May 2008 - Español

Separador vs. Intercambiador Economizador para un Systema de Refrigeración
En este Previo del mes (PDM), continuaremos nuestra discusión sobre el rendimiento  de sistemas de refrigeración mecánica empleando el Propano como fluido térmico. Especificamente estudiaremnos el efecto del separador e intercambiador economizador sobre la potencia de compresión, tasa de circulación del refrigerante, y la carga térmica del aero enfriador. 

Los detalles de un sistema sencillo de refrigeración, y uno de dos etapas empleando un separador economizador, y un intercambiador economizador, se presentan en el Capitulo 16 del Volúmen 2 (1). Los  Diagramas de Flujo de Proceso del sistema sencillo, mas el del intercambiador econmomizador de detallan en la Figura 1. La compresión de dos etapas, con el separador, y el intercambiador economizador se presentan en la Figura 2. Nótese que las caidas de presión en distintos segmentos de los circuitos han sido consideradas.






En este PDM revisitaremos el PDM anterior sobre la refrigeracion mecánica en donde la temperatura de descarga del Evaporador (Chiller) se mantuvo a – 35 °C. Consideremos un caso donde el objetivo es el de remover 2778 kW del gas de proceso, y rechazarlo al ambiente por el condensador a 35 °C. Las presumciones sobre las cidas de presión fueron: en la linea de la descarga del compresor hacia el condensador, y en el condensador, 50 kPa, en el Chiller 5 kPa, y  en la linea de succion del compresor 10 kPa, entre las dos etapas del separador economizador 20 kPa, y entre el separador y la segunda etapa de compresion 20 kPa; en los tubos y carcaza del intercambiador 20 kPa. El propano puro fue aplicado como el fluido termico. Una eficiencia isoentropica de 75 % fue asumida para todos los casos. Para el separador asi como el intercambiador economizador, una presion entre-etapa optimizada (530 kPa)  fue aplicada para minimizar la potencia requerida de compresion. Todas las simulaciones fueron   efectuadas por el compendio de simulacion HYSIS (2). 

 

Se consideró la etapa sencilla, intercambiador economizador, y el sistema de refrigeración con economizador de dos etapas. Primero fue analizado el sistema sencillo con un intercambiador economizador de una etapa (Figura 1). El resumen de los resultados se presenta en la Tabla 1. Como se puede observar en ésta, no se obtuvo ningun ahorro de potencia en la etapa de compresión, al menos que la temperatura de descarga del intercambiador fuese menos de 10 ºC, como resultado de la caida de presión en éste.

 En términos prácticos no se realiza ningun tipo de ahorro utilizando el intercambiador economizador. Nótese que la caida total de presión entre la descarga del Chiller hasta la succión del compresor fue asumida en 10 kPa para el sistema sencillo, y 30 kPa para el sistema del intercambiador  economizador (20 kPa en éste) respectivamente. 





Luego estudiamos el separador “flash” de dos etapas, y el intercambiador economizador. El resumeno de los resultados de éstas simulaciones se presentan en la Tabla 2. La potemcia total de compresión se compara con el requerimiento del sistema sencillo. Como se observa en la tabla, el separador economizador es el de mayor eficiencia resultando en un ahorro del 14.1% en la compresion (comparado con el sistema sencillo). Para el intercambiador economizador de dos etapas, los mejores resultados fueron arrojados cuando la temperatura de acercamiento del lateral frio se fijó en 2  ºC. Esto corresponde a un ahorro de 13.2%  en la potencia de compresión. Nótese que este es un estudio solo de reducción de potencia, y las comparaciónes  posteriores del   “CAPEX”,  juntos con  los análsis de la vida util rentable pueden arrojar distintas conclusiones. La temperatura de acercamiento seleccionada para un intercambiador tendrá un impacto profundo en el area requerida para la transferencia de calor, (refierése al Capítulo 13 del Acondicionamiento y Procesamiento del Gas:   “Gas Condtioning and Processing”.)




      Al revisar las Tablas 1, y 2, tambien se pueden efectuar las siguientes conclusiones:

1) El intercambiador economizador de etapa sencilla no reduce el consumo de potencia apreciablemente. Su única ventaja se obseva en el sobrecalentamiento de la alimentación al compresor.  Este sobrecalentamiento incrementa la potencia requerida, pero disminuye el riesgo del arrastre de líquidos al compresor.

2) Tanto el separador economizador, asi como el intercambiador economizador de dos etapas disminuye la potencia de compresión requerido por lo menos en un 12 porciento.

3) Para el caso de dos etapas de compresión, el separador economizador es de mayor  eficiencia que el intercambiador economizador.

4) La caida de  presión en el intercambiador economizador es un importante parámetro de diseño, y aumenta la potencia de compresión.

5) Para el caso de la compresión de dos etapas, la temperatura de acercamiento en el lateral frio del intercambiador impacta los requerimientos  de potencia de compresión.

 

Para informarse mas sobre casos similares, y como minimizar los problemas operacionales, les sugerimos su asistencia a nuestros Cursos G – 4 (Acondicionamiento y Procesamiento del Gas), G – 5 (Acondicionamiento y Procesamiento del Gas – Especiál), y el G – 7 (Simulación de Procesos en el Acondicionamiento y Procesamiento del Gas.).

By Dr. M. Moshfeghian
Dr. F. E. Ashford ( Presentación Español)

Reference:
1. Campbell, J.M., “Gas Conditioning and Processing, Vol 2: The Equipment Modules”, 8th Edition, Edited by R.A. Hubbard, John M. Campbell & Company, Norman, USA, 2000.
2. ASPENone, Engineering Suite, HYSYS Version 2006, Aspen Technology, Inc., Cambridge, Massachusetts U.S.A., 2006.