INSTITUTO TECNICO SUPERIOR
COMUNITARIO (ITSC)
FUNDAMENTO DE
PROGRAMA DE CLASE
CONCEPTOS BÁSICOS
Tema l
1-
Refrigeración
2-
Calor
3-
Transmisión de calor
4-
Conducción
5-
Radiación
6- Convención
7-
Frio
8-
Aislamiento
9-
Temperatura
Tema ll
1-
Principios fundamentales de refrigeración
2-
Presión
Componente de la presión
a) Masa
b) Fuerza y peso
c) Unidades de presión
d) Ley de Pascal
e) Presión atmosférica
f) Vacío
g) Conversión de las unidades de presión
h) Presión absoluta y presión
manométrica
Tema lll
Refrigeracion
Qué significa “Refrigeración” y
“Climatización”?
1-Aislación térmica
2-
Carga térmica
3-
Refrigerante
4-
Principio de refrigeración
5-
Ciclo de refrigeración
6- Piezas principales del sistema de
refrigeración
7- Lado bajo y lado alto
Tema lV
DESARROLLO PROGRANA DE
CLASE
CONCEPTOS BÁSICOS
Tema l
1-
Refrigeración
2-
Calor
3-
Transmisión de calor
4-
Conducción
5-
Radiación
6-
Convección
7-
Frio
8-
Aislamiento
9-
Temperatura
CONCEPTOS BÁSICOS
1-
Refrigeración
La refrigeración se puede definir como el
proceso de bajar la temperatura a un
cuerpo o espacio determinado, quitándole calorías de una forma
controlada.
Las aplicaciones de la refrigeración son
múltiples, entre las más importantes
tenemos la conservación de alimentos y el acondicionamiento de aire.
El objetivo básico de la refrigeración es
transferir parte del calor de un cuerpo
o un espacio
hacia un lugar
donde ese calor
no produzca ningún
efecto negativo. De esta manera
se logra establecer una temperatura deseada en ese cuerpo o espacio.
2-
Calor
El calor es una de las formas de energía
que se produce por la vibración de las
moléculas de los cuerpos. La producción de calor es el resultado de
la aplicación de una fuerza a un cuerpo y
la energía consumida se transforma en
energía que actúa en el interior del cuerpo aumentando su velocidad
y distancia molecular. La unidad de
medida del calor es la caloría
3-
Transmisión de calor
El Calor se transmite por: Conducción,
Radiación y Convección
4-
CONDUCCIÓN
:
Es la transmisión
de calor desde
un punto con
una determinada temperatura hasta
otro de menor
temperatura, que puede
ser dentro de un mismo cuerpo o
de un cuerpo a otro.
5- RADIACIÓN:
Es
la transferencia de calor que se da sin la necesidad de un cuerpo o agente conductor, el calor se
transmite por medio de ondas o rayos que
son capaces de atravesar espacios vacíos y el alcance de ellos depende de la potencia de la fuente calorífica.
El acabado y el color de la superficie de
los materiales es de suma importancia
para los efectos de la radiación, si la superficie es lisa y el color es claro o mejor
aún es refractivo, los
rayos de calor
al igual que
los de luz
son reflejados. Si la superficie
tiene rugosidades y es de color oscuro sobre todo negro, los rayos caloríficos son absorbidos.
La
velocidad de conducción
de calor depende
del material utilizado
como conductor, los metales son
buenos conductores de calor y uno de los mejores y más utilizados es el cobre. Otros materiales
tales como el poliuretano, la lana de
vidrio, el corcho son utilizados como aislantes térmicos.
6- CONVECCIÓN:
La transferencia de
calor por convección
se da por
la diferencia de densidad que
sufren los gases y los líquidos. Cuando un gas o un líquido se calienta pierde densidad por lo
tanto tiende a subir y cuando un gas o
líquido se enfría o pierde calor sube su densidad o peso específico y tiende a
bajar, esto hace que se forme un ciclo permanente que sube el gas o líquido
mientras esté cerca de una fuente de calor y bajar cuando se aleja de ella. En
el momento que la fuente calorífica se suspenda, se igualan sus temperaturas,
sus densidades y desaparece el ciclo mencionado.
7-
FRÍO.
El frío es simplemente la ausencia de calor
parcial o total, la ausencia de calor produce frío así como la ausencia de luz
produce sombra. Por lo tanto el frío no
es energía es ausencia de energía calorífica. El frío se produce cuando se quita el calor a un cuerpo o espacio.
8- AISLAMIENTO.
