MANUAL DE BUENAS PRÁCTICAS EN REFRIGERACIÓN
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MANUAL DE BUENAS
PRÁCTICAS EN
REFRIGERACIÓN
como los CFC, HCFC, HFC y otros (sistemas de absorción de amoniaco, de
bromuro de litio, entre los más usuales); máquinas de aire en sistemas abiertos
o cerrados (muy ineficientes); equipos de enfriamiento de baja capacidad
(hasta 1 ton de refrió.) que usan el efecto Peltier o efecto termoeléctrico; otros
sistemas refrigerantes a base de propano o butano y para refrigeración de muy
baja temperatura se utiliza CO2.
La criogenia en sí constituye un área altamente especializada de la
refrigeración para lograr temperaturas muy bajas hasta cerca del cero absoluto (-273 ºC),
cuando se trata de licuar gases como helio, hidrógeno, oxígeno, o en procesos
de alta tecnología y energía atómica.
La refrigeración mecánica se usa actualmente en acondicionamiento de
aire para el confort así como congelación, almacenamiento, proceso, transporte
y exhibición de productos perecederos.
Ampliando estos conceptos, se puede decir que sin la refrigeración sería
imposible lograr el cumplimiento de la mayoría de los proyectos que han hecho
posible el avance de la tecnología, desde la construcción de un túnel, el
enfriamiento de máquinas, el desarrollo de los plásticos, tratamiento de
metales, pistas de patinaje, congelamiento de pescados en altamar, hasta la investigación
nuclear y de partículas, aplicaciones en el campo de la salud y otros.
Clasificación según la aplicación:
1. Refrigeración doméstica.
2. Refrigeración comercial.
3. Refrigeración industrial.
4. Refrigeración marina y de transporte.
5. Acondicionamiento de aire de “confort”.
6. Aire acondicionado automotriz
7. Acondicionamiento de aire industrial.
8. Criogenia.
4 Objetivo de la refrigeración mecánica
El objetivo de la refrigeración mecánica es enfriar un objeto o ambiente
por medio de los dispositivos desarrollados por el ser humano para este fin.
Para lograr este propósito partimos de conocimientos de la física de los
materiales y en particular, los gases, según los cuales, el calor, como forma
de energía, siempre tiende a fluir hacia un contorno más frío. Este proceso
físico se efectúa a mayor o menor velocidad según las características de resistencia
que oponga el material por el cual el calor circula, si es un sólido; o según
la velocidad, forma,
Posición, densidad y otras propiedades, si se trata de un fluido como el
aire o el agua.
Por consiguiente, se ha hecho necesario definir una serie de fenómenos
que involucran el proceso de enfriamiento y también crear herramientas que faciliten
tanto el uso de esas definiciones como la comprensión directa a partir de las
características de cada fenómeno representado. Tal es el caso de los diagramas,
gráficos y ecuaciones, por citar algunos.
5 Definiciones
Debemos saber que la técnica de la refrigeración está íntimamente ligada
con la termodinámica; es decir relacionada con la transferencia de calor. Con el
fin de entender bien la acción de los refrigerantes dentro de un sistema es
necesario conocer las leyes que gobiernan el proceso.
Temperatura: La temperatura de un cuerpo es su estado relativo de calor
o frío. Cuando tocamos un cuerpo, nuestro sentido del tacto nos permite hacer una
estimación aproximada de su temperatura, de modo análogo a como la sensación de
esfuerzo muscular nos permite apreciar aproximadamente el valor de una fuerza.
Para la medida de la temperatura debemos hacer uso de una propiedad física
medible que varíe con aquella, lo mismo que para la medida de una fuerza
empleamos alguna propiedad de un cuerpo que varía con la fuerza, tal como un
resorte en espiral.
El instrumento utilizado para la medición de temperatura se
denomina termómetro, en el cual se emplean diversas propiedades de materiales
que varían con la temperatura, tales como: la longitud de una barra, el volumen
de un líquido, la resistencia eléctrica de un alambre o el color del filamento
de una lámpara, entre otros.
Escalas termométricas: Se ha definido dos escalas de temperatura, una en
el Sistema Internacional [SI], cuya unidad es el grado centígrado [ºC] y la
otra en el sistema inglés, en el cual la unidad es el grado Fahrenheit [ºF].
