SiS-14CManualdeservicio     Equipos de     climatización y     refrigeración
PrefacioEste libro de texto está redactado para su utilización enlas clases del instituto destinadas a los técnicosprincip...
ContenidoCapítulo 1 ......... Principios fundamentales de refrigeración ........................... 3Capítulo 2 ......... ...
Capítulo 1 Principios fundamentales de refrigeración1.1 Presión .............................................................
Capítulo 1 Principios fundamentales de refrigeraciónPara estudiar la refrigeración y la climatización, es impor-   Tabla 1...
1.1.2 Fuerza y peso                                                Tabla 1-2Fuerza...Una fuerza se define como un impulso ...
¿                                                                                                      ¿    Bloque de hiel...
1.1.6 Presión atmosférica                                             La presión atmosférica se expresa de diferentes form...
Para convertir de una unidad a otra, utilice las fórmulassiguientes:                          Para convertir kgf/cm2 en at...
1.1.9 Presión absoluta y presión manométrica                       Ejemplo      : Un manómetro de presión indica 18kgf/cm2...
1.2.3 Transferencia de calorEl calor se transmite de un cuerpo a otro según los                                   Calormét...
1.2.6 Cero absolutoCero absoluto...El cero absoluto es la temperatura en la quese detiene el movimiento molecular. Es la t...
1.2.8 Fórmulas de conversión de temperaturaA veces resulta necesario convertir una temperatura de unaescala a otra. A cont...
1.2.9 Unidades de calorComo ya lo explicamos, un termómetro sólo mide laintensidad de calor, pero no mide una cantidad. Si...
Para convertir una unidad en otra, utilice las conversionessiguientes.                   Para convertir calorías en kiloca...
1.2.10 Trabajo, energía y potenciaTrabajo...El trabajo es la fuerza multiplicada por la distanciapor la que se desplaza.La...
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1.3.2 Cambio de fase del aguaSuponga que se debe calentar hielo picado a -50°C en unrecipiente mantenido sobre una llama d...
1.3.3 Saturación, recalentamiento y subenfriamientoLíquido de saturación...Cuando se aumenta la temperaturade un líquido h...
1.3.4 Temperatura de saturaciónLa temperatura de saturación es diferente para cadasustancia. El agua hierve a 100°C, el al...
Tabla 1-7 Tabla de saturación (R-22)  Presión   Temperatura   Presión   Temperatura   Presión   Temperatura   Presión   Te...
1.3.5 Calor sensible y calor latenteLa Fig. 1-33 indica el “diagrama de contenido de calor-temperatura de 1kg de agua cale...
1.3.6 Cálculo de la cantidad de calor                                         El calor latente requerido para un cambio de...
1.4 Refrigeración1.4.1 ¿Qué se entiende por “Refrigeración” y “Climatización”?Refrigeración...Se define como el proceso de...
(1) Barato(2) No venenoso(3) No explosivo                                                                                 ...
Para obtener una refrigeración continua, se debe enfriar   y hacer circular constantemente el agua. (Ver Fig. 1-41)   Algu...
La acción del conjunto de boya consiste en mantener un   nivel constante de líquido en el evaporador, dejando   fluir el l...
! Mejora del intercambio de calor  La eficiencia del intercambio de calor depende de la  superficie del evaporador y del c...
Fig. 1-52 Ciclo de refrigeración                                                 Aire de salida                           ...
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  1. 1. SiS-14CManualdeservicio Equipos de climatización y refrigeración
  2. 2. PrefacioEste libro de texto está redactado para su utilización enlas clases del instituto destinadas a los técnicosprincipiantes y de nivel intermedio.A pesar de que el contenido y las expresiones a vecespueden resultar inadecuados, los conocimientos y losconceptos elementales necesarios se presentan de talforma que se puedan comprender fácilmente.Esperamos que este libro de texto le resulte de granutilidad y eficiencia.