Hasta
el momento no
existe un material
aislante de calor
perfecto, los materiales que
se utilizan para
aislar el calor,
lo que hacen es
reducir la velocidad de transferencia de calor de tal
forma que el sistema de refrigeración
saque el calor
con mayor rapidez
de lo que
le toma a este entrarse
nuevamente.
Un
aislante de calor
ideal debe evitar
la transferencia de
calor en sus
tres formas que son la
conducción, la radiación y la convección. Si este material existiera la refrigeración fuera mucho más
fácil.
Para
aislar la conducción
del calor se
utilizan materiales con un factor
de conductividad lo más bajo
posible. Para aislar el calor por radiación se debe utilizar superficies planas y de colores
claros y brillantes que reflejen las
ondas de energía
radiante. Mientras más
refleje el material
menos calor absorbe.
En cuanto al aislamiento contra la
convección se utilizan materiales que tienen
atrapadas celdas pequeñas de aire evitando la circulación del mismo
buscando en lo posible que se produzca
el menor movimiento.
9- TEMPERATURA
La temperatura es una magnitud referida a
las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un
termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la
energía de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la
termodinámica.
Más
específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía
interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los
movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional,
rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía
cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es
decir, que su temperatura es mayor.
Nociones
generales
La temperatura es una propiedad física que
se refiere a las nociones comunes de calor o ausencia de calor, sin embargo su
significado formal en termodinámica es más complejo, a menudo el calor o el
frío percibido por las personas tiene más que ver con la sensación térmica (ver
más abajo), que con la temperatura real. Fundamentalmente, la temperatura es
una propiedad que poseen los sistemas físicos a nivel macroscópico, la cual
tiene una causa a nivel microscópico, que es la energía promedio por la
partícula.
La temperatura está íntimamente relacionada
con la energía interna y con la entalpía de un sistema: a mayor temperatura
mayor serán la energía interna y la entalpía del sistema.
La temperatura es una propiedad intensiva,
es decir, que no depende del tamaño del sistema, sino que es una propiedad que
le es inherente y no depende ni de la cantidad de sustancia ni del material del
que este compuesto.
También es posible definir la temperatura
en términos de la segunda ley de la termodinámica, la cual dice que la entropía
de todos los sistemas, o bien permanece igual o bien aumenta con el tiempo,
esto se aplica al Universo entero como sistema termodinámico.
Para dar la definición de temperatura con
base en la segunda ley, habrá que introducir el concepto de máquina térmica la
cual es cualquier dispositivo capaz de transformar calor en trabajo mecánico.
Las escalas de medición de la temperatura
se dividen fundamentalmente en dos tipos, las relativas y las absolutas. Los
valores que puede adoptar la temperatura en cualquier escala de medición, no
tienen un nivel máximo, sino un nivel mínimo: el cero absoluto. Las escalas
absolutas se basan en el cero absoluto.
Temperatura
Absolutas
Las escalas que asignan los valores de la
temperatura en dos puntos diferentes se conocen como escalas a dos puntos. Sin
embargo en el estudio de la termodinámica es necesario tener una escala de
medición que no dependa de las propiedades de las sustancias.
Las
escalas de éste tipo se conocen como escalas absolutas o escalas de temperatura
termodinámicas.
Temperatura
Relativas: Unidades derivadas del SI.
Grado Celsius (°C). Para establecer una
base de medida de la temperatura (Anders Celsius utilizó en 1742) los puntos de fusión y ebullición
del agua.
Se considera que una mezcla de hielo y agua
que se encuentra en equilibrio con aire saturado a una presión de 1 atm
está en el punto de fusión.
Una mezcla de agua y vapor de agua (sin
aire) en equilibrio a 1 atm de presión se considera que está en el punto de
ebullición. Celsius dividió el intervalo de temperatura que existe entre éstos
dos puntos en 100 partes iguales a las que llamó grados centígrados °C. Sin
embargo, en 1948 fueron renombrados
grados Celsius en su honor; así mismo se comenzó a utilizar la letra
mayúscula “ C “ para denominarlos
Temperaturas de fusión y ebullición del agua a 1
atm de presión atmosférica
|
||
Escala
|
Fusión
|
Ebullición
|
273,15 K
|
373,15 K
|
|
Celsius
|
0 °C
|
100 °C
|
32 °F
|
212 °F
|
|
Punto
de encuentro de los Refrs. R-22 y R-410 A
En el caso de un sólido, los
movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus
sitios dentro del sólido.
También es posible definir la
temperatura en términos de la segunda ley de la termodinámica, la cual dice que
la entropía de todos los sistemas, o bien permanece igual o bien aumenta con el
tiempo, esto se aplica al Universo entero como sistema termodinámico.
