PRACTICAS EN REFRIGERACIÓN
Determinado de calor latente de vaporización. Por encima de este punto el gas no pasa a fase liquida a pesar de la presión.
El proceso de evaporación bajo las condiciones de presión o temperatura predeterminada, es progresivo y un punto cualquiera de él identifica porcentual mente la cantidad de líquido convertido en vapor y se define como calidad del vapor y en el gráfico podemos leer la alentaría [h] que le corresponde,
o sea la entalpía que el refrigerante tiene en ese punto. Esas líneas están dibujadas en la zona de evaporación de arriba hacia abajo y naturalmente están contenidas entre 0 (totalmente líquido) y 1 (totalmente vapor). La suma de puntos de calidad 1 corresponde a la línea de vapor saturado Por fuera de la curva de vapor, las líneas de temperatura constante están dibujadas casi verticalmente hacia arriba en la zona de líquido y casi verticalmente hacia abajo en la zona de gas sobre calentado.
Las líneas de entropía [s] constante están dibujadas en la zona de gas sobre calentado. En el caso de un ciclo de refrigeración, representan el proceso de compresión del refrigerante, el cual sucede isoentrópicamente.
Las líneas de volumen específico constante del gas refrigerante están indicadas en metros cúbicos por kilogramo del material [m3/kg] y están dibujadas en la zona de gas sobre calentado. Esta información nos permite conocer las características del gas en un
punto y en particular, en el ciclo de refrigeración, para conocer el volumen o la masa manejados por el compresor.
La breve descripción del gráfico de Mollier igura IV-a] antes hecha se puede entender mejor con ejercicios de aplicación en cada caso particular,
o con ejemplos, como veremos a continuación.
8.2 Ciclo mecánico de refrigeración
En el gráfico siguiente se superponen un esquema de un sistema de refrigeración y un gráfico de Mollier para destacar la correlación que existe entre ambos cuando se identifican los procesos que se llevan a cabo en cada uno de los cuatro componentes principales de un sistema de refrigeración con los puntos característicos que identifican cada uno de los pasos en el diagrama de Mollier.
Diagrama de un ciclo básico de refrigeración.
Debemos recordar que el objeto de un proceso de refrigeración es extraer calor de los materiales:
alimentos, bebidas, gases y de cualquier otro material que deseemos enfriar, valiéndonos de los principios de la física como del conocimiento del ingenio humano sobre el comportamiento de los fluidos y materiales desarrollados durante el avance de la tecnología.
Como su nombre, ciclo, lo indica, se trata de un proceso cerrado en el cual no hay pérdida de materia y todas las condiciones se repiten indefinidamente.
Dentro del ciclo de refrigeración y basado en la presión de operación se puede dividir el sistema en dos partes:
• Lado de alta presión: parte del sistema que esta bajo la presión del condensador.
• Lado de baja presión: parte del sistema que esta bajo la presión del evaporador.
El proceso básico del ciclo consta de cuatro elementos.
8.2.1 Lado de alta presión
Compresor: (1-2) comprime el refrigerante en forma de gas sobre calentado. Este es un proceso a entropía constante y lleva el gas sobre calentado de la presión de succión (ligeramente por debajo de la presión de evaporación) a la presión de condensación,
en condiciones de gas sobre calentado.
Condensador: (3-4) extrae el calor del refrigerante por medios naturales o artificiales (forzado). El refrigerante es recibido por el condensador en forma de gas y es enfriado al pasar por los tubos hasta convertir toda la masa refrigerante en líquido; su diseño debe garantizar el cumplimiento de este proceso, de lo contrario se presentarán problemas de funcionamiento.
Para condensadores enfriados por aire, puede decirse que la temperatura del refrigerante en un condensador debe estar 15K por encima de la temperatura promedio del aire alrededor de este (temperatura del condensador = temperatura ambiente + 15ºC).
Dispositivo de expansión: (5-6) es el elemento que estrangula el flujo del líquido refrigerante para producir una caída súbita de presión obligando al líquido a entrar en evaporación. Puede ser una válvula de expansión o un tubo de diámetro muy pequeño en relación a su longitud [capilar].