  3. 3. ContenidoCapítulo 1 ......... Principios fundamentales de refrigeración ........................... 3Capítulo 2 ......... Tabla “Mollier” ....................................................................... 31Capítulo 3 ......... Clasificación de los acondicionadores de aire .................... 49Capítulo 4 ......... Componentes ......................................................................... 59Capítulo 5 ......... Cableado eléctrico ................................................................. 83Capítulo 6 ......... Obras básicas ......................................................................... 97Capítulo 7 ......... Instalación ............................................................................ 131Capítulo 8 ......... Funcionamiento de prueba ................................................. 155Capítulo 9 ......... Detección y reparación de fallos ........................................ 173Capítulo 10 ....... Tabla sicrométrica ............................................................... 193Capítulo 11 ....... Cálculo de carga de refrigeración simple .......................... 203Capítulo 12 ....... Apéndice ............................................................................... 209Capítulo 13 ....... Explicaciones suplementarias ............................................ 247
  4. 4. Capítulo 1 Principios fundamentales de refrigeración1.1 Presión ...................................................................................................................................... 4 1.1.1 Masa ............................................................................................................................... 4 1.1.2 Fuerza y peso ................................................................................................................ 5 1 1.1.3 ¿Qué es la “presión”? ................................................................................................... 5 1.1.4 Unidades de presión ..................................................................................................... 6 1.1.5 Ley de Pascal ................................................................................................................. 6 1.1.6 Presión atmosférica ...................................................................................................... 7 1.1.7 Vacío ............................................................................................................................... 7 1.1.8 Conversión de las unidades de presión ...................................................................... 7 1.1.9 Presión absoluta y presión manométrica ................................................................... 91.2 Calor y temperatura ................................................................................................................. 9 1.2.1 ¿Qué es el “Calor”? ...................................................................................................... 9 1.2.2 Flujo de calor ................................................................................................................. 9 1.2.3 Transferencia de calor ................................................................................................ 10 1.2.4 ¿Qué es la “Temperatura”? ........................................................................................ 10 1.2.5 Escalas termométricas ............................................................................................... 10 1.2.6 Cero absoluto .............................................................................................................. 11 1.2.7 Escalas de temperatura absoluta .............................................................................. 11 1.2.8 Fórmulas de conversión de temperatura .................................................................. 12 1.2.9 Unidades de calor ....................................................................................................... 13 1.2.10 Trabajo, energía y potencia ........................................................................................ 