Curso de Refrigeraci贸n Industrial Condensador
Recibidor o receptor
Dispositivo de expansi贸n
Compresor Evaporador
M.C. e Ing. Jos茅 Luciano Saucedo Silva Agosto-2013
INDICE I-
CONCEPTOS DE LA REFRIGERACION.
II-
LOS REFRIGERANTES.
IIIIVVVI-
CICLO DE REFRIGERACION. EL COMPRESOR. EL CONDENSADOR. EL EVAPORADOR
I-
CONCEPTOS BASICOS DE REFRIGERACION
CONCEPTOS BASICOS
Calor (Q): es una forma de energía. Frío: es la ausencia de calor. Temperatura (T): es la intensidad ó nivel en el cual el calor puede ser medido. 1ra Ley de Termodinámica: La energía no se crea ni se destruye, únicamente se transforma . 2da Ley de Termodinámica: La energía calorífica (calor) se transfiere en forma natural en una sola dirección, de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. +T
-T
CONCEPTOS BASICOS
Fahrenheit: (°F) es una escala arbitraria para medir la intensidad del calor en la cual, los puntos de ebullición y congelación del agua son 212º y 32º respectivamente. Centígrados ó Celsius: (ºC) es una escala usada por algunos países para medir la intensidad del calor, en esta escala el agua hierve a 100º y se congela en 0º. Temperatura absoluta ºR (°Rankine): es la temperatura en grados Fahrenheit mas 460º. Esta basada en el cero absoluto, el cual es -460ºF. Teóricamente en este punto no existe la energía calorífica.
CONCEPTOS BASICOS
Temperatura absoluta ºK (°Kelvin): es la temperatura en grados Celsius ó Centígrados mas 273º. Esta basada en el cero absoluto, el cual es -273ºC. Teóricamente en este punto no existe la energía calorífica. PUNTO EBULLICION DEL AGUA
212 °
672 °
373 °
100 °
PUNTO CONGELACION DEL AGUA
32 °
492 °
273 °
0°
0°
460 °
255.2 °
-17.8 °
0°
-273 °
-460 °
0°
CERO ABSOLUTO
Fahrenheit
Rankine
Kelvin
Celcius
CONCEPTOS BASICOS Presión: es una fuerza ó peso ejercida por unidad de área. La presión de un fluido es la fuerza que ejerce éste sobre el área del recipiente que lo contiene, y ésta actúa en todas direcciones con el mismo valor. P = F / A Donde: P = Presión F = Fuerza o peso A = Area
F
A
PSI: es la abreviación de libras por pulgada cuadrada, y es la expresión más común para expresar presión.
CONCEPTOS BASICOS
Presión manométrica: es la presión medida sobre la presión atmosférica, siendo la presión que se lee en los manómetros (PSIG). Presión de vacío: es la presión por debajo de la presión atmosférica y es comúnmente expresada en pulgadas de mercurio ( pulg. Hg) o mm. de mercurio (mm. Hg). 0 Pulg Hg
PSIG
Presión Absoluta: es la presión indicada por un manómetro, más la presión atmosférica.(PSIA)
CONCEPTOS BASICOS Presión Barométrica (Presión Atmosférica): es la fuerza ó peso ejercida por la atmósfera. La presión barométrica estándar es considerada como 29.92 pulgadas (760mm) columna de mercurio ó 14.7 lbs/pulg² (1.033 Kg/cm²).
CONCEPTOS BASICOS PSI: es la abreviación de libras por pulgada cuadrada, y es la expresión más común para expresar presión. PSF: es la abreviación de libras por pie cuadrado y es igual a 144 veces las libras por pulgada cuadrada. Pulgadas de Mercurio: es una forma científica de medir presión. Una pulgada de mercurio equivale a 0.491 psi.
CONCEPTOS BASICOS Pulgadas de agua: es la forma común de medir presiones bajas, como lo es en sistema de ductos de aire. Una pulgada de agua es igual a 0.0361 psi. LEY DE DALTON PARA GASES QUE NO SE COMBINAN QUIMICAMENTE La presión total dentro de un recipiente, es igual a la suma de las presiones parciales ejercidas por cada uno de los gases contenidos.
PT= P1 + P2 + P3 ......
CONCEPTOS BASICOS
Volumen (V): es el espacio ocupado por una sustancia. Se mide en pies3 (pies cúbicos) o mt3 (metros cúbicos)
V Volumen especifico: es el espacio en pies cúbicos (m³) ocupado por una libra (Kg) de una sustancia determinada.
CONCEPTOS BASICOS Transferencia de calor: es el movimiento de una determinada cantidad de calor de un punto a otro, es también llamado flujo de calor.