8.2.2 Lado de baja presión Evaporador: (6-7) suministra calor al vapor del refrigerante que se encuentra en condiciones de cambio de estado de líquido a gas, extrayendo dicho calor de los productos o del medio que se desea refrigerar.
El evaporador debe ser calculado para que garantice la evaporación total del refrigerante y producir un ligero sobrecalentamiento del gas antes de salir de él, evitando el peligroso efecto de entrada de líquido al compresor, que puede observarse como presencia de escarcha en la succión, lo cual prácticamente representa una condición que tarde o temprano provocará su falla.
Cumpliendo el ciclo, el sistema se cierra nuevamente al succionar el refrigerante el compresor en condiciones de gas sobre calentado.
8.2.3 Otros dispositivos
Adicional mente, usualmente se insertan a ambos lados de presión (alta/Baja) en el sistema, con fines de seguridad y de control, varios dispositivos como son:
Filtro secador: su propósito es retener la humedad residual contenida en el refrigerante y al mismo tiempo filtrar las partículas sólidas tanto de metales como cualquier otro material que circule en el sistema. Normalmente se coloca después del condensador y antes de la entrada del sistema de expansión del líquido. La selección del tamaño adecuado es importante para que retenga toda la humedad remanente, después de una buena limpieza y evacuación del sistema.
Visor de líquido: su propósito es el de supervisar el estado del refrigerante (líquido) antes de entrar al dispositivo de expansión. Al mismo tiempo permite ver el grado de sequedad del refrigerante.
Separador de aceite: como su nombre lo indica,retiene el exceso de aceite que es bombeado por el compresor con el gas como consecuencia de su admisibilidad y desde allí lo retorna al compresor directamente, sin que circule por el resto del circuito de refrigeración.
Solo se lo emplea en sistemas de ciertas dimensiones, Existen otros dispositivos que han sido desarrollados para mejorar la eficiencia del ciclo de refrigeración, tanto en la capacidad de enfriamiento (subenfriamiento),como en el funcionamiento (control de ecualización);o para proteger el compresor como es el caso de los presos tatos de alta y baja que bloquean el arranque del compresor bajo condiciones de presiones en exceso o en defecto del rango permitido de operación segura, e impiden que el compresor trabaje en sobrecarga o en vacío y los filtros de limpieza colocados en la línea de succión del compresor en aquellos casos en que se sospeche que el sistema pueda tener vestigios
Solo se lo emplea en sistemas de ciertas dimensiones, Existen otros dispositivos que han sido desarrollados para mejorar la eficiencia del ciclo de refrigeración, tanto en la capacidad de enfriamiento (subenfriamiento),como en el funcionamiento (control de ecualización);o para proteger el compresor como es el caso de los presos tatos de alta y baja que bloquean el arranque del compresor bajo condiciones de presiones en exceso o en defecto del rango permitido de operación segura, e impiden que el compresor trabaje en sobrecarga o en vacío y los filtros de limpieza colocados en la línea de succión del compresor en aquellos casos en que se sospeche que el sistema pueda tener vestigios
no detectados de contaminantes.
Relación entre el ciclo de refrigeración mecánica y el gráfico de Mollier, Es importante recordar que el gráfico de Mollier indica en el eje horizontal (o abcisa) la variación de la
entalpía y en el eje vertical (u ordenada), la variación de la presión absoluta. En el ciclo de refrigeración ilustrado se ha presentado al mismo tiempo el ciclo teórico y el ciclo real. Allí, al analizar con atención podemos observar y visualizar todos los pasos que ocurren dentro del sistema de refrigeración, así:
Arrancamos el proceso desde el punto 1 representado en la figura. Involucra el proceso [1-2] correspondiente al trabajo introducido por el compresor que lleva el gas del punto 1 al 2 transcurriendo a entropía constante. El refrigerante sale en forma de gas sobre calentado y va perdiendo calor rápidamente (de 2 a 3), a presión aproximadamente constante.