151.3 Calor sensible y calor latente ................................................................................................ 16 1.3.1 Tres estados físicos ..................................................................................................... 16 1.3.2 Cambio de fase del agua ............................................................................................ 17 1.3.3 Saturación, recalentamiento y subenfriamiento ...................................................... 18 1.3.4 Temperatura de saturación ........................................................................................ 19 1.3.5 Calor sensible y calor latente ..................................................................................... 21 1.3.6 Cálculo de la cantidad de calor .................................................................................. 221.4 Refrigeración .......................................................................................................................... 23 1.4.1 ¿Qué significa “Refrigeración” y “Climatización”? ................................................. 23 1.4.2 Aislación térmica ........................................................................................................ 23 1.4.3 Carga térmica .............................................................................................................. 23 1.4.4 Refrigerante ................................................................................................................. 23 1.4.5 Principio de refrigeración ........................................................................................... 24 1.4.6 Ciclo de refrigeración ................................................................................................. 29 1.4.7 Piezas principales del sistema de refrigeración ....................................................... 29 1.4.8 Lado bajo y lado alto .................................................................................................. 30 3
  5. 5. Capítulo 1 Principios fundamentales de refrigeraciónPara estudiar la refrigeración y la climatización, es impor- Tabla 1-1tante dominar los principios fundamentales de la física y de Sistema métrico convencional yla termodinámica que se explican en este capítulo. Sistema yarda/libra sistema métrico SIA las personas que ya se familiarizaron con estos principiosfundamentales, este capítulo les servirá de repaso o dematerial de referencia. Las unidades constituyen un temaimportante de este capítulo. Se utilizan varias unidadessegún las aplicaciones y las regiones y por ahora no se halogrado la unificación de las mismas en el mundo. Elsistema yarda/libra sigue en uso en varios países, al tiempo ! Las unidades métricas convencionales y las unidadesque las industrias japonesas de refrigeración y métricas S.I. de masa son las mismas.climatización utilizan el sistema métrico.Además, el sistema métrico comprende varios tipos de Para convertir de una unidad a otra, utilice las fórmulassistemas. Para luchar contra la confusión causada por la siguientes:diversidad de unidades, se presenta y apoya ampliamenteel sistema internacional de unidades (SI) En este libro de Para convertir gramos en kilogramostexto, sin embargo, se explican todas las unidades delsistema métrico que se utilizan habitualmente, porque Para convertir gramos en onzasconsideramos que es demasiado precoz adoptarexclusivamente el sistema métrico SI, ya que este sistemano se utiliza en los manómetros, catálogos de productos ymateriales técnicos que los técnicos de servicio utilizan en Para convertir kilogramos en gramossu trabajo diario.Para que las personas familiarizadas con el sistema yarda/libra puedan leer este libro de texto, se explican las Para convertir kilogramos en librasfórmulas de conversión de las unidades del sistemamétrico convencional a las del sistema yarda/libra, así Para convertir onzas en gramoscomo al sistema métrico S.I. que será necesario en unfuturo cercano. Para convertir onzas en libras1.1 Presión Para convertir libras en kilogramos1.1.1 MasaMasa ............ La masa es la cantidad de materia Para convertir libras en onzas en una sustancia medida en gramos y kilogramos.Gramo(g) ..... Un centímetro cúbico (cm3) de agua a la temperatura de mayor densidad tiene Ejemplo Convierta 200 g en kg una masa de 1 g (Ver Fig. 1-1). Solución Ejemplo Convierta 500 g en oz Solución Ejemplo Convierta 4kg en g Solución Ejemplo Convierta 4kg en lb Solución Agua Ejemplo Convierta 50oz en g Solución Ejemplo Convierta 200oz en lb Solución Ejemplo Convierta 80lb en kgLas relaciones entre gramos, kilogramos y otras unidades Solución :se indican en la Tabla 1-1. Ejemplo Convierta 5lb en oz Solución 4
  6. 6. 1.1.2 Fuerza y peso Tabla 1-2Fuerza...Una fuerza se define como un impulso o una Sistema métrico Sistema métrico S.I. Sistema yarda libratracción. Es todo lo que tiene tendencia a poner un cuerpo convencionalen movimiento, a detener un cuerpo en movimiento o acambiar la dirección del movimiento. Una fuerza tambiénpuede cambiar el tamaño o la forma de un cuerpo.Peso...El peso es la fuerza más conocida. El peso de uncuerpo es una medida de la fuerza ejercida sobre el cuerpopor la fuerza de gravedad de la tierra. (Ver Fig. 1-2)Las unidades de fuerza son el kilogramo fuerza en el ¿sistema métrico convencional, el newton [N] en el sistema ¿métrico S.I.y la libra fuerza [lbf] en el sistema yarda / libra.Kilogramo fuerza [kgf]...Un kilogramo fuerza es la fuerza degravedad de un objeto que tiene una masa de 1 kg. Lafuerza de gravedad da una aceleración de 9,807 metros porsegundo por segundo al objeto. [Ver Fig. 1-3 (a)] ! Generalmente se abrevia kilogramo fuerza comoNewton [N]...Un newton es la fuerza que, cuando se aplica kilogramo, o libra fuerza como libra. Se hace esto inclusoa un cuerpo que tiene una masa de 1kg, proporciona una con sus símbolos “kgf” como “kg”, o “lbf” como “lf”.aceleración de un metro por segundo por segundo. Los aparatos de medición indican generalmente las[Ver Fig. 1-3 (b)] unidades de masa. En este capítulo debe entender bien la diferencia entre peso y masa.Las relaciones entre kilogramo fuerza y libra fuerza seindican en la Tabla 1-2. 1.1.3 ¿Qué es la “presión”? Presión...La presión es la fuerza por la superficie. Puede describirse como una medida de la intensidad de fuerza en Peso Constante del muelle un punto dado sobre la superficie de contacto. Puesto que la fuerza se distribuye de manera uniforme sobre una superficie dada, la presión en cualquier punto sobre la superficie de contacto es la misma y puede calcularse Masa dividiendo la fuerza total ejercida por la superficie total en la cual se aplica dicha fuerza. Esta relación se expresa por Fuerza de gravedad 9,807m/s2 la ecuación siguiente. (Ver Fig. 1-5) Tierra Donde Presión Fuerza total Superficie total Aceleración: 9,807m/s2 Masa: 1kg Fuerza: 1kgf Superficie total Presión Fuerza total Superficie unidad Aceleración: 1m/s2 Masa: 1kg Fuerza: 1N Un bloque de hielo (sólido) ejerce una presión sobre su soporte. El agua (líquido) ejerce una presión sobre los lados y la parte inferior de su contenedor. El vapor (gas) ejerce una presión sobre toda la superficie de su contenedor. (Ver Fig. 1-6) 5
  7. 7. ¿ ¿ Bloque de hielo Agua Vapor1.1.4 Unidades de presión ! Como las unidades de peso, las unidades de presión también se abrevian: kilogramo fuerza por centímetro cuadrado seLas unidades de presión son el kilogramo fuerza por abrevia en kilogramo por centímetro cuadrado, y libra fuerzacentímetro cuadrado [kgf/cm2] en el sistema métrico por pulgada cuadrada se abrevia en libra por pulgadaconvencional, el pascal [Pa), el kilopascal [kPa] en el cuadrada. Sus símbolos también se abrevian: kgf/cm2 en kg/sistema métrico S.I. y la libra por pulgada cuadrada [psi] en cm2 y lbf/pulg.2 en lb/pulg.2. En los manómetros generalmenteel sistema yarda libra. utilizados por los técnicos de servicio sólo se indica kg/cm2 o lb/pulg.2. No hay ningún problema en considerar que kg/cm2 oKilogramo fuerza por centímetro cuadrado [kgf/cm2]...Un lb/pulg2 son equivalentes respectivamente a kgf/cm2 o lbf/pulg2. sólido que pesa 1kgf con una superficie inferior a 1cm2 ejerce una presión de 1kgf/cm2 sobre una 1.1.5 Ley de Pascal superficie plana. [Ver Fig. 1-7 (a)] Ley de Pascal...La presión aplicada sobre un fluidoPascal [Pa]...Un pascal es un newton por metro cuadrado. encerrado se transmite de forma igual en todas las [Ver Fig- 1-7 (b)] direcciones. 