Principios De Refrigeracion

Principios de refrigeración

Definición y aplicación

La refrigeración es el proceso de conservación por tratamiento físico, que consiste en mantener un alimento o producto en buenas condiciones de temperatura (de -3ºC a 5ºC) para disminuir o inactivar microrganismos en reproducción. La reducción de temperatura se realiza extrayendo energía del cuerpo, generalmente reduciendo su energía térmica, lo que contribuye a reducir la temperatura de este cuerpo.

La refrigeración, aplicación médica, industrial, y doméstica de todo tipo depende de los sistemas de refrigeración.

La firma del Acuerdo de Kyoto hace que aumente la necesidad de las prácticas ya que muchos de los sistemas de refrigeración y de aire acondicionado usan una considerable cantidad de energía y por lo tanto contribuyen ya sea directa o indirectamente al calentamiento global.

Entre otras formas:

 Aprovechar diferencias de temperaturas entre el medio receptor y emisor. Transfiriendo el calor por convección, conducción o Radiación.

 Usar un proceso que requiera una aportación externa de energía en forma de trabajo, como el ciclo de Carnot.

 Aprovechar el efecto magneto-calórico de los materiales, como en la desimanación adiabática.

Las aplicaciones de la refrigeración son entre muchas:

 La Climatización, para alcanzar un grado de confort térmico adecuado para la habitabilidad de un edificio.

 La Conservación de alimentos, medicamentos u otros productos que se degraden con el calor. Como por ejemplo la producción de hielo o nieve, la mejor conservación de órganos en medicina o el transporte de alimentos perecederos.

 Los Procesos industriales que requieren reducir la temperatura de maquinarias o materiales para su correcto desarrollo. Algunos ejemplos son el mecanizado, la fabricación de plásticos, la producción de energía nuclear.

 La Criogénesis o enfriamiento a muy bajas temperaturas' empleada para licuar algunos gases o para algunas investigaciones científicas.

 Máquinas-herramientas: las máquinas herramientas también llevan incorporado un circuito de refrigeración y lubricación para bombear el líquido refrigerante que utilizan que se llama taladrina o aceite de corte sobre el filo de la herramienta para evitar un calentamiento excesivo que la pudiese deteriorar rápidamente.

CICLO MECANICO DE REFRIGERACIÒN

En un sistema de refrigeración se necesitan controles sobre el nivel de líquido del refrigerante y sobre la temperatura del espacio refrigerado. El control del líquido regula el flujo de refrigerante hacia el evaporador y también sirve como barrera de presión entre la alta presión de operación del condensador y la presión más baja de operación del evaporador. Estos dispositivos constituyen principalmente una restricción colocada en el sistema, la cual hace posible que el compresor por medio de su efecto de bombeo mantenga cierta diferencia de presión. Además, controlan la velocidad de flujo del refrigerante desde el lado de alta presión hacia el de baja

La válvula de expansión es un dispositivo que se usa para regular la entrada en el evaporador del agente refrigerante en su fase líquida, procedente del condensador a través de la correspondiente tubería, conocida como línea de líquido.

El refrigerante líquido a alta presión, que procede del depósito de la unidad condensadora pasa por la válvula de expansión para convertirse en líquido a baja presión. Dicha válvula es la divisoria entre las partes de alta y baja presión del sistema. Así, tiene dos funciones distintas:

Regular la velocidad de admisión de líquido en el serpentín de enfriamiento y consecuentemente controlar la proporción de área superficial interior que se encuentra en contacto con el refrigerante líquido.

Mantener constante la carga del compresor al mantener invariable la presión de succión.

De acuerdo a su funcionamiento se dividen en válvulas de expansión automática, termostática y de flotador, accionadas respectivamente por las diferentes presiones, temperaturas o nivel de refrigerante en el evaporador.

La válvula empleada en el laboratorio es termostática, de modo que posee un elemento térmico (bulbo) conectado por medio de un pequeño tubo capilar sellado.

En primer lugar científicamente la refrigeración se interpreta como ausencia de calor, por que en si el frió no existe, y depende que quieras saber, lo equipos principales para la refrigeración son:

1.- Compresor.

2.- Evaporador.

3.- Válvula de expansión.

4.- Condensador.

