Ejes y arboles de leva

TERMODINÁMICA

Ciclo Frigorífico

Alumnos: Amos Lucas, Retamozo Bruno, González Gonzalo, Fernández Gonzalo y Espinosa Matías Rubén.

Profesor: Genero

Escuela: E.E.T nº21 General Manuel Belgrano

Curso: 3º 2ª ELM

Año: 2015

CICLO FRIGORIFICO

La utilización del frío es un proceso conocido ya desde muy antiguo; en el siglo XII los chinos utilizaban mezclas de salitre con el fin de enfriar agua; los árabes en el siglo XIII utilizaban métodos químicos de producción de frío mediante mezclas; en los siglos XVI y XVII, investigadores y autores como Boyle, Faraday (con sus experimentos sobre la vaporización del amoníaco) etc, hacen los primeros intentos prácticos de producción de frío. En 1834, Perkins desarrolla su patente de máquina frigorífica de compresión de éter y en 1835 Thilorier fabrica nieve carbónica por expansión; Tellier construyó la primera máquina de compresión con fines comerciales, Pictet desarrolla una máquina de compresión de anhídrido sulfuroso, Linde otra de amoníaco, Linde y Windhausen la de anhídrido carbónico, Vincent la de cloruro de metilo, etc. Un capí- tulo aparte merece Carré, propulsor de la máquina frigorífica de absorción

El ciclo de absorción no es un descubrimiento reciente. Sus antecedentes pueden situarse en 1755, cuando el escocés William Cullen consiguió obtener una pequeña cantidad de hielo en una campana donde mantenía una presión reducida. Poco después, en 1777, otro escocés, Gerald Nairne, introducía ácido sulfúrico en la campana de Cullen, de manera que el vapor de agua fuera absorbido por este, dejando espacio para permitir una mayor evaporación de agua. Algo más tarde, en 1810, John Leslie coloca dentro de la campana bajo vacío, un recipiente con el agua a evaporar y en el fondo otro recipiente con el ácido sulfúrico, logrando una producción de 3 kg de hielo por hora.

Pero es finalmente el francés Ferdinand Carré, quién construye y comercializa la primera máquina de absorción, destinada principalmente a la fabricación de hielo, utilizando amoniaco como refrigerante y agua como absorbente. Esta máquina fue patentada en 1859 y obtuvo el premio de la Exposición Universal de Londres de 1862. En 1875 el buque Paraguay, equipado con maquinas de Carré, transportó por primera vez carne congelada desde Buenos Aires hasta el puerto de Le Havre.

Sistemas Frigoríficos:

Los denominados sistemas frigoríficos o sistemas de refrigeración corresponden a arreglos mecánicos que utilizan propiedades termodinámicas de la materia para trasladar energía térmica en forma de calor entre dos o más focos, conforme se requiera. Están diseñados primordialmente para disminuir la temperatura del producto almacenado en cámaras frigoríficas o cámaras de refrigeración las cuales pueden contener una variedad de alimentos o compuestos químicos, conforme especificaciones.

Cabe mencionar la radical diferencia entre un sistema frigorífico y un circuito de refrigeración, siendo este último un mero arreglo para disminuir temperatura el cual se define como "concepto", ya que su diseño (abierto, semi abierto, cerrado), fluido (aire, agua, incluso gas refrigerante), flujo (sólo frío o "bomba de calor") varían conforme la aplicación. Estos varían desde el clásico enfriamiento de motores de combustión interna por medio de agua hasta el water cooling utilizado en enfriamiento de computadores. Los sistemas frigoríficos tienden a ser bastante más complejos que un circuito de refrigeración y es por eso que se presentan aparte.

Maquina Frigorífica:

La maquina frigorífica tiene por objeto sustraer calor de un determinado ambiente: se la emplea en muy diversos fines, tales como: la conservación de alimentos, la fabricación del hielo, el acondicionamiento del aire, la congelación de la parafina del petróleo, la fabricación de caucho en frio, la obtención del oxigeno del aire, etc.
El proceso general de la maquina frigorífica consiste en la absorción del calor del cuerpo que se trata de enfriar y de su evacuación a una temperatura mas alta, proceso que se realiza mediante un fluido (aire, amoniaco, anhídrido, carbónico, gas freón, incluso vapor de agua), denominado refrigerante. Se distinguen dos tipos de maquinas frigoríficas a saber:
- La maquina frigorífica con compresor o de evaporación, en la cual el refrigerante es comprimido mecánicamente.
-La maquina frigorífica de absorción en la cual el refrigerante es absorbido por una sustancia adecuada.