1 kilopascal [kPa] = 1000 Pa La Fig. 1-9 ilustra la ley de Pascal. Muestra un cilindro lleno de fluido con diferentes formas de cámaras.Libras por pulgada cuadrada [psi]...Un sólido que pesa 1 lb Se instala un pistón en un cilindro pequeño que se conecta con una superficie de 1pulg.2 ejerce una presión de 1 a un cilindro mayor. Se aplica una fuerza al pistón en el psi sobre una superficie plana. [Ver Fig. 1-7 (c)] cilindro más pequeño. Los manómetros de presión indican que la presión se transmite igualmente en todas las direcciones y cámaras sin que importen el tamaño y la Fuerza (Peso) =1kgf forma de las cámaras. Superficie inferior Presión: Fuerza (Peso) =1N Superficie inferior Presión: Pistón Fuerza (Peso) =1lbf Fuerza 6
  8. 8. 1.1.6 Presión atmosférica La presión atmosférica se expresa de diferentes formas: Presión atmosférica = 1,033kgf/cm2Presión atmosférica...La Tierra está rodeada de una = 1atm envoltura de atmósfera o aire. El aire tiene un peso y = 760mmHg ejerce una presión sobre la superficie de la tierra. La = 101,3kPa presión ejercida por la atmósfera se denomina = 14,70lbf/pulg2 (psi) presión atmosférica. = 29,92 pulg HgEl peso de una columna de aire que tiene una base de 1centímetro cuadrado y que se extiende desde la superficiede la tierra a nivel del mar hasta los límites superiores de laatmósfera es de 1,033kgf (14,70lbf). Por lo tanto, la presión 1.1.7 Vacíosobre la superficie de la tierra a nivel del mar que resultadel peso de la atmósfera es de 1,033kgf/cm2 (14,70lbf/cm2) Vacío..Las presiones inferiores a la presión atmosférica se(Ver Fig. 1-10) llaman vacío. Vacío absoluto...Una presión que ya no puede reducirseBarómetro...Para medir en forma experimental la presión más se llama vacío absoluto. atmosférica, se utiliza un barómetro. Un barómetro Vacío imperfecto...Una presión inferior a la presión simple consiste en un tubo de vidrio sellado en un atmosférica, sin ser un vacío absoluto, se llama vacío extremo y abierto en el otro. Se rellena el tubo con imperfecto. mercurio, luego se sella el extremo abierto con un dedo y se lo coloca en un recipiente con mercurio. El vacío absoluto se expresa de diferentes formas, tal como Cuando se saca el dedo, el mercurio desciende al se indica a continuación. nivel correspondiente a la presión atmosférica. La Vacío absoluto = 0 kgf/cm2 altura de la columna de mercurio es de 760mm = 0 mmHg (29,92 pulg.) a nivel del mar en condiciones estándar. = 0 Pa (Ver Fig. 1-11) = 0 psi = 0 pulg.Hg Presión atmosférica Moléculas vacío Presión Vacío Vacío atmosférica imperfecto absoluto 760mm (29,92 pulg.) 1.1.8 Conversión de las unidades de presión Mercurio (Hg) La Tabla 1-3 indica las relaciones entre kgf/cm2, kPa, psi y otras unidades.Tabla 1-3 Sistemas métricos convencionales Sistema métrico S.I. Sistema yarda libra 7
  9. 9. Para convertir de una unidad a otra, utilice las fórmulassiguientes: Para convertir kgf/cm2 en atm Ejemplo Convierta 20kgf/cm2 en atm Solución Para convertir atm en kgf/cm2 Ejemplo Convierta 2 atm en kgf/cm2 Solución Para convertir kgf/cm2 en mmHg Ejemplo Convierta 1,5kgf/cm2 en mmHg Solución Para convertir mmHg en kgf/cm2 Ejemplo Convierta 745mmHg en kgf/cm2 Solución Para convertir kgf/cm2 en kPa Ejemplo Convierta 12kgf/cm2 en kPa Solución Para convertir kPa en kgf/cm2 Ejemplo Convierta 105kPa en kgf/cm2 Solución Para convertir kgf/cm2 en psi Ejemplo Convierta 20kgf/cm2 en psi Solución Para convertir psi en kgf/cm2 Ejemplo Convierta 300psi en kgf/cm2 Solución Para convertir kPa en psi Ejemplo Convierta 150kPa en psi Solución Para convertir psi en kPa Ejemplo Convierta 40psi en pKa Solución Para convertir psi en pulg. Hg Ejemplo Convierta 28psi en pulg. Hg Solución Para convertir pulg. Hg en psi Ejemplo Convierta 62 pulg. Hg en psi Solución 8
