Aplicaciones industriales
R718 Sistemas de refrigeración por agua: Perspectiva de ingeniería y diseño de intercambiador de calor
Aprenda cómo funciona la refrigeración (R718) bajo condiciones de vacío profundas y por qué los intercambiadores de calor de placa juegan un papel crítico en los sistemas de refrigeración por vacío. HEXNOVAS ofrece soluciones avanzadas de intercambiador de calor industriales para aplicaciones de refrigeración sostenible, incluyendo CO2 y refrigeración a base de agua
Artículo original HEXNOVAS
R718 Sistemas de refrigeración por agua: Perspectiva de ingeniería y diseño de intercambiador de calor
R718 Sistemas de refrigeración por agua: Perspectiva de ingeniería y diseño de intercambiador de calor
La industria de refrigeración está experimentando una transición estructural, ya que las regulaciones ambientales aceleran la eliminación de refrigerantes de alto PCA. Un concepto que recientemente ha vuelto a surgir en los debates de ingeniería es el uso del agua (R718) como refrigerante. Cuando se opera en condiciones de vacío profundas, el agua puede funcionar como un fluido de trabajo sostenible para los sistemas de refrigeración.
Para los ingenieros que trabajan en sistemas de refrigeración industrial, la adopción de R718 introduce un nuevo conjunto de consideraciones técnicas, especialmente para el diseño de condensadores de alta eficiencia y intercambiadores de calor de placas.
¿Por qué el agua (R718) está restando atención de nuevo
Entre todos los refrigerantes disponibles actualmente, el agua tiene el perfil ambiental más favorable. Tiene cero potencial de agotamiento del ozono (DPO) y cero potencial de calentamiento atmosférico (PCA), lo que lo hace plenamente compatible con las normas climáticas a largo plazo.
Más allá de las ventajas ambientales, el agua también tiene características termodinámicas excelentes. Su calor latente de vaporización es significativamente mayor que la mayoría de refrigerantes sintéticos, lo que significa que un flujo de masa relativamente pequeño puede transportar energía térmica sustancial.
- 100 mbar → temperatura hirviendo ♥ 46°C
- 50 mbar → temperatura hirviendo ♥ 33°C
- 20 mbar → temperatura hirviendo ♥ 18°C
Comprender el ciclo de refrigeración R718
Aunque el fluido de trabajo es diferente, el ciclo termodinámico de un sistema R718 sigue siendo conceptualmente similar a la refrigeración convencional de vapor-compresión.
Dentro del evaporador, el agua se evapora bajo vacío profundo y absorbe el calor de la carga de refrigeración. El vapor de baja presión resultante debe entonces ser comprimido (por lo general por un compresor centrífugo de alta velocidad) para elevar su temperatura de saturación.
El vapor entra luego en el condensador donde el calor es rechazado a un bucle de agua refrigerante. Después de la condensación, el agua líquida vuelve al evaporador y completa el ciclo de refrigeración.
En equipos de refrigeración compactos, estos procesos de condensación se implementan a menudo utilizando un intercambiador de calor de placas trenzadas de cobre, que proporciona una eficiencia de transferencia de calor extremadamente alta en una pequeña huella.
El reto de ingeniería real: operación de vacío profundo
A diferencia de los sistemas de refrigeración convencionales que operan por encima de la presión atmosférica, los sistemas R718 suelen funcionar entre 20 y 100 presión absoluta mbar.
- Densidad de vapor muy baja que requiere una compresión volumétrica alta
- Mantener la resistencia al vacío a largo plazo
- Prevención de la entrada de gases no condensables
- condensación estable bajo condiciones de baja presión
Implicaciones para los condensadores de intercambiador de calor de placa
Cuando los intercambiadores de calor de placa se utilizan como condensadores en sistemas R718, operan bajo condiciones altamente asimétricas. El lado de vapor puede estar bajo vacío profundo, mientras que el bucle de agua de refrigeración funciona en varias barras.
Bajo estas condiciones, la rigidez mecánica del paquete de placa se vuelve crítica. Incluso la deformación estructural pequeña puede restringir los canales de condensación, aumentar la caída de presión y perturbar los regímenes de flujo de dos fases.
Por esta razón, los intercambiadores de calor de placas de gaseosa debidamente diseñados suelen ser preferidos en grandes instalaciones industriales donde se requiere robustez estructural y mantenibilidad.
Además, los sistemas de refrigeración por vacío son altamente sensibles a los gases no condensables. Si el aire entra en el sistema, tiende a acumularse en el condensador y crear una barrera de difusión que suprime el rendimiento de transferencia de calor.
Aplicaciones futuras de la refrigeración R718
Aunque los sistemas de refrigeración por agua todavía están surgiendo, cada vez son más considerados para aplicaciones ecológicamente sensibles como el enfriamiento de centros de datos, el enfriamiento de procesos industriales y sistemas de refrigeración sostenibles.
En particular, las aplicaciones de refrigeración de alta presión como los sistemas de refrigeración CO₂ demuestran cómo la ingeniería de intercambiadores de calor desempeña un papel decisivo para permitir nuevas tecnologías de refrigeración.
Descargue el folleto de ingeniería HEXNOVAS para aplicaciones de intercambiadores de calor de alta presión.