Ambas se basan en la selección de dos temperaturas
de referencia, llamados puntos fijos: el punto de fusión del hielo
[mezcla de agua saturada de aire y hielo] y el punto de ebullición del agua,
ambos a
la presión de una atmósfera.
En la escala del SI [centígrada] el punto de fusión del hielo
corresponde al cero de la escala y el punto de ebullición del agua a la
división 100.
En la escala del sistema inglés [Fahrenheit], estos puntos
característicos corresponden a las divisiones 32 y 212 respectivamente.
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En la escala centígrada cada división es 1/100 parte del rango definido
y se le denomina grado centígrado.
En la escala Fahrenheit se obtiene dividiendo la longitud de la columna
entre los puntos fijos en 180 divisiones. Ambas escalas pueden prolongarse por
fuera de los puntos de referencia. No existe un límite conocido para la máxima
temperatura alcanzable, pero si lo hay para la temperatura mínima.
Este valor se denomina cero absoluto y corresponde a - 273,2 ºC.
Existe una tercera escala cuyo punto cero coincide con el cero absoluto
y tiene sus equivalencias en la escala centígrada y Fahrenheit. Estas escalas
se denominan absolutas. La escala centígrada absoluta se denomina también
Kelvin y la escala Fahrenheit absoluta se denomina Rankine. Las temperaturas de
la escala Kelvin exceden en 273 º las correspondientes de la escala centígrada y
la escala Rankine
en 460 º a las de la escala Fahrenheit. Por lo tanto los puntos de fusión
del hielo y de evaporación en las escalas equivalentes absolutas serán:
Expresado en fórmulas:
TK [Kelvin] = 273 + tC
TR [Rankine] = 460 + tF
En virtud de que las escalas, centígrada y Fahrenheit se dividen en 100
y 180 divisiones respectivamente, el intervalo de temperatura correspondiente
a un grado centígrado es 180/100 o sea 9/5 del intervalo de temperatura
correspondiente a un grado Fahrenheit.
El punto cero de la escala Fahrenheit está evidentemente 32 F por debajo
del punto de fusión del hielo. Se consideran negativas las temperaturas por debajo
del cero de cada escala.
Para convertir una temperatura expresada en una escala en su valor
correspondiente en la otra escala, recurrimos al siguiente razonamiento, a
partir de un ejemplo: una temperatura de 15ºC es un valor situado 15 unidades
en esa escala por encima del punto de fusión del hielo. Puesto que ya vimos que
una división en la escala centígrada equivale a 9/5 de división en la escala
Fahrenheit, un intervalo de 15ºC corresponde a un intervalo de 15 x 9/5 = 27 F y
por consiguiente esta temperatura se encuentra un intervalo de 27 F por encima
del punto de fusión del hielo.
Expresado esto como una fórmula:
tF = 9/5 tC + 32
y su inversa:
tC = 5/9 (tF - 32)
Fórmulas éstas muy fáciles de memorizar y de gran utilidad cuando no se
dispone de una tabla de conversión y se necesita hacer la conversión en el campo.
Energía: Un cuerpo posee energía cuando es capaz de hacer trabajo
mecánico mientras realiza un cambio de estado.
La unidad de energía térmica es el joule [J], la kilo caloría [kcal], y
British Thermal Unit
[Btu]; para la energía eléctrica es el kilovatio hora
[Kwh].
• Energía cinética: es la energía que posee un
cuerpo debido a su movimiento.
• Energía potencial: es la energía debida a su
posición o configuración.
• Energía interna: podemos elevar la temperatura de un cuerpo, bien
poniéndolo en contacto con otro segundo cuerpo de temperatura más elevada, o
realizando trabajo mecánico sobre él; por ejemplo, el aire comprimido por una bomba
de bicicleta se calienta cuando empujamos el pistón hacia abajo, aunque también
podría calentarse colocándole en un horno. Si analizáramos una muestra de este
aire caliente, sería imposible deducir si fue calentado por compresión o por
flujo calorífico procedente de un cuerpo más caliente. Esto
promueve la cuestión de si está justificado hablar del calor de un cuerpo, puesto que el
estado presente del cuerpo puede haberse alcanzado suministrándole calor o haciendo
trabajo sobre él. El término adecuado para definir este estado es el de energía interna. La
energía interna de un gas a baja presión puede identificarse con la suma de las energías
cinéticas de sus moléculas. Tenemos evidencias exactas de que las energías de las
moléculas y sus velocidades, sea el cuerpo sólido, líquido o gaseoso, aumentan al aumentar la temperatura.