  10. 10. 1.1.9 Presión absoluta y presión manométrica Ejemplo : Un manómetro de presión indica 18kgf/cm2.Presión manométrica...La presión manométrica es la ¿Cuál es la presión absoluta en este caso?presión indicada por el manómetro. Es importante entender Solución : La presión absoluta = 18 + 1,03que los manómetros están calibrados para una lectura cero = 19,03 kgf/cm2de la presión atmosférica. Los manómetros sólo miden ladiferencia de presión entre la presión total del fluido en el Ejemplo : Un manómetro compuesto instalado en elrecipiente y la presión atmosférica. tubo de aspiración indica 200mmHg.Las presiones manométricas se expresan en “kgf/cm2G” o ¿Cuál es la presión absoluta?“psig”. Solución : Presión absoluta = 760 –200 = 560mmHgPresión absoluta...La presión absoluta es la presión “total”o la presión “verdadera” de un fluido. Cuando la presión deun fluido es superior a la presión atmosférica, la presiónabsoluta se determina añadiendo la presión atmosférica a 1.2 Calor y temperaturala presión manométrica. Cuando la presión del fluido esinferior a la presión atmosférica, la presión absoluta se 1.2.1 ¿Qué es el “Calor”?determina restando la presión manométrica de la presión El calor es una forma de energía. Está relacionado con laatmosférica. vibración o el movimiento molecular. Una molécula es laPara la resolución de la mayoría de los problemas de partícula más pequeña en la que se puede descomponerpresión y volumen o cuando se utiliza la tabla Mollier, es cualquier sustancia, conservando su identidad química.necesario utilizar las presiones absolutas. Cuando se calienta una sustancia, las moléculas se muevenLas presiones absolutas se expresan en “kgf/cm2abs” o rápidamente. Cuando se enfría una sustancia, su“psia”. movimiento disminuye. Cuando se quita todo el calor deSin embargo, se omiten generalmente las letras “G”, “g”, una sustancia, se detiene todo el movimiento molecular. En“abs” o “a”, salvo cuando resulta necesario discriminar la otros términos, cuando se calienta una sustancia, se añadepresión manométrica y la presión absoluta. calor, y cuando se enfría se quita calor. (Ver Fig. 1-14) Molécula 1.2.2 Flujo de calor Presión atmosférica El calor siempre fluye desde una sustancia más caliente hacia una más fría. Lo que sucede es que las moléculas que se mueven más rápidamente transmiten algo de su energía a las moléculas que se mueven más lentamente. Por lo tanto, las moléculas más rápidas ralentizan un poco su movimiento mientras que las más lentas lo aceleran un poco. (Ver Fig. 1-15) Sustancia Sustancia Vacío más fría más caliente absoluto Presión absoluta Presión atmosférica o Lectura manométrica Presión absoluta Calor Lectura manométrica 9
  11. 11. 1.2.3 Transferencia de calorEl calor se transmite de un cuerpo a otro según los Calormétodos siguientes.Radiación...El calor se transfiere en forma de movimientode onda similar a las ondas luminosas en las que la energíase transmite de un cuerpo a otro sin necesidad de que hayauna materia intermediaria. (Ver Fig. 1-16(a)) Temperatura Calor TermómetroConducción...Es el flujo de calor entre las partes de unasustancia. El flujo también puede ser de una sustancia a otracuando las mismas están en contacto directo. (Ver Fig. 1-16(b))Convección...Es el desplazamiento del calor de un lugar aotro mediante un fluido o el aire. (Ver Fig. 1-16(b)) 1.2.5 Escalas termométricasAlgunos sistemas de transferencia de calor utilizan una La escala de temperatura más común en el sistema métricocombinación de estos tres métodos. es la de Celsius, que también se llama a veces escala de centígrados. La otra escala termométrica común en el sistema yarda libra es la de Fahrenheit. El sistema métrico ión Radiac S.I. utiliza la escala de Kelvin, que se explica en el punto 1.2.7. La graduación de los termómetros de estas dos escalas se determina por la temperatura del hielo en fusión y la del agua hirviendo. Centígrado...En la escala de Centígrados, la temperatura del hielo en fusión o temperatura de congelación del agua es de 0°C. La temperatura del agua hirviendo es de 100°C. Hay 100 espacios o grados en la escala entre las temperaturas de congelación y de ebullición. Calentador eléctrico Fahrenheit...En el