resultados Experimental Numrico Experimental NumricoTemperatura de salida del aire [C] 3.8 4.19 4.8 5.07Temperatura salida del refrigerante [C] 5.5 9.0 3.2 1.1Capacidad [kW ] 6.14 6.19 4.9 4.92Diferencia de entalpas (entradasalida) [kJ/kg] 169.3 170.6 169.3 169.5
ENSAYO C21 C22FLUIDO AIRE REFRIGERANTE AIRE REFRIGERANTE
Temperatura de salida 4.19 [C] 9.0 [C] 5.07 [C] 1.1 [C]Cada de presin 75.91 [Pa] 85.2 [hPa] 89.25 [Pa] 72.18 [hPa]Flujo 2800 [m3/h] 32.17 [kg/h] (rama 1)
32.25 [kg/h] (rama 2)32.82 [kg/h] (rama 3)33.26 [kg/h] (rama 4)
2800 [m3/h] 25.55 [kg/h] (rama 1)25.82 [kg/h] (rama 2)26.44 [kg/h] (rama 3)26.49 [kg/h] (rama 4)
Capacidad [kW] 6.19 4.92
Ensayo C22