Escala absoluta Temperatura de fusión Temperatura de del hielo ebullición del agua
Kelvin 273 K 373 K
Rankine 492 R 672 R
Equivalente mecánico del calor: La energía en forma mecánica se mide en ergios, julios, kilográmetros,o libras-pie; la energía en forma térmica se mide en caloría, kilo caloría o Btu.
Se define la kilo caloría como 1/860 Kw-h, luego, por definición:
1 cal = 4,18605 julios
1 kilo caloría = 4186,05 julio = 427,1 kgm
1 Btu = 778.26 libras-pie
Trabajo: se lo representa por la letra [W], es el resultado de aplicar una fuerza sobre un objeto y obtener movimiento en el sentido de la fuerza aplicada.
Calor: se lo representa generalmente por la letra [Q]. Es una forma en que se manifiesta la energía. El calor, como la energía mecánica, es una cosa intangible, y una unidad de calor no es algo que pueda conservarse en un laboratorio de medidas. La cantidad de calor que interviene en un proceso se mide por algún cambio que acompaña a este proceso, y
una unidad de calor se define como el calor necesario para producir alguna transformación tipo convenida. Citaremos tres de estas unidades: la caloría kilogramo, la caloría-gramo y la unidad térmica británica [Btu].
• Una caloría-kilogramo o kilocaloría es la cantidad de calor que ha de suministrarse a un
kilogramo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado • Una caloría-gramo es la cantidad de calor que ha de suministrarse a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado.
• Un Btu es la cantidad de calor que ha de suministrarse a una libra de agua para elevar su
temperatura en un grado Fahrenheit.
Evidentemente, 1 caloría-kilogramo = 1000 calorías-gramo
Puesto que 1 libra = 0,454 kilogramos y 1F =
5/9 ºC, la Btu puede definirse como la cantidad de calor que ha de suministrarse a 0,454 kg de agua para elevar su temperatura en 5/9ºC, y equivale a:
1 Btu = 0,454 kilogramos X 5/9 ºC = 0,252 kcal.
Por consiguiente,
1 Btu = 0,252 kcal = 252 cal
Relación cuyo valor es muy útil recordar para cálculos en el campo. Las unidades de calor definidas varían levemente con la temperatura inicial del agua. Se conviene generalmente
utilizar el intervalo de temperatura entre 14,5 ºC y 15,5 ºC en el sistema internacional SI y entre 63 F y 64 F en el sistema inglés de medidas. Para la mayor parte de los fines la diferencia es lo bastante pequeña para que pueda considerarse despreciable.
Es esencial aclarar la diferencia entre cantidad de calor y temperatura. Estas expresiones suelen confundirse en la vida ordinaria. Para ello, un ejemplo:
Supuestos dos recipientes idénticos, montados sobre mecheros de gas idénticos, uno de ellos con una pequeña y el otro con una gran cantidad de agua, ambos a la misma temperatura inicial, digamos 20 ºC; si los calentamos durante el mismo tiempo comprobaremos mediante termómetros, que la temperatura de la pequeña cantidad de agua se habrá elevado más que la de la gran cantidad. En este ejemplo se ha suministrado la misma cantidad de calor a cada recipiente de agua obteniéndose un incremento de temperatura distinto. Continuando el experimento, si nos proponemos alcanzar una misma temperatura final, digamos 90 ºC, es evidente que la alcanzaremos más rápidamente en el recipiente con menor cantidad de agua, o lo que es igual, habremos necesitado menor cantidad de calor en este caso; o sea para un mismo rango de temperatura, las cantidades de calor necesarias han sido significativamente distintas. En términos termodinámicos se interpreta que el calor es la forma de energía que pasa de un cuerpo a otro en virtud de una diferencia de temperatura entre ellos.
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