Luego dentro del condensador, bien sea por medios naturales (convención natural) o por ventilación forzada,se extrae el calor del refrigerante (de 3 a 4), proceso que transcurre a presión y temperatura constantes.
Allí, el refrigerante pasa de ser vapor saturado seco (gas), en el punto 3, a líquido o vapor saturado húmedo en el punto 4 y aproximadamente una vuelta antes de la salida del condensador. En la última parte del condensador, que corresponde al segmento [4-5], el
refrigerante en forma de líquido experimenta un enfriamiento adicional (tendiendo a la temperatura ambiente) y menor que la temperatura de condensación; denominando a esta parte zona de subenfriamiento.
Los procesos descriptor hasta ahora están dentro de lo que se definió como lado de alta presión del sistema.
Luego de estar en el punto [5], se inicia una caída súbita de presión que ocurre en el dispositivo de expansión, correspondiendo a los puntos [5-6]. Este es un proceso adiabático, es decir que sucede a entalpía constante. Podemos observar que la salida del vapor en el punto 6 no corresponde con la línea de líquido saturado sino que se presenta como una mezcla de vapor con baja calidad (Baja sequedad).
En ese punto se inicia el recorrido del vapor por el evaporador entre los puntos 6 y 7, tomando el calor que necesita para completar la evaporación a presión y temperatura constantes y es en este proceso cuando se realiza el efecto de refrigeración, o lo que es igual el enfriamiento de las superficies que están en contacto con el evaporador. Antes de salir del evaporador (algunas vueltas) el refrigerante ha llegado a condiciones de saturado seco (gas) en 7 y sigue calentándose hasta llegar a la succión del compresor de 7 a 1, nuevamente a presión aproximadamente constante. Este sobrecalentamiento nos permite asegurar que el refrigerante será aspirado siempre como gas. Esta parte del sistema es lo que se conoce como lado de baja presión del sistema.
En ocasiones se aprovecha la baja temperatura, a través de una disposición de las tuberías de retorno de gas al compresor y el dispositivo de expansión (en caso de que este sea un tubo capilar), dispuestas en contacto directo, en forma de intercambiado de calor, para subenfriar el refrigerante después de la salida del condensador, permitiendo ganar rendimiento del evaporador equivalente al segmento [4-5].
Adicional mente, el profesional que analiza el diagrama de Mollier podrá calcular para cualquier ciclo diseñado, la cantidad de calor que debe ser manejado en él y seleccionar el equipamiento necesario (compresor,
condensador, válvula de expansión, evaporador) según la masa de refrigerante a circular por el sistema.
8.4 Herramientas computacionales para el cálculo de sistemas de refrigeración
Se recomienda a los profesionales de la refrigeración que aún no estén familiarizados con la navegación en Internet, que adquieran las habilidades necesarias para hacerlo, pues en Internet se publican informaciones valiosas que deben ser
teniendo en cuenta para mejorar los procedimientos
empleados en servicios y se obtiene información
actualizada sobre las características y principios de
funcionamiento de gran cantidad de dispositivos y sistemas
que pueden serle de valiosa ayuda en su trabajo.
Debido a la complejidad de los cálculos para un
sistema de refrigeración o para el acondicionamiento
de ambientes, aunado a la tendencia y necesidad de
orden mundial cada vez mayor, de ser eficientes
energéticamente hablando, se han desarrollado un
gran número de herramientas computacionales (software)
para la asistencia en el diseño de estos sistemas.
La Universidad Técnica de Dinamarca, por
ejemplo, ha desarrollado un programa de cálculo de
sistemas de refrigeración que cubre diversos aspectos
de diseño y aplicaciones, de libre acceso, que resulta
ser una herramienta de gran utilidad para explicar
los diversos fenómenos que se llevan a cabo en un
sistema de refrigeración. También resulta de utilidad
práctica como guía para el cálculo efectivo de sistemas
y la toma de decisiones en el diseño. El idioma
empleado es el inglés. La dirección de Internet [URL]
en la WWW [World Wide Web] es:
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| ENFRIADORA |
