Refrigeracion - Noemi Rizo

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Universidad Pontificia Bolivariana
2007
PRÁCTICA 2. SIMULACIÓN DE CICLOS 
DE REFRIGERACIÓN
CURSO DE DISEÑO DE PROCESOS QUÍMICOS II
Adriana Aristizábal 
PRÁCTICA 2. SIMULACIÓN DE CICLOS DE REFRIGERACIÓN
1. INTRODUCCIÓN
Los ciclos de refrigeración representan un caso particular entre los sistemas con reciclo. 
Mientras que en la mayor parte de los sistemas con este tipo de estructura requieren el 
uso de funciones de reciclo, este no es el caso de los ciclos de refrigeración dada su baja 
complejidad. Para poder entender como el computador realiza los cálculos en este tipo de 
casos es necesario recordar que el flujo de información en una simulación de HYSYS se 
realiza tanto en la dirección de flujo como en la dirección inversa. Por ejemplo, la 
especificación de una propiedad de una corriente no sólo se tiene en cuenta dentro de la 
solución del equipo al cual entra, sino que también puede influir en la solución del equipo 
del cual sale. 
2. OBJETIVOS
- Aprender la especificación de las operaciones unitarias más simples que emplea 
HYSYS, es decir: compresores, válvulas e intercambiadores de calor.
- Mostrar cual es la cantidad de información mínima necesaria para simular un ciclo 
de refrigeración simple.
- Indicar los fundamentos en la selección de las condiciones de operación de un 
ciclo de refrigeración que se cumpla con los requerimientos de enfriamiento.
- Lograr un mejor entendimiento de la forma en la que el simulador comparte la 
información entre los elementos de la simulación a medida que soluciona una hoja 
de flujo.
- Mostrar el funcionamiento de sistemas de refrigeración en varias etapas de 
compresión (uso de economizadores).
- Mostrar la forma en que se relacionan ciertas variables básicas en ciclos de 
refrigeración.
2. MARCO TEÓRICO
Los ciclos de refrigeración son sistemas que se emplean con frecuencia en las plantas 
químicas. Su principal función es la de generar un fluido de baja temperatura, 
generalmente en su punto de burbuja ó como mezcla líquido-vapor, que se suministra 
como refrigerante a un enfriador (evaporador) en donde se disminuye la temperatura de 
una corriente de proceso. Durante el enfriamiento de la corriente de proceso el fluido del 
ciclo (refrigerante) cambia de fase y se convierte en vapor saturado.
En el condensador, el vapor sobrecalentado de refrigerante se lleva a líquido saturado (a 
alta presión). Con el fin de especificar las condiciones de temperatura-presión de este 
equipo es necesario:
1. Seleccionar el tipo de fluido frío. Dos de las opciones más comunes son: Aire y Agua 
de enfriamiento (CW).
2. Estimar la temperatura de entrada y salida de este fluido frío teniendo en cuenta las 
siguientes normas heurísticas:
- Aire: LA Temperatura de suministro de aire depende de las condiciones 
ambientales y es aproximadamente de 25°C para clima templado. El incremento 
en la temperatura del aire en el proceso depende del funcionamiento del equipo. 
Aprox. 5°C–10°C.
- CW: La temperatura de suministro del agua depende de las condiciones 
ambientales y es aproximadamente 25°C. El incremento en la temperatura es 
aproximadamente 10°C–15°C.
- Tenga en cuenta que la aproximación mínima (ΔTmin) en intercambiadores de calor:
* Entre corrientes de proceso = 10°C
* Entre una corriente de proceso y un refrigerante = 5°C
* Entre una corriente de proceso y aire (en un “Air cooler”) = 22°C
Dado que la mayoría de los intercambiadores normalmente no operan en contracorriente 
sino en un estado mezclado (contracorriente-flujo paralelo), se seleccionará como 
configuración critica aquella de flujo paralelo (la más ineficiente en términos de 
aprovechamiento del potencial de transferencia de calor total). Esto también simplifica los 
cálculos de la temperatura a la salida del condensador teniendo en cuenta las restricciones 
de la aproximación mínima ΔTmin.
Se tiene que:
- Temperatura a la salida del condensador lado ciclo = temperatura de suministro 
del fluido frío + incremento en la temperatura del fluido frío + aproximación mínima
- Presión de operación del condensador lado ciclo = Presión de vapor del 
refrigerante a la temperatura de salida del condensador (lado ciclo), dado que el 
refrigerante se encuentre en el punto de burbuja a la salida del condensador.
- Temperatura a la salida del evaporador (lado ciclo) = temperatura final de la 
corriente de proceso - aproximación mínima (5°C en este caso).
- Presión de operación del evaporador (lado ciclo) = Presión de vapor del 
refrigerante a la temperatura de salida del evaporador (lado ciclo), dado que el 
refrigerante se encuentre en el punto de rocío a la salida del evaporador.
3. PROCEDIMIENTO
3.1. Simulación de un ciclo de refrigeración simple por compresión de vapor
Genere un paquete de fluidos con las siguientes características:
- Compuestos: N2, CO2, Metano, Etano, Propano, i-Butano, n-Butano, agua.
- Método termodinámico: Peng Robinson
Asegúrese de revisar cada uno de los demás tabuladores del paquete de fluidos para 
identificar información que sea necesario modificar o adicionar (como coeficientes binarios, 
un método más riguroso de prueba de estabilidad de fases, etc)
Dibuje el PFD mostrado en la figura a continuación:
Considere la siguiente especificación de variables para cerrar los grados de libertad del 
proceso:
Compresor K-100: Eficiencia adiabática =75%
Intercambiador E-100: Caída de presión lado coraza 0 atm. 
 Caída de presión lado tubos de 0 atm
Intercambiador E-101: Caída de presión lado coraza =0 atm. 
 Caída de presión lado tubos es 0 atm
En este caso el fluido refrigerante que va en el circuito cerrado va por el lado de la coraza 
en los intercambiadores de calor.
(*) Al considerar una aproximación mínima refrigerante-agua en el condensador = 10°C
(**) Al considerar una aproximación mínima refrigerante-proceso en el evaporador = 5°C
* Guarde la simulación y luego guárdela nuevamente con otro nombre.
* Cambie el fluido del ciclo por etano.
* Responda: ¿Cómo interpreta usted el aviso del HYSYS? ¿Cuál es el problema? 
* Cambie el fluido del ciclo por i-butano.
Comparando las condiciones de operación y los requerimientos de potencia.
¿Qué refrigerante seleccionaría entre el Propano y el i-butano?
Referencias
Copyright © 2004 Hyprotech, a subsidiary of Aspen Technology Inc. All rights reserved. 
HYSYS 2004 
Henao, Carlos A. y Vélez, José G. Manual de prácticas de simulación de diseño de 
procesos químicos. Universidad Pontificia Bolivariana. 
Universidad Tecnológica Nacional. Simulación con HYSYS. Trabajo Práctico. Facultad
Regional Rosario. Departamento de Ingeniería Química.2003.