La temperatura se mide con
termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de
escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura.
La unidad de medida de la
temperatura son:
. En el Sistema Internacional de
Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K)
1- La escala más extendida es la
escala Celsius ( C ), llamada «centígrada»
2- En los Estados Unidos, la mas
usada es la escala Fahrenheit y tambien es usada
3- La escala Rankine (°R) que
establece su punto de referencia en el mismo punto de la 5- escala Kelvin, el
cero absoluto.
Entalpía: es una magnitud termodinámica, simbolizada
con la letra H mayúscula, cuya variación expresa una medida de la cantidad de
energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad
de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno.
Entropía:
En
termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es una magnitud física que,
mediante cálculo, permite determinar la parte de la energía que no puede
utilizarse para producir trabajo. Es una función de estado de carácter
extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un
proceso que se dé de forma natural. La entropía describe lo irreversible de los
sistemas termodinámicos.
Tema ll
1- Principios
fundamentales de refrigeración
2- Presión
Componentes de la presión
a) Masa
b) Fuerza y peso
c) Unidades de presión
d) Ley de Pascal
e) Presión atmosférica
f) Vacío
g) Conversión de las unidades
de presión
h) Presión absoluta y presión
manométrica
Principios fundamentales de refrigeración
Para estudiar la refrigeración y
la climatización, es importante dominar los principios fundamentales de la
física y de la termodinámica que se explican en este tema.
A las personas que ya se
familiarizaron con estos principios fundamentales, les servirá de repaso o de
material de referencia. Las unidades constituyen un tema importante. Se
utilizan varias unidades según las aplicaciones y las regiones y por ahora no
se ha logrado la unificación de las mismas en el mundo. El sistema yarda/libra
sigue en uso en varios países, al tiempo que las industrias japonesas de
refrigeración y climatización utilizan el sistema métrico.
Además, el sistema métrico
comprende varios tipos de sistemas. Para luchar contra la confusión causada por
la diversidad de unidades, se presenta y apoya ampliamente el sistema
internacional de unidades (SI) En este tema, sin embargo, se explican todas las
unidades del sistema métrico que se utilizan habitualmente, porque consideramos
que es demasiado precoz adoptar exclusivamente el sistema métrico SI, ya que
este sistema no se utiliza en los manómetros, catálogos de productos y
materiales técnicos que los técnicos de servicio utilizan en su trabajo diario.
Para que las personas
familiarizadas con el sistema yarda/ libra puedan leer este tema, se explican
las fórmulas de conversión de las unidades del sistema métrico convencional a
las del sistema yarda/libra, así como al sistema métrico S.I. que será necesario
en un futuro cercano.
Presión
Presión...La presión es la fuerza
por la superficie. Puede describirse como una medida de la intensidad de fuerza
en un punto dado sobre la superficie de contacto. Puesto que la fuerza se
distribuye de manera uniforme sobre una superficie dada, la presión en
cualquier punto sobre la superficie de contacto es la misma y puede calcularse
dividiendo la fuerza total ejercida por la superficie total en la cual se
aplica dicha fuerza. Esta relación se expresa por la ecuación siguiente. (Ver
la Fig.), abrevia Kg / cm2 y en el
sistema inglés. Libras sobre pulgada
cuadrada que se Abrevia, en Lb / Plg2.
Un bloque de hielo (sólido)
ejerce una presión sobre su soporte. El agua (líquido) ejerce una presión sobre
los lados y la parte inferior de su contenedor. El vapor (gas) ejerce una
presión sobre toda la superficie de su contenedor. (Ver la Fig.)
Masa
La masa es la cantidad de materia
en una sustancia medida en gramos y kilogramos. Gramo (g). Un centímetro cúbico
(cm3) de agua a la temperatura de mayor densidad tiene una masa de 1 g (Ver la
Fig.).
Tabla SI
Sistema
métrico convencional y sistema métrico internacional (SI)
|
Sistema
Yarda / Libra
|
||
g
|
kg
|
oz
|
lb
|
1
|
0.001
|
0.03527
|
0.002205
|
1000
|
1
|
35.27
|
0.0625
|
453.6
|
0.4536
|
16
|
1
|
La unidad de medida
métrica convencionales y las unidades métricas S.I. de masa son las mismas
Para convertir de una unidad a otra,
utilice las fórmulas siguientes:
1- Para convertir gramos en kilogramos
Kg = 0.001 x g
2- Para convertir gramos en onzas
Oz = 0.03527 x g
1- Para convertir kilogramos en libras
Lb = 2.205 x kg
Ejemplo: Convierta 200 g en kg
Solución: 200 x0.001= 0.2 kg
Ejemplo Convierta 500 g en oz
Solución: 0.03527 x 500g = 17.635
Ejemplo Convierta 4kg en g
Solución: 4 /0.001 = 4000g
Fuerza y
peso
Fuerza...Una fuerza se define como
un impulso o una tracción. Es todo lo que tiene tendencia a poner un cuerpo en
movimiento, a detener un cuerpo en movimiento o a cambiar la dirección del
movimiento. Una fuerza también puede cambiar el tamaño o la forma de un cuerpo.