METODOS DE TRANFERENCIA DE CALOR Conducción: es el flujo de calor en una sustancia desde una partícula a una partícula adyacente, a través de su mismo material. Un ejemplo de esto es la conducción de calor a través de una barra de metal cuando uno de sus extremos es calentado. El flujo de calor a través de los sólidos se efectúa por este método. +T
-T
Q
CONCEPTOS BASICOS
Convección: es la transmisión de calor causado por la circulación de un liquido ó gas, como el aire. Sí el movimiento es debido a los cambios en densidad causados por los cambios de temperatura, es llamada convección natural. Si la circulación es provocada por una bomba ó ventilador es llamada convección forzada. El flujo de calor a través de los fluidos es por este método. -T
+T
Q
FLUIDO
CONCEPTOS BASICOS Radiación: es la transmisión de calor a través del espacio desde un objeto a otro de más baja temperatura. Los rayos solares son un ejemplo de radiación.
Q +T
-T
CONCEPTOS BASICOS BTU: es una abreviación de British Thermal Unit, y es la cantidad de calor necesaria, que hay que añadir o retirar, de una libra de agua, para cambiar su temperatura un grado Fahrenheit.
1 lb
1 °F
Kilocaloría (Kcal): es la cantidad de calor necesaria, que hay que añadir ó retirar, de un Kilogramo de agua para cambiar su temperatura un grado Centígrado.
1 kg
1 °C
CONCEPTOS BASICOS Calor sensible: es el calor añadido o retirado, que causa un cambio de temperatura en una sustancia.
T Q
Calor latente: es el calor añadido o retirado, necesario para cambiar el estado físico de una sustancia.
T = kte
Q
CONCEPTOS BASICOS
Cambio de estado: es el cambio en las propiedades físicas de una sustancia causada por la adición ó sustracción de calor latente. Ejemplo: Hielo a agua; agua a vapor. Estados físicos: sólido, líquido y gaseoso. SUBLIMACION SOLIDO
LIQUIDO
GASEOSO
CONCEPTOS BASICOS Refrigerante: Es el fluido utilizado para producir un efecto de enfriamiento por absorción de calor mientras es vaporizado ó expandido, aprovechando su calor latente de evaporación. Refrigerante Secundario (Salmuera): Es una sustancia utilizada para enfriar indirectamente un objeto. Utiliza solamente su calor sensible para enfriar. El refrigerante secundario enfría el objeto, y este es enfriado por un refrigerante primario. Los más comunes son: aire, agua, salmueras, glicoles.
CONCEPTOS BASICOS Refrigeración: es el proceso de remover calor de un espacio, donde este no es deseable, y rechazarlo a un espacio donde este no es indeseable. Cuando el calor es removido de un espacio ú objeto su temperatura disminuye. Es necesario aplicar trabajo para poder realizarlo.
-T •
Q W
+T
Toneladas de Refrigeración: es el calor equivalente de derretir 2,000 Lbs de hielo a 32ºF en 24 Horas. Esto es igual a 288,000 BTU/Día, 12,000 BTU/Hora ó 200 BTU/minuto.
II- LOS REFRIGERANTES
LOS REFRIGERANTES
• En general, un refrigerante es cualquier cuerpo ó sustancia que actúa como agente de enfriamiento absorbiendo calor de otro cuerpo ó sustancia. • Como se analizó anteriormente, refrigeración es el proceso de remover calor. • También analizamos que el agua puede absorber calor y que cuando se evapora absorbe más calor que cuando solamente cambia su temperatura. • Sí nosotros queremos mantener un espacio no más alto que 230 °F, nosotros circularemos agua y la dejaremos evaporar, entonces el espacio se mantendrá a una temperatura constante no mayor que 230 °F.
LOS REFRIGERANTES • Cuando tratamos con alimentos, nosotros tenemos que mantener la temperatura del espacio más baja que 230°F. Los Enfriadores tienen que ser mantenidos de 35 a 55°F y los Congeladores de 0 a 20°F. En estos casos el agua no puede trabajar. Se han encontrado otros líquidos, cuyas propiedades químicas les permite evaporarse a mucha más baja temperatura. Estos hacen lo mismo que el agua, absorber calor al incrementar su temperatura ó al evaporarse.
LOS REFRIGERANTES
• Antes de la crisis de los refrigerantes clorofluorocarbonados (CFC), los refrigerantes más usados eran el Amoníaco, R-12, R-11, R-22 y R-502. • Algunos de estos refrigerantes contienen cloro el cual ataca la capa de ozono. Por lo tanto refrigerantes como el R-12, R-11 y R502, están siendo remplazados por refrigerantes ecológicos tales como el R-123, R-134A y R-404A. El R-22 y el Amoníaco están todavía en uso aunque el R-22 contiene pequeñas cantidades de cloro y será eliminado en el futuro.
LOS REFRIGERANTES
• CLASIFICACION DE LOS REFRIGERANTES
• CFC
(Cloro, Flúor y Carbono)
•HCFC (Hidrogeno, Cloro, Flúor y Carbono) •HFC
(Hidrogeno, Flúor y Carbono)
•ORGANICOS NATURALES
LOS REFRIGERANTES
• CLASIFICACION
CFC R-11 R-12 R-113 R-114 R-115 R-502
HCFC R-22 R-123
HFC R-134A R-125 R-139 R-162 HP-80 AZ-50
NATURALES AMONIACO CO2 PROPANO
LOS REFRIGERANTES
PUNTOS DE EBULLICION A LA PRESION ATMOSFERICA AMONIACO CO2 R-12 R-502 R-22 R-134A
-28°F -109°F -22°F -50°F -41°F -15°F
LOS REFRIGERANTES
• TOXICIDAD: Es un parámetro relativo entre la concentración y el tiempo de exposición para producir efectos nocivos en el hombre. •INFLAMABILIDAD Y EXPLOSIVIDAD: Por razones de seguridad los refrigerantes no deben ser inflamables y muchos menos explosivos. •PRESIONES OPERACIÓN: Es recomendable aplicar los refrigerantes, de modo que la presión de evaporación sea mayor a la presión atmosférica, con el fin de evitar la entrada de aire al sistema, y la presión de descarga no sea muy alta, para minimizar el costo del equipo.
LOS REFRIGERANTES •CARACTERISTICAS ECONOMICAS DE OPERACION: Es deseable que los refrigerantes tengan un alto coeficiente de rendimiento, esto es, una gran capacidad de enfriamiento con el mínimo consumo de potencia. Este coeficiente involucra características físicas y térmicas de los refrigerantes. Entre ellas está el calor latente de evaporación, el volumen específico como gas y la relación de compresión, entre otras. La temperatura del gas refrigerante al ser descargado por el compresor, determina el tipo de enfriamiento del mismo.
III- CICLO DE LA REFRIGERACION
CICLO DE LA REFRIGERACION •APLICACIÓN DE LIQUIDOS VAPORIZANTES: Sí queremos extraer calor de un espacio y mantener su temperatura, debemos circular un refrigerante líquido, a través de este espacio, que se evapore a una temperatura más baja que la deseada. PRESION ATMOSFERICA
REFRIGERANTE VAPORIZADO
EVAPORADOR REFRIGERANTE LIQUIDO
Q AREA A ENFRIAR
CICLO DE LA REFRIGERACION • Podemos controlar la temperatura del área, si controlamos la presión a la que evapora el refrigerante. • Entonces, lograremos diferentes temperaturas, al variar la “Presión de Evaporación”. PRESION ATMOSFERICA
PRESION DE CONTROL
REFRIGERANTE VAPORIZADO
EVAPORADOR REFRIGERANTE LIQUIDO
Q AREA A ENFRIAR
CICLO DE LA REFRIGERACION • También podemos controlar la presión utilizando un compresor. PRESION ATMOSFERICA
COMPRESOR
PRESION DE CONTROL
REFRIGERANTE VAPORIZADO
EVAPORADOR REFRIGERANTE LIQUIDO
Q AREA A ENFRIAR
CICLO DE LA REFRIGERACION • Añadimos un deposito, del cual estaremos reponiendo el refrigerante evaporado, además de un mecanismo de control de flujo, que a la vez, nos divide la alta presión de la baja. PRESION ATMOSFERICA
COMPRESOR
PRESION DE CONTROL
DISPOSITIVO REFRIGERANTE VAPORIZADO
EVAPORADOR REFRIGERANTE LIQUIDO
Q AREA A ENFRIAR
DE EXPANSION
DEPOSITO DE REFRIGERANTE
CICLO DE LA REFRIGERACION • Debido a que es económicamente inconveniente descargar el refrigerante a la atmósfera, se recupera por medio de un condensador, volviendo a su fase líquida y así completando el ciclo. COMPRESOR
CONDENSADOR
PRESION DE CONTROL
DISPOSITIVO REFRIGERANTE VAPORIZADO
EVAPORADOR
REFRIGERANTE LIQUIDO
Q AREA A ENFRIAR
DE EXPANSION
DEPOSITO DE REFRIGERANTE
CICLO DE LA REFRIGERACION • El ciclo de refrigeración básico tiene 4 componentes principales : • EVAPORADOR • COMPRESOR • CONDENSADOR • DISPOSITIVO DE EXPANSION
CICLO DE LA REFRIGERACION • EVAPORADOR: su propósito es el de absorber calor del
espacio ó producto que se está enfriando. Para absorber este calor, el refrigerante circulando por él, debe ser evaporado. • COMPRESOR: eleva la presión del gas, a una presión tal, en la que se pueda expulsar el calor a un medio externo, y así poder ser condensado. • CONDENSADOR: es la parte de sistema en donde se rechaza
el calor (de evaporación y de compresión). • DISPOSITIVO DE EXPANSION: divide la alta con la baja
presión. Alimenta de refrigerante al evaporador, en una condición que permita absorber calor de nuevo.
CICLO DE LA REFRIGERACION • Componentes Básicos del ciclo de Refrigeración Simple. Condensador
Recibidor o receptor
Q 4
1
3
2
Dispositivo de expansión
W (Q)
Compresor
Q Evaporador
M.C. e Ing. José Luciano Saucedo Silva Agost0-2013