termómetro Fahrenheit, la temperatura del hielo en fusión o temperatura de congelación del agua cció n es de 32°F. La temperatura de ebullición del agua es de Conve 212°F. Esto deja 180 espacios o grados entre la temperatura de congelación y la de ebullición. ! Los puntos de congelación y ebullición se basan en las temperaturas de congelación y ebullición del agua a una presión atmosférica estándar. Agua Condu cción Punto de ebullición Quemador 100 espacios 180 espacios1.2.4 ¿Qué es la “Temperatura”?Temperatura...La temperatura mide la intensidad del calor oel nivel del calor de una sustancia. La temperatura sola noproporciona la cantidad de calor en una sustancia, sino queindica el grado de calor o lo caliente o fría que está unasustancia o un cuerpo. Punto de congelaciónEs importante no utilizar las palabras “calor” y“temperatura” a la ligera. Centígrado Fahrenheit 10
  12. 12. 1.2.6 Cero absolutoCero absoluto...El cero absoluto es la temperatura en la quese detiene el movimiento molecular. Es la temperatura másbaja posible. En este punto no queda ningún calor en lasustancia.1.2.7 Escalas de temperatura absolutaLas dos escalas de temperatura absoluta se utilizan en trabajoscon temperaturas extremadamente bajas o para resolverproblemas termodinámicos. El sistema métrico convencional yel sistema métrico S.I. utilizan la escala Kelvin, mientras que elsistema yarda libra utiliza la escala Rankine.Kelvin [K]...La escala Kelvin utiliza las mismas divisionesque la escala Celsius. El cero en la escala Kelvin (0K) es de273 grados bajo 0°C.Rankine [R]...La escala Rankine utiliza las mismasdivisiones que la escala Fahrenheit. El cero en la escalaRankine (0R) es de 460 grados bajo 0°F. Cero absoluto Kelvin Rankine 11
  13. 13. 1.2.8 Fórmulas de conversión de temperaturaA veces resulta necesario convertir una temperatura de unaescala a otra. A continuación, se indican las fórmulas para ello. Para convertir grados Celsius en grados Ejemplo Convierta 40°C en grados Fahernheit Fahrenheit. Solución Ejemplo Convierta 50°F en grados Celsius Para convertir grados Fahrenheit en grados Celsius. Solución Ejemplo Convierta -20°C en grados Kelvin Para convertir grados Celsius en grados Solución Kelvin. Ejemplo Convierta 400 K en grados Celsius Para convertir grados Kelvin en grados Solución Celsius Ejemplo Convierta 20°F en grados Rankine Para convertir grados Fahrenheit en grados Solución Rankine. Ejemplo Convierta 200R en grados Fahrenheit Para convertir grados Rankine en grados Solución Fahrenheit. 12
  14. 14. 1.2.9 Unidades de calorComo ya lo explicamos, un termómetro sólo mide laintensidad de calor, pero no mide una cantidad. Sinembargo, cuando se trabaja con calor, a menudo es Calor Calor Calor Calor Calornecesario determinar cantidades de calor. Obviamente, serequieren unidades de calor. Existen varias unidades de Calor Calorcalor. El sistema métrico convencional utiliza la caloría [cal] Calor Caloro la kilocaloría [kcal]. El sistema métrico S.I. utiliza los julios[J] y kilojulio [kJ]. El sistema yarda libra utiliza la British Calor Calor Calor Calor Calorthermal unit [Btu].Caloría [cal]...La cantidad de calor requerida o extraída paraaumentar o reducir en 1°C la temperatura de 1g de agua es ¿Cuánto?igual a 1cal. [Ver Fig 1-22(a)]Kilocaloría [kcal)...La cantidad de calor requerida o extraídapara aumentar o reducir en 1°C la temperatura de 1kg de 1 gradoagua es igual a 1kcal. [Ver Fig. 1-22(b)]Julio [J]...La cantidad de calor requerida para aumentar en1°C la temperatura de 1g de agua es equivalente a 4,187J. 1g de aguaLa cantidad de calor extraída para reducir en 1°C latemperatura de 1g de agua también es equivalente a Quemador4,187J. [Ver Fig. 1-22(a)] 1cal o 4,187J añadidoKilojulio [kJ]...La cantidad de calor requerida o extraídapara aumentar o reducir de 1°C la temperatura de 1kg deagua es equivalente a 4,187kJ. [Ver Fig. 1-22(b)] 1 gradoBritish thermal unit [Btu]...La cantidad de calor extraídapara reducir en 1°F la temperatura de 1lb de agua esequivalente a 1Btu. [Ver Fig. 1-22(c)] 1kg de aguaLa relación entre cal, kcal y otras unidades se indica en laTabla 1-4. 1kcal o 4,187J añadido 1 grado 1lb de agua 1Btu añadidaTabla 1-4 Sistema métrico convencional Sistema métrico S.I. Sistema yarda libra 13