Peso...El peso es la fuerza más
conocida. El peso de un cuerpo es una medida de la fuerza ejercida sobre el
cuerpo por la fuerza de gravedad de la tierra. (Ver la Fig.)
Newton [N]...Un newton es
la fuerza que, cuando se aplica a un cuerpo que tiene una masa de 1kg,
proporciona una aceleración de un metro por segundo. [Ver la Fig.]
Las relaciones entre kilogramo fuerza y libra fuerza se
indican en la Tabla 1-2.
Sistema
métrico convencional
|
Sistema
métrico S.I.
|
Sistema
yarda libra
|
kgf
|
N
|
lbf
|
1
|
9.807
|
2.205
|
0.1020
|
1
|
0.2248
|
0.4536
|
4.448
|
1
|
Unidades
de presión
Las unidades de presión son el kilogramo fuerza por
centímetro cuadrado [kgf/cm2 ] en el sistema métrico convencional, el pascal
[Pa), el kilopascal [kPa] en el sistema métrico S.I. y la libra por pulgada
cuadrada [psi] en el sistema yarda libra.
Kilogramo fuerza por centímetro cuadrado [kgf/cm2]...Un sólido
que pesa 1kgf con una superficie inferior a 1cm2 ejerce una presión de 1kgf/cm2
sobre una superficie plana. [Ver Fig. 1-7 (a)]
Fuerza (peso) = 1 kgf
Superficie
interior: 1 cm x 1cm =1 cm²
Como las unidades de peso, las unidades de presión también
se abrevian: kilogramo fuerza por centímetro cuadrado se abrevia en kilogramo
por centímetro cuadrado, y libra fuerza por pulgada cuadrada se abrevia en
libra por pulgada cuadrada. Sus símbolos también se abrevian: kgf/cm2 en kg/cm2
y lbf/pulg.2 en lb/pulg.2 . En los manómetros generalmente utilizados por los
técnicos de servicio sólo se indica kg/cm2 o lb/pulg. 2. No hay ningún problema
en considerar que kg/cm2 o lb/pulg2 son equivalentes respectivamente a kgf/cm2
o lbf/pulg2.
d) Ley de Pascal
Ley de Pascal...La
presión aplicada sobre un fluido encerrado se transmite de forma igual en todas
las direcciones.
La Fig. 1-9 ilustra la ley de Pascal. Muestra un cilindro
lleno de fluido con diferentes formas de cámaras.
Se instala un pistón en un cilindro pequeño que se conecta a
un cilindro mayor. Se aplica una fuerza al pistón en el cilindro más pequeño.
Los manómetros de presión indican que la presión se transmite igualmente en
todas las direcciones y cámaras sin que importen el tamaño y la forma de las
cámaras.
e) Presión atmosférica
Presión
atmosférica...La Tierra está rodeada de una envoltura de atmósfera o aire.
El aire tiene un peso y ejerce una presión sobre la superficie de la tierra. La
presión ejercida por la atmósfera se denomina presión atmosférica.
El peso de una columna de aire que tiene una base de 1
centímetro cuadrado y que se extiende desde la superficie de la tierra a nivel
del mar hasta los límites superiores de la atmósfera es de 1,033kgf (14,70lbf).
Por lo tanto, la presión sobre la superficie de la tierra a nivel del mar que
resulta del peso de la atmósfera es de 1,033kgf/cm2 (14,70lbf/cm2)
La presión atmosférica se expresa de diferentes formas:
Presión atmosférica
= 1,033kgf/cm2 = 1atm = 760mmHg = 101,3kPa = 14,70lbf/pulg2 (psi)
= 29,92 pulg Hg
f) Vacío
Vacío...Las presiones inferiores a la presión
atmosférica se llaman vacías.
Vacío absoluto...Una presión que ya no puede reducirse
más se llama vacío absoluto.
Vacío imperfecto...Una presión inferior a la presión atmosférica,
sin ser un vacío absoluto, se llama vacío imperfecto.
El vacío absoluto
se expresa de diferentes formas, tal como se indica a continuación.