En cada uno de estos equipos se llevan procesos bastante importantes, para llevar acabo la refrigeración y a continuación se describen:

CIRCUITO REFRIGERANTE

Los términos físicos del proceso de refrigeración han sido tratados con anterioridad, sin embargo por razones prácticas el agua no se usa como refrigerante. Un circuito simple de refrigeración se construye como muestran los dibujos que siguen. En cada uno de ellos se describen los componentes individuales para aclarar el conjunto final:

Evaporador

Un refrigerante en forma líquida absorberá calor cuando se evapore, y este cambio de estado produce un enfriamiento en un proceso de refrigeración. Si a un refrigerante a la misma temperatura que la del ambiente se le permite expansionarse a través de una boquilla con una salida a la atmosfera, el calor lo tomará del aire que lo rodea y la evaporación se llevará a cabo a una temperatura que corresponderá a la presión atmosférica.

Si por cualquier circunstancia, se cambia la presión de la salida (presión atmosférica) se obtendrá una temperatura diferente de evaporación.

El elemento donde esto se lleva a cabo es el evaporador cuyo trabajo es sacar calor de sus alrededores y así producir una refrigeración.

Compresor

El proceso de refrigeración implica un circuito cerrado. A1 refrigerante no se le deja expansionar al afire libre.

Cuando el refrigerante va hacia el evaporador este es alimentado por un tanque. La presión en el tanque será alta, hasta que su presión se iguale a la del evaporador. Por esto la circulación del refrigerante cesará y la temperatura tanto en el tanque como en el evaporador se elevará gradualmente hasta alcanzar la temperatura ambiente.

Para mantener una presión menor y con esto una temperatura más baja, es necesario sacar el vapor del evaporador. Esto lo realiza el compresor el cual aspira vapor del evaporador. En términos sencillos, el compresor se puede comparar a una bomba que transporta vapor en el circuito del refrigerante.

En un circuito cerrado a la larga prevalece una condición de equilibrio. Para ampliar más este concepto tenemos que ver si el compresor aspira vapor más rápidamente, que el que se puede formar en el evaporador, la presión descenderá y con esto la temperatura en el evaporador. Por el contrario, si la carga en el evaporador se eleva el refrigerante se evaporará más rápidamente lo que producirá una mayor presión y por esto una mayor temperatura en el evaporador.

El compresor, forma de trabajo

El refrigerante sale del evaporador, o bien como vapor saturado o ligeramente recalentado y entra en el compresor donde es comprimido. La compresión se realiza igual que en un motor de explosión, esto es por el movimiento de un pistón.

El compresor necesita una energía y produce un trabajo. Este trabajo es transferido al vapor refrigerante y se le llama trabajo de compresión.

A causa de este trabajo de compresión, el vapor sale del compresor a una presión distinta y la energía extra aplicada produce un fuerte recalentamiento del vapor.

El trabajo de compresión depende de la presión y temperatura de la planta. Más trabajo, por supuesto requiere comprimir 1 Kg. de gas a 10 At (~bar) que comprimir la misma cantidad a 5 At. (~bar).

Condensador

El refrigerante deja su calor en el condensador y el calor es transferido a un medio que se encuentra a más baja temperatura. La cantidad de calor que suelta el refrigerante es el absorbido en el evaporador mas el calor recibido por el trabajo de compresión.

El calor se transfiere a un medio que puede ser aire ó agua, el único requisito es que su temperatura sea más baja que la correspondiente a la presión de condensación del refrigerante. El proceso en el condensador de otra manera se puede comparar con el proceso en el evaporador, excepto que tiene el “signo” opuesto, es por consiguiente el cambio de estado de vapor a líquido.

Proceso de expansión

El líquido procedente del condensador penetra en un tanque colector, el recipiente. Este tanque se puede comparar al mencionado en el punto 3.1. Al hablar del evaporador.

La presión en el recipiente es más alta que la presión en el evaporador a causa de la compresión (incremento de presión) que se lleva a cabo en el compresor. Para disminuir la presión, al mismo nivel del evaporador hay que colocar un dispositivo que lleve a cabo este proceso el cual se llama de estrangulación o expansión, por lo que este dispositivo es conocido por dispositivo de estrangulación o dispositivo de expansión. Normalmente se utiliza una válvula llamada por tanto válvula de estrangulación o válvula de expansión.

Delante de la válvula de expansión el fluido estará a una temperatura por encima del punto de ebullición. Al reducirle rápidamente su presión se producirá un cambio de estado, el líquido empezará a hervir y a evaporarse. La cooperación se lleva a cabo en el evaporador y así se completa

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