La refrigeración mecánica se usa para remover calor de un medio más frío y expulsarlo a un medio más calido usando las propiedades de calor latente del refrigerante. El sistema de refrigeración debe proporcionar una temperatura de refrigerante inferior a la temperatura del medio que se va a enfriar y elevar la temperatura del refrigerante a un nivel superior a la temperatura del medio que se utiliza para la expulsión. Los elementos básicos que se requieren para la refrigeración mecánica son: el compresor, el evaporador, el condensador, y la válvula de expansión termostática.
Ciclo de Carnot.
El ciclo de Carnot es un ciclo termodinámico que se produce en un equipo o máquina cuando trabaja absorbiendo una cantidad de calor Q1 de una fuente de mayor temperatura y cediendo un calor Q2 a la de menor temperatura produciendo un trabajo sobre el exterior.
como se verá adelante, es mayor que el producido por cualquier máquina que funcione cíclicamente entre las mismas fuentes de temperatura. Una máquina térmica que realiza este ciclo se denomina máquina de Carnot. Como todos los procesos que tienen lugar en el ciclo ideal son reversibles, por lo que el ciclo puede invertirse y la máquina absorbería calor de la fuente fría y cedería calor a la fuente caliente, teniendo que suministrar trabajo a la máquina. Si el objetivo de esta máquina es extraer calor de la fuente fría (para mantenerla fría) se denomina máquina frigorífica, y si es ceder calor a la fuente caliente, bomba de calor
Ciclos reales de refrigeración por compresión y absorción.
El ciclo de Carnot invertido no es práctico para comparar el ciclo real de refrigeración. Sin embargo es conveniente que se pudieran aproximar los procesos de suministro y disipación de calor a temperatura constante para alcanzar el mayor valor posible del coeficiente de rendimiento. Esto se logra al operar una máquina frigorífica con un ciclo de compresión de vapor. En la Figura 3.15 se muestra el esquema del equipo para tal ciclo, junto con diagramas Ts y Ph del ciclo ideal. El vapor saturado en el estado 1 se comprime isoentrópicamente a vapor sobrecalentado en el estado 2. El vapor refrigerante entra a un condensador, de donde se extrae calor a presión constante hasta que el fluido se convierte en líquido saturado en el estado 3. Para que el fluido regrese a presión mas baja, se expande adiabáticamente en una válvula o un tubo capilar hasta el estado 4. El proceso 3-4 es una estrangulación y h3=h4. En el estado 4, el refrigerante es una mezcla húmeda de baja calidad. Finalmente, pasa por el evaporador a presión constante. De la fuente de baja temperatura entra calor al evaporador, convirtiendo el fluido en vapor saturado y se completa el ciclo. Observe que todo el proceso 4-1 y una gran parte del proceso 2-3 ocurren a temperatura constante.
. Ciclos de refrigeración de doble etapa y cascada.
El ciclo en cascada es un conjunto de ciclos de compresión de vapor simple en serie, de manera que el condensador de un ciclo de temperatura inferior, proporciona calor al evaporador de un ciclo de temperatura mayor. El refrigerante por lo general en cada circuito es diferente con el objeto de ajustar los intervalos de temperatura y presión.
SISTEMA DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR MÚLTIPLES ETAPAS Para sistemas de compresión de vapor, donde se desea reducir el trabajo de
entrada del compresor, se realizan modificaciones que consiste en incluir la
compresión multietapa con refrigeración intermedia. En estos ciclos de
refrigeración intermedia el sumidero de energía puede ser el mismo
refrigerante, ya que en muchos puntos del ciclo, la temperatura del
refrigerante es inferior a la temperatura del ambiente. Por tanto, el
intercambiador de calor que funciona como refrigerador intermedio, se
convierte en un intercambiador regenerativo, ya que el calor se transfiere de
forma interna en el sistema.
Cálculo de la potencia frigorífica
El cálculo de la potencia frigorífica de un equipo (las frigorías) se ha de realizar una vez completada la gráfica psicronométrica, es entonces cuando se extrae el siguiente dato: (aportación de kcal/kg aire)(1 kcal= 1 frigoría) En la gráfica anterior (Panel CELdek 5090 50mm) = 2´5 kcal/kg aire 2´5 kcal/kg aire x 1´2 densidad aire = 3 kcal/m3 Un enfriador del modelo AD-20-V impulsa un caudal de aire de 18000 m3/h con lo cual la potencia frigorífica de este modelo es de (3 kcal/m3 x 18000m3/h) = 54000 kcal/h. Según el tipo de actividad del local a tratar son necesarias un tipo de renovaciones (cuadro adjunto) pondremos cómo ejemplo una industria textil. 54000 kcal/h/25 renovaciones = 2160 frigorías/renovación. Por lo tanto renovaremos y enfriaremos el aire del local cada 2 minutos y 24 segundos.
Propiedades de los refrigerantes.
Es cualquier cuerpo o substancia que actúe como agente de enfriamiento, absorbiendo calor de otro cuerpo o substancia. Desde el punto de vista de la refrigeración mecánica por evaporación de un líquido y la compresión de vapor, se puede definir al refrigerante como el medio para transportar calor desde donde lo absorbe por ebullición, a baja temperatura y presión, hasta donde lo rechaza al condensarse a alta temperatura y presión
Sustitución y reciclado de refrigerantes.
Recuperar el refrigerante en fase de líquido, esto puede ser para sistemas grandes o pequeños donde tenga una toma para conectar las mangueras o sistemas que contengan un recibidor de líquido. Recuperado de refrigerante para equipos con el compresor sin funcionar, este es para sistemas pequeños como el doméstico y AC automotriz. Recuperado si el compresor funciona, retirar la manguera de baja y extraer por el lado de alta, en este efecto es importante tener el tanque de recuperado en un recipiente frío para que no se presurice el tanque.