Vacío absoluto = 0
kgf/cm2 = 0 mmHg = 0 Pa = 0 psi = 0 pulg.Hg
Ver Fig.
g) Conversión de las unidades de presión
La Tabla indica las
relaciones entre kgf/cm2, kPa, psi y otras unidades.
Tabla
Para convertir de una unidad a otra, utilice las fórmulas
siguientes
Para convertir kgf/cm 2 en atm Si tengo 20 kgf/cm2, cuanta atm
tengo
Para convertir kgf/cm2 en mmHg Convierta 1,5kgf/cm2 en mmHg
Para convertir kgf/cm 2en kPa Convierta 12kgf/cm2 en kPa
Para convertir kgf/cm2 en psi Convierta 20kgf/cm 2 en psi
Para convertir kPa en psi Convierta 150kPa en psi
h) Presión absoluta y presión
manométrica
Presión manométrica...La presión manométrica es la presión
indicada por el manómetro. Es importante entender que los manómetros están calibrados
para una lectura cero de la presión atmosférica. Los manómetros sólo miden la diferencia
de presión entre la presión total del fluido en el recipiente y la presión
atmosférica. Las presiones manométricas se expresan en “kgf/cm 2 G” o “psig”.
Presión absoluta...La
presión absoluta es la presión “total” o la presión “verdadera” de un fluido.
Cuando la presión de un fluido es superior a la presión atmosférica, la presión
absoluta se determina añadiendo la presión atmosférica a la presión
manométrica. Cuando la presión del fluido es inferior a la presión atmosférica,
la presión absoluta se determina restando la presión manométrica de la presión
atmosférica.
Las presiones absolutas se expresan en “kgf/cm 2 abs” o
“psia”. Ver fig.
Ejemplo: Un manómetro de presión indica 18kgf/cm2. ¿Cuál es
la presión absoluta en este caso?
Solución: La presión absoluta = 18 + 1,03 = 19,03 kgf/cm2
Ejemplo: Un manómetro compuesto instalado en el tubo de
aspiración indica 200mmHg. ¿Cuál es la presión absoluta?
Solución: Presión absoluta = 760 –200 = 560mmHg
Tema lll
Refrigeración
¿Qué significa “Refrigeración” y
“Climatización”?
1-Aislación térmica
2-
Carga térmica
3-
Refrigerante
4-
Principio de refrigeración
5-
Ciclo de refrigeración
6- Piezas principales del sistema de
refrigeración
7- Lado bajo y lado alto
Refrigeración
¿Qué se entiende por “Refrigeración” y
“Climatización”?
Refrigeración...Se define como el proceso de
reducción y mantenimiento de la temperatura de un espacio o materia por debajo
de la temperatura del entorno.
Climatización...Se define como el proceso de
tratamiento del aire destinado a controlar simultáneamente su humedad,
limpieza, distribución y temperatura para responder a las exigencias del
espacio climatizado. La climatización constituye una parte de la refrigeración
en un sentido amplio.
1-
Aislación térmica
Dado que el
calor siempre circula desde una zona de temperatura alta hacia una zona de
temperatura más baja, siempre hay un flujo continuo en la zona refrigerada que procede
del entorno más caliente. Para limitar casi al mínimo el flujo de calor en el
espacio refrigerado, es necesario aislar el espacio del entorno con un buen
material de aislación contra el calor.
2-
Carga térmica
Carga térmica...La intensidad con la que se debe
extraer el calor del espacio o material refrigerado para producir o mantener la
temperatura deseada se llama la carga térmica.
En la
mayoría de las aplicaciones de refrigeración, la carga térmica total sobre el
equipo de refrigeración es la suma del calor que penetra en el espacio
refrigerado a través de los muros aislados, el calor que penetra en el espacio
por las puertas abiertas y el calor que se debe extraer del producto de
refrigeración para reducir la temperatura del mismo a las condiciones de
espacio o almacenamiento. El calor proporcionado por las personas que trabajan
en los ambientes refrigerados, los motores, las luces y otros equipos
eléctricos también contribuye a la carga exigida al equipo de refrigeración.
3-
Refrigerante
Para reducir
o mantener la temperatura de un espacio por debajo de la temperatura del
entorno, se debe extraer calor del espacio, y transferirlo a otro cuerpo cuya
temperatura sea inferior a la del espacio refrigerado. Esto es lo que hace el
refrigerante.
Refrigerante...Un refrigerante es un calorífero que desplaza el
calor de un espacio que se debe refrigerar hacia el exterior. En lo que
concierne al ciclo de vapor-compresión, el refrigerante es el fluido operante
del ciclo que alternativamente evapora y condensa cuando absorbe o expulsa el
calor
. Generalmente
los fluidos que tienen las propiedades siguientes son considerados aptos para
su utilización como refrigerante.
