Análisis energético y exergético de una planta de leche (página 2)

Partes: 1, 2

Ciclo del
amoniaco.

El compresor succiona el gas caliente
(vapor de amoniaco), que pasa al separador de aceite y
posteriormente al condensador, donde se enfría y pasa a
estado
líquido. Luego, mediante una válvula de
expansión y a través de la línea de
líquido (tubería), el amoniaco pasa al sugedrun,
que no es más que un tanque depósito. Desde
aquí, con una bomba de amoniaco, es bombeado hacia el
banco de
agua helada y
la cámara, simultáneamente si la bomba está
en buenas condiciones, o hacia el banco primero y luego a la
cámara, regulado por válvulas
de presión.

Características de los equipos que intervienen
en el ciclo.

Compresor: Es la fuerza externa
que permite cerrar el ciclo. Aumenta presión y temperatura
hasta la presión de condensación. Es un compresor
alternativo de 8 pistones, dispuestos en V. Es de tipo abierto
porque el motor está
acoplado fuera de la carcasa y es, además, de una sola
etapa. Este equipo tiene nacionalidad
china del tipo
JS2-400M4-10TH, pesa 3500 kg y funciona según los
siguientes parámetros: 142 KW, 720 rpm, Psuc= 2.5 kgf/cm2
y Pdesc= 12.5 kgf/cm2.

Separador de aceite: Es un depósito o tanque
colocado de forma vertical al lado del compresor, donde se separa
todo el aceite que sale del compresor, del
refrigerante.

Condensador: Elimina el calor
absorbido en el evaporador y el adquirido durante la
compresión. Es un condensador horizontal de tubos y
coraza, enfriado por agua. El agua va por
dentro de los tubos y el amoniaco por fuera, porque es más
fácil de limpiar las incrustaciones.

Válvula de expansión termostática:
Regula el caudal de líquido refrigerante en función de
la evaporación por unidad de tiempo en el
evaporador. El control se hace
por el grado de recalentamiento del gas de admisión que
sale del evaporador.

Sugedrun: Es un depósito horizontal donde se
almacena la sustancia refrigerante que posteriormente es bombeada
hacia los evaporadores. La temperatura del amoniaco es de -15
ºC.

Bomba de amoniaco: Es la encargada de bombear la
sustancia refrigerante desde el sugedrun hasta el banco de agua
helada y la cámara. Bombea un caudal de 4000 l/h, 1000
para el banco y 3000 para la cámara. Trabaja según
los siguientes parámetros: 220 V; 60 Hz; 1715 rpm; 1.8 kW;
cos φ = 0.81.

Banco de agua helada: Intercambiador de calor que
absorbe el calor del agua. Es un evaporador inundado porque el
líquido refrigerante cubre todas las superficies de
transmisión del calor. El amoniaco va por dentro del
serpertín. Se utiliza para enfriar el agua que se emplea
en la pasteurizadota. Sus dimensiones son de 10 x 16 x 3 m. La
temperatura del agua es de 4 ºC y la del amoniaco de -15
ºC.

Cámara: Es un evaporador de circulación
natural porque el fluido circula naturalmente debido a las
diferencias de densidad entre el
fluido caliente y el frío. Tiene un difusor con tres
motores de 0.4 kW
cada uno. Sus dimensiones son de 15 x 30 x 6 m. La temperatura
del aire es de 6
ºC y la del amoniaco de -5 ºC.

Representación del sistema de
refrigeración y diagrama de
presión contra entalpía.

Determinación de las
entalpías.

Determinación de las entropías.

Condiciones
del medio.

Determinación del
COP.

Calor cedido en el condensador.

Calor absorbido en los
evaporadores.

Cálculo de
las cargas térmicas en la cámara.

Para mantener los parámetros de diseño
del aire en el interior de un local, es necesaria la
extracción del calor generado por las diferentes fuentes
térmicas del local mediante el suministro o
recirculación de un caudal de aire, previamente tratado
bajo condiciones específicas, de forma tal, que absorba
las ganancias de calor sensible y latente del espacio
climatizado.

Las ganancias de calor de un local se clasifican
en:

-Externas: Aquellas que atraviesan las fronteras del
local.

-Internas: Aquellas que se generan en el interior del
local.

En la cámara de leche hay
ganancia de calor tanto externa como interna, proveniente de
distintas fuentes de calor.

Fuentes de calor externas al local:

Radiación solar a través de estructuras
(techo y paredes).

Aire exterior que penetra por rendijas.

Fuentes de calor internas al local:

Los ocupantes.

La iluminación eléctrica.

Los motores
eléctricos.

Cálculo de las cargas
térmicas exteriores.

Transmisión de calor a través de
estructuras.

Paredes (ladrillo macizo ordinario de 0.2 m de espesor,
sin revestimiento)

Techo (de hormigón con revestimiento de lana al
vidrio y
hormigón)

Aire exterior que penetra por rendijas.

2 ventanas de 0.16 m de rendija.

Cálculo de las cargas
térmicas interiores.

Ocupantes

En la cámara solo trabajan dos
hombres.

Iluminación eléctrica.

Motores eléctricos.

Existen tres motores de 400 W y uno de 2000 W, todos
están dentro del local junto con las máquinas.

El calor que debe ser extraído de la
cámara es de 14.84 kW, proveniente de las distintas
fuentes de calor tanto externas como internas al
local.

Análisis exergético a la planta
procesadora de leche del Combinado Lácteo.

Exergía a la salida del compresor:

Exergía a la salida del condensador por el
amoniaco:

Exergía a la salida del condensador por el
agua:

Exergía perdida en el condensador:

Exergía perdida en la válvula:

Exergía a la salida de la
válvula:

Exergía a la salida de la cámara por el
amoniaco:

Exergía a la salida del banco de agua helada por
el agua:

Para determinar la exergía que entra a los
evaporadores por separado, debemos afectar la exergía que
sale de la válvula por el flujo correspondiente a la
cámara y el banco de agua helada.

Exergía perdida en la cámara:

Exergía perdida en el banco de agua
helada:

Exergía perdida en los evaporadores por el
amoniaco:

Exergía a la entrada del compresor:

Exergía perdida en el compresor:

Por último podemos obtener el grado de
reversibilidad del proceso
teniendo en cuenta que:

Conclusiones

Al finalizar este trabajo
desarrollamos cada una de las tareas propuestas y obtuvimos que
la cantidad de calor que debe ser extraída de la
cámara es de 14.84 kW y que en el condensador se ceden
10765.76 kcal/min, mientras que en el banco y la cámara se
absorben 2875.45 kcal/min y 8551.55 kcal/min respectivamente.
Además se obtuvo un coeficiente de operación de
8.78.

En cuanto a la exergía podemos decir que la
instalación para el enfriamiento de la leche es
ineficiente debido a las perdidas que se producen durante todo el
proceso, perdidas que influyen directamente en los portadores
energéticos, elevando el consumo de
energía
eléctrica o trabajo técnico a ceder a la
instalación frigorífica.

Todos los valores
obtenidos demuestran que se está trabajando según
los parámetros establecidos pues el amoniaco trabaja entre
una temperatura de evaporación de -15 ºC y una
temperatura de condensación de 30 ºC.