  15. 15. Para convertir una unidad en otra, utilice las conversionessiguientes. Para convertir calorías en kilocalorías Ejemplo Convierta 2500cal en kcal Solución Para convertir kilocalorías en calorías Ejemplo Convierta 5kcal en cal Solución Para convertir kilocalorías en kilojulios Ejemplo Convierta 5kcal en kJ Solución Para convertir kilojulios en kilocalorías Ejemplo Convierta 100kJ en kcal Solución Para convertir kilocalorías en British Ejemplo Convierta 2500kcal en Btu thermal units Solución Para convertir British thermal units en Ejemplo Convierta 20.000Btu en kcal kilocalorías Solución Para convertir British thermal units en Ejemplo Convierta 25.000Btu en kJ kilojulios Solución Para convertir kilojulios en British Ejemplo Convierta 500kJ en Btu thermal units Solución Para convertir julios en kilojulios Ejemplo Convierta 8000J en kJ Solución Para convertir kilojulios en julios Ejemplo Convierta 2kJ en J Solución 14
  16. 16. 1.2.10 Trabajo, energía y potenciaTrabajo...El trabajo es la fuerza multiplicada por la distanciapor la que se desplaza.Las unidades de trabajo son el kilogramo fuerza metro [kgfm] en el sistema métrico convencional, el julio [J] en el Fuerzasistema métrico S.I. y el pie-libra fuerza [ft-lbf] en elsistema yarda libra.Kilogramo fuerza metro [kgf-m]...El kilogramo fuerza metro Fuerza: 1kgfes la cantidad de trabajo efectuado por una fuerza de 1kgfque desplaza 1m su punto de aplicación. [Ver Fig. 1-23(a)] Trabajo = Fuerza x Distancia = 1kgf x 1m = 1kgf.mJulio [J]...El julio es la cantidad de trabajo efectuado poruna fuerza de 1N que desplaza 1m su punto de aplicación.[Ver Fig. 1-23(b)]Energía...La energía es la capacidad o aptitud para efectuarun trabajo.En el trabajo de refrigeración, se deben considerar trasformas comunes de energía, relacionadas entre sí: energía Fuerzamecánica, eléctrica y térmica.El estudio de la refrigeración trata principalmente de laenergía térmica, pero ésta se produce generalmente Fuerza: 1Nmediante una combinación de energía eléctrica y mecánica. Trabajo = Fuerza x DistanciaEn una unidad refrigerante, la energía eléctrica fluye por un = 1N x 1m = 1Nm = 1Jmotor eléctrico y esta energía eléctrica se transforma enenergía mecánica que se utiliza para hacer girar uncompresor. El compresor comprime el vapor a una presióny temperatura elevadas, transformando la energíamecánica en energía térmica. (Ver Fig. 1-24) Energía eléctricaSe utilizan varias unidades para medir la energía mecánica,térmica y eléctrica. La Tabla 1-5 indica las relaciones entreestas unidades.Potencia...La potencia es el cociente entre el trabajo Energía mecánica Energía térmicarealizado y el tiempo empleado en realizarlo.Las unidades de potencia son el kilogramo fuerza metro porsegundo [kgfm/s] en el sistema métrico convencional,kilovatios (kw) en el sistema métrico S.I. y la fuerza pie librapor segundo [ft.lbf/s] en el sistema yarda libra.También existen otras unidades además de lasmencionadas. La Tabla 1-6 indica la relación entre estasunidades.Tabla 1-5 Sistema métrico Sistema métrico convencional Sistema yarda libra S.I. Energía Energía mecánica, Energía mecánica eléctrica Energía térmica eléctrica y térmica Energía mecánica Energía térmica 15
  17. 17. Tb1 1- 6 aa- l6 Tabla Sistema métrico convencional Sistema métrico S.I. Sistema yarda libra ! Esta sección sirve para entender que el calor es una forma de energía que puede convertirse en otras formas y viceversa. Muchas unidades de conversión representadas en esta sección se utilizan para calcular cargas y determinar la capacidad de un equipo destinado a aplicaciones de refrigeración específicas. 1.3 Calor sensible y calor latente1.1.3.1 Teet destados físicos.1 3 Tresofio r ssa s c s í s Hielo Agua Vapor Las sustancias existen en tres estados, y ello en función de su temperatura, presión y contenido térmico. Por ejemplo, el agua a presión atmosférica estándar es un sólido (hielo) a una temperatura inferior a 0°C (32°F), un líquido (agua) a partir de 0°C (32°