Ensayo Enfriadores

.1 Conceptos fundamentales sobre refrigeración

1.1.1 Introducción

La refrigeración se puede definir como la extracción de calor de una sustancia o espacio produciendo en ella una temperatura inferior a la de sus alrededores. El enfriamiento se efectúa por la evaporación del líquido refrigerante en un intercambiador de calor denominado evaporador.

La sustancia de trabajo usada en sistemas de refrigeración por compresión se denomina refrigerante. Las propiedades del refrigerante influyen mucho en el diseño de un sistema de refrigeración.

Mediante un sistema cerrado se transfiere calor de una región fría aun entorno o región con mayor temperatura con la intención de refrigerar, que es posible mediante de la manipulación de una sustancia refrigerante el cual se evapora, se condensa y se comprime en fase de vapor de manera repetitiva, este ciclo de refrigeración es denominada por compresión de vapor.

El sistema más simple y básico para la refrigeración por compresión de vapor a de constar físicamente con dispositivos tales como un evaporador, un compresor, un condensador y una válvula de estrangulamiento o expansión, que interconectados en ese mismo orden entre las regiones fría y cálida para cerrar el circuito para permitir fluir el refrigerante y se cumpla el ciclo.

Figura 1.

Para el análisis del comportamiento termodinámico de este tipo de sistema se desarrolla partiendo de un ciclo ideal donde no se tendrán cuenta las irreversibilidades de los dispositivos, transferencia de calor del ambiente, la compresión isoentrópica, etc. Básicamente el ciclo está definido por los estados 1-2-3-4 de la figura 1, estipulando 4 procesos.

El proceso básicamente se realiza en cuatro pasos, durante el primero el refrigerante que se encuentra en estado líquido a baja presión y temperatura debe evaporarse en un serpentín denominado evaporador así se logra un primer intercambio térmico entre el aire del interior del local más caliente y el refrigerante.

Una vez en estado de vapor se succiona y comprime mediante un compresor aumentando su presión y consecuentemente su temperatura, condensándose en un serpentín denominado condensador mediante una segunda cesión de calor, esta vez al aire exterior que se encuentra a menor temperatura.

De esa manera en el tercer paso, el refrigerante en estado líquido a alta presión y temperatura vuelve al evaporador mediante una válvula de expansión el cual a consecuencia de su propiedad de capilaridad origina una significativa reducción de presión, provocando una cierta vaporización del líquido que reduce su temperatura, por último retorna a las condiciones iniciales del ciclo.

Se puede emplear agua como medio de enfriamiento para provocar la condensación en vez del aire exterior, la que es enfriada mediante una torre de enfriamiento.

El elemento básico es el compresor del tipo alternativo o a pistón que se utiliza en la mayoría de los casos. También se utilizan compresores rotativos para sistemas pequeños o tipo espiral llamado scroll. En grandes instalaciones se suelen emplear compresores axohelicoidales llamados a tornillo o del tipo centrífugo.

En la actualidad se están desarrollando varios sistemas que mejoran el consumo de energía del aire acondicionado, son el aire acondicionado solar y el aire acondicionado vegetal. El aire acondicionado solar utiliza placas solares térmicas o eléctricas para proveer de energía a sistemas de aire acondicionado convencionales. El aire acondicionado vegetal utiliza la evapotraspiración producida por la vegetación de un jardín vertical para refrigerar una estancia.

1.1.2 Sistemas de refrigeración

Los métodos de refrigeración que se utilizan generalmente son de compresión mecánica que consiste en la realización de un proceso cíclico de transferencia de calor interior de un edificio al exterior, mediante la evaporación de sustancias denominadas refrigerantes como el freón, las que actualmente están siendo reemplazados por refrigerantes alternativos que no afectan el medio ambiente y la capa de ozono, ya que por mucho tiempo se dio uso a mezclas especiales de gases para los sistemas de refrigeración que anunciaban la protección de la capa de ozono pero afectaban fuertemente el calentamiento global, un ejemplo es el refrigerante R134a, hoy día se busca utilizar derivados de los hidrocarburos al ser fluidos con cero Potencial de Calentamiento Global (PCG) y afectación a la capa de ozono.

1.1.3 Clasificación de los equipamientos

Los equipamientos de refrigeración se utilizan para enfriar y deshumidificar el aire que se requiere tratar o para enfriar el agua que se envía a unidades de tratamiento de aire que circula por la instalación, por ello, se pueden clasificar en dos grandes grupos:

• Expansión Directa.

• Expansión Indirecta (agua fría).

1.1.3.1 Expansión Indirecta

Los equipos de producción de agua fría están especialmente indicados para los grandes sistemas de acondicionamiento de aire por las ventajas que ofrece en cuanto a distribución y a la centralización de la producción de frío.

El agua se utiliza como refrigerante secundario. El agua es enfriada en transferencia

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