(1) Barato
(2) No
venenoso
(3) No
explosivo
(4) No
corrosivo
(5) No
inflamable
(6) Estable
(inerte)
(7) Elevado
calor latente de evaporación
(8) Fácil de
evaporar y condensar
(9) Fácil de
detectar fugas
Se han
utilizado muchas sustancias como refrigerante. Anteriormente, los refrigerantes
más comunes fueron el aire, el amoníaco, el bióxido de azufre, el bióxido de
carbono y el cloruro de metilo. Actualmente, los refrigerantes hidrocarbónicos
fluorados se utilizan exclusivamente en los sistemas de climatización. La Tabla
1-10 presenta la lista de los refrigerantes hidrocarbónicos fluorados
utilizados en los productos Daikin.
Símbolo del
refrigerante
|
Nombre
|
Fórmula
química
|
Tipo de compresor
|
Aplicación
|
R-11
|
Tricloromonofluorometano
|
Centrífugo
|
Sistemas de climatización grandes
|
|
R-12
|
Diclorodifluorometano
|
De pistón Rotativo
|
Pequeños
refrigeradores domésticos
Mostradores
para alimentos congelados
Climatización
residencial y comercial
Climatización
de vehículos
|
|
R-22
|
Monoclorodifluorometano
|
De pistón Rotativo
|
Climatización
residencial y comercial
Plantas de
congelación de alimentos, almacenamiento y
mostradores
para alimentos congelados y muchas otras aplicaciones que requieren temperaturas medias y bajas
|
|
R-502
|
Mezcla azeotrópica del 48.8% de R-22 y 51.2% de R-115
|
De pistón
|
Mostradores
de alimentos congelados y helados, almacenes y plantas de alimentos
congelados, mostradores de temperaturas medias
|
|
R-114
|
Diclorotetrafluoroetano
|
`
|
Rotativo
|
Sistemas de baja temperatura
|
De pistón
|
Enfriadores para taxis
|
|||
Centrífugo
|
Sistemas de climatización grandes
|
1-
Principio de refrigeración
(1)
Refrigeración con agua enfriada Suponga que se coloca1kg de agua a 0°C en un
recipiente abierto dentro de un espacio aislado que tiene una temperatura
inicial de 25°C. Durante un cierto lapso de tiempo el calor fluirá del espacio
a 25°C hacia el agua a 0°C, de tal forma que la temperatura del espacio va a
disminuir. Sin embargo, para cada kcal de calor que absorbe el agua del
espacio, la temperatura del agua va a aumentar 1°C, de tal forma que la
temperatura del espacio disminuye mientras aumenta la temperatura del agua. Ya
no habrá transferencia de calor cuando la temperatura del agua y del espacio
sea exactamente igual. (Ver Fig.)
Desventajas
• No es
posible obtener temperaturas más bajas que la del agua enfriada.
• La
refrigeración no es continua.
• Es
imposible controlar la temperatura del ambiente
.
Para obtener
una refrigeración continua, se debe enfriar y hacer circular constantemente el
agua. (Ver Fig.)
Algunos
tipos de climatizaciones adoptan este método.
(2)
Refrigeración con hielo
Suponga
ahora que hay 1kg de hielo a 0°C en lugar del agua. Esta vez, la temperatura
del hielo no cambia mientras absorbe el calor del espacio. El hielo sólo pasa de
sólido a líquido mientras su temperatura sigue siendo de 0°C. El calor absorbido
por el hielo hace que éste se transforme en agua de drenaje y el efecto refrigerante
es continuo hasta que el hielo se derrite totalmente. (Ver Fig.)
Cualquier
recipiente, tal como el recipiente mostrado en la Fig en el cual se evapora un
refrigerante se llama un “evaporador”.
"Control de la temperatura de
evaporación.
La temperatura a la cual el líquido se evapora
en el evaporador puede controlarse mediante el control de la presión del vapor
sobre el líquido. Por ejemplo, se instala una válvula de mano en la línea de
ventilación y se cierra parcialmente dicha ventilación para que el vapor no
pueda escaparse libremente del evaporador. Al ajustar cuidadosamente la válvula
de ventilación para regular el flujo de vapor que sale del evaporador, se puede
controlar la presión del vapor sobre el líquido y producir la evaporación del
R-22 a cualquier temperatura deseada entre –40,8°C y los 25°C de la temperatura
del ambiente.
Mantenimiento de una evaporación
continúa.