Como “refrigerantes” se tienen:

-El amoniaco, el más antiguo, usado particularmente en la fabricación del hielo, por cuanto es económico y está indicado para bajas temperaturas y requiere poco volumen. Es toxico, irrita los ojos, la piel, y los pulmones; tienen tendencia a explotar, olor desagradable, corroe el cobre, el zinc y latón.
-El anhídrido carbónico, es seguro, se lo puede licuar más fácilmente que el aire, pero sus presiones de trabajo son elevadas.
-El anhídrido sulfuroso, cerrado no tiene problemas en los aparatos domésticos; es toxico, hierve a -10ºC lo que permite trabajar con presiones bajas; tiene olor penetrante y mezclado con agua es corrosivo.
-El cloruro de metilo, se usa en pequeñas maquinas frigoríficas; húmedo es corrosivo; si se pone en contacto con el aceite lubricante de la maquina hay necesidad de un “separador”. Tiene olor dulce; en grande concentraciones es peligroso pudiendo producir la muerte.
-El grupo Freón, cuyo nombre comerciales más comunes son: “Freón”, “Genetrón” e “Isotrón”. Están compuestos por varios hidrocarburos halogenados. Son muy apreciados por su densidad y sus temperaturas de congelación, ebullición y critica. El más común es el R12; es incoloro y despide un débil olor a éter. Solo ataca los metales; no irrita las mucosas ni altera los alimentos.
- El vapor de agua, es muy económico no toxico, fácil de controlar. Tiene un calor latente de vaporización más elevado que los demás refrigerantes.

La elección de un refrigerante para una determinada instalación de refrigeración depende:
-De las  presiones y las temperaturas a las cuales se vaporiza.
-Del calor latente de vaporización.
-Del olor.
-Del volumen especifico.
-De la temperatura de solidificación.
-De su poder corrosivo y del poder disolvente.
-De su posibilidad de Explosión y combustión.
-De sus defectos tóxicos o sus inocuidad con respecto a las sustancias alimenticias.
-De su costo.

Por compresión

Fundamento de su funcionamiento:

Teóricamente las maquinas frigoríficas funcionan con un ciclo de carnot inverso al de la maquina térmica, con un rendimiento o eficiencia dado por la siguiente expresión:

[pic 1]

En el cual:

Q1= Cantidad de calor que la maquina extrae del foco frio.
A.W= Equivalente calórico del trabajo que recibe la maquina.
Q1= Q2 + A.W= Cantidad de calor que la maquina entrega al foco caliente.
T1 y T2= Temperatura absoluta del foco caliente y del foco frio.

[pic 2]

En el diagrama entrópico, el ciclo de carnot de la maquina frigorífica se desarrolla de la siguiente manera:
-Una expansión Isoentrópica 1-2 del “refrigerante”, con un descenso de temperatura de T1 a T2.
-Una expansión Isotérmica 2-3 durante la cual el refrigerante se evaporiza extrayendo la cantidad de calor Q2 del foco frio.
-Una compresión Isoentrópica 3-4 durante la cual el “refrigerante” recibe el equivalente calórico A.W del trabajo del motor que hace  mover a la maquina frigorífica elevándose la temperatura hasta T2-T1.
-Una compresión Isotérmica 4-1 durante la cual el “refrigerante” se condensa cediendo una cantidad de calor Q1 al foco caliente.

Es decir, el “refrigerante” evoluciona recibiendo calor a temperatura y presión bajas y lo descargar a una temperatura y presión más elevada.

[pic 3]

El modo de obtención de frío con este sistema describe un ciclo teórico que podemos resumir de la siguiente manera:

• Se comprime el refrigerante en estado gaseoso mediante un compresor, de modo que se eleva la presión y temperatura del gas.

• Se hace circular el fluido (gas) por un condensador, en él se condensa el refrigerante a presión constante (líquido), cediendo calor al medio exterior, normalmente aire o agua.

• Se pasa el líquido refrigerante por una etapa de expansión donde pierde presión y temperatura evaporándose una pequeña fracción del líquido.

• El refrigerante con bajas temperaturas y presión se pasa por un evaporador en el que el refrigerante se evapora (gas), absorbiendo calor del medio exterior y logrando así el efecto frigorífico deseado.

• Finalmente se vuelve a comprimir el gas, reiniciando el ciclo.

El compresor, normalmente está accionado por un motor eléctrico, y en equipos de pequeña potencia casi en exclusiva son moto-compresores herméticos accionados por motores asíncronos monofásicos.

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