La evaporación continúa del líquido en el
evaporador requiere un suministro continuo de líquido de relleno cuando la
cantidad de líquido en el evaporador debe permanecer constante. Un método para
rellenar el suministro de líquido en el evaporador consiste en utilizar una
válvula de boya, tal como se muestra en la Fig.
Todos los aparatos, tales como la válvula de boya,
utilizados para regular el flujo de refrigerante líquido en el evaporador se
denominan como “control de flujo de refrigerante”
! Recuperación del
refrigerante
A la vez por conveniencia y ahorro, no es práctico permitir
que se escape a la atmósfera el vapor refrigerante. El vapor debe recogerse y
volver a utilizarse continuamente. Para reutilizarse, el refrigerante debe
llegar en forma líquida al evaporador, porque sólo puede absorber calor para su
evaporación. Pero como el refrigerante sale del evaporador en forma de vapor,
debe reducirse nuevamente a líquido antes de poder reutilizarse.
La forma más sencilla de proceder consiste en condensar el
refrigerante evaporado cuando abandona el evaporador. Para condensar el
refrigerante, el calor latente entregado por el vapor durante la condensación
debe transferirse a otro medio. Para ello, generalmente se utiliza agua o aire.
El aire o el agua deben tener una temperatura inferior a la temperatura de
condensación del refrigerante. A una presión dada, la temperatura de
condensación y evaporación de un fluido es la misma.
Si un refrigerante se evapora a 10°C, se debe condensar a la
misma temperatura. Por lo tanto, se necesita aire o agua a una temperatura
inferior a ésta. Obviamente, si el aire o el agua se encuentran a una
temperatura inferior, no se necesita una refrigeración mecánica.
Por ejemplo, si la presión del vapor es de 17kgf/cm2 abs,
condensará a una temperatura de 43,5°C. Luego, el vapor a 43,5°C puede
enfriarse por medio del aire o el agua disponibles. Para esto se necesita un
compresor.
La bomba utilizada para presurizar y hacer circular el
refrigerante evaporado se llama “compresor”. Cualquier recipiente, tal como el
mostrado en la Fig. , en el cual se condensa un refrigerante se denomina “condensador”.
Mejora del
intercambio de calor
La eficiencia del intercambio de calor depende de la
superficie del evaporador y del condensador en el cual se produce el
intercambio de calor. Se mejora la eficiencia del intercambio de calor al
reemplazar un simple recipiente por un serpentín, porque la superficie de este
último es mayor. [Ver Fig. 1-49(b)]Además, al poner aletas sobre el serpentín,
se logra una mayor eficiencia del intercambio de calor. [Ver Fig. 1-49(c)]
El volumen de aire también constituye uno de los factores
importantes en el intercambio de calor. Un suministro de aire por medio de un
ventilador eléctrico hace que la transferencia de calor sea aún más eficiente.
[Ver Fig. 1]
Durante la compresión, se efectúa un trabajo mecánico de
compresión del vapor para obtener una presión más alta. Para ello, el calor
entregado por el medio condensador en el condensador es la suma del calor absorbido
en el evaporador y del calor de compresión correspondiente al trabajo mecánico
del compresor. Por esta razón, el tamaño del condensador generalmente es superior
al del evaporador. (Ver Fig. 2)
Fig. 1
Fig. 2
Ahora, el refrigerante que fluye del condensador hacia el
cilindro se encuentra completamente en estado líquido (condensado) y está listo
para volver a circular hacia el evaporador.
Cualquier recipiente, tal como el mostrado en la Fig. 1-51,
en el cual un refrigerante condensado se almacena, se denomina “receptor”
La válvula de expansión, tal como la que se muestra en la
Fig. 1-51, se utiliza generalmente en lugar del conjunto de válvula de boya.
Ahora se ha completa do
el sistema de refrigeración.
5- Ciclo de refrigeración
Ciclo de refrigeración...Cuando el refrigerante circula en
el sistema, pasa por diversos cambios de estado o condición, cada uno de ellos
cambios se denomina un proceso.
El
refrigerante comienza en un estado o condición inicial, pasa por una serie de
procesos según una secuencia definida, y vuelve a su condición inicial. Esta
serie de procesos se denomina “ciclo de refrigeración”. El ciclo de
refrigeración simple se compone de cuatro procesos fundamentales.
(1) Expansión
(2) Evaporación
(3) Compresión
(4) Condensación
(1) Expansión
Al principio, el refrigerante líquido a temperatura y
presión altas fluye del receptor por el tubo de líquido hacia el control de
flujo de refrigerante.
La presión del líquido se reduce a la presión del evaporador
cuando el líquido pasa por el control de flujo de refrigerante, de tal forma
que la temperatura de saturación del refrigerante que entra en el evaporador es
inferior a la temperatura del ambiente refrigerado. Una parte del líquido se
evapora al pasar por el control de refrigerante para reducir la temperatura del
líquido hasta la temperatura de evaporación.
(2) Evaporación
En el evaporador, el líquido se evapora a una temperatura y
presión constantes, mientras el calor necesario para el suministro de calor
latente de evaporación pasa de las paredes del evaporador hacia el líquido que
se evapora. Todo el refrigerante se evapora en el evaporador y se recalienta en
el extremo del evaporador.
Pese a que la temperatura del vapor aumenta un poco en el
extremo del evaporador debido al recalentamiento, la presión del vapor no
varía. Aunque el vapor absorbe el calor del aire que rodea la línea de
aspiración, que aumenta su temperatura y disminuye ligeramente su presión
debido a la pérdida por fricción en la línea de aspiración, estos cambios no
son importantes para la explicación de un ciclo de refrigeración simple.
(3) Compresión
Por la acción del compresor, el vapor que resulta de la
evaporación se lleva por la línea de aspiración desde el evaporador hacia la
entrada de aspiración del compresor.
En el compresor, la temperatura y presión del vapor aumentan
debido a la compresión. El vapor de alta temperatura y alta presión se descarga
del compresor en la línea de descarga.
(4) Condensación
El vapor fluye por la línea de descarga hacia el condensador
donde evacua calor hacia el aire relativamente frío que el ventilador del
condensador hace circular a través del condensador.
Cuando el vapor caliente evacua calor hacia el aire más
frío, su temperatura se reduce a la nueva temperatura de saturación que
corresponde a la nueva presión, y el vapor se condensa, volviendo así al estado
líquido. Antes de que el refrigerante alcance el fondo del condensador, se
condensa todo el vapor y luego se subenfría. A continuación, el líquido
subenfriado pasa al receptor y queda
listo para volver a circular.
6- Piezas principales del sistema de refrigeración
Las piezas principales del sistema de refrigeración se
mencionan a continuación.
(1) Receptor
Su función consiste en proporcionar el almacenamiento para
el líquido procedente del condensador para que haya un suministro constante de
líquido para el evaporador, según las necesidades del mismo.
(2) Línea de líquido
Su función consiste en llevar el refrigerante líquido desde
el receptor hacia el control de flujo de refrigerante.
(3) Control de flujo de refrigerante
Sus funciones consisten en medir la cantidad adecuada de
refrigerante que va hacia el evaporador y en reducir la presión del líquido que
entra en el evaporador, para que así el líquido se evapore en el evaporador a
la temperatura baja deseada.
(4) Evaporador
Su función consiste en proporcionar una superficie de
transferencia de calor a través de la cual el calor pasa del ambiente
refrigerado al refrigerante evaporado.
(5) Línea de aspiración
Su función consiste en llevar el vapor de presión baja desde
el evaporador hacia la entrada de aspiración del compresor.
(6) Compresor
Sus funciones consisten en extraer el vapor del evaporador y
en aumentar la temperatura y presión del vapor para que éste pueda condensarse
con los medios de condensación normalmente disponibles.
(7) Línea de descarga
Su función es entregar el vapor a presión alta y temperatura
alta desde el compresor hasta el condensador.
(8) Condensador
Su función es proporcionar una superficie de transferencia
de calor a través de la cual el calor pasa del vapor refrigerante caliente a un
medio de condensación.
7- Lado bajo y lado alto
Un sistema de refrigeración se divide en dos partes según la
presión que el refrigerante ejerce en estas dos partes.
Lado bajo...
La parte de presión baja del sistema se compone del control
de flujo de refrigerante, el evaporador y la línea de aspiración. La presión
que ejerce el refrigerante en estas partes es la presión baja necesaria para
que el refrigerante se evapore en el evaporador. Esta presión se conoce como
“presión baja”, “presión del lado bajo”, “presión de aspiración “ o “presión de
evaporación”.
Lado alto...
La parte de presión alta del sistema se compone del
compresor, la línea de descarga, el condensador, el receptor y la línea de
líquido. La presión que ejerce el refrigerante en esta parte del sistema es la
presión alta necesaria para la condensación del refrigerante en el condensador.
Esta presión se llama “presión alta”, “presión de descarga” o “presión de
condensación”.
Los puntos divisorios entre los lados de presión alta y baja
del sistema son el control de flujo de refrigerante, donde la presión del
refrigerante se reduce de la presión de condensación a la presión de
evaporación, y las válvulas de descarga en el compresor, a través de las cuales
el vapor de presión alta se expulsa después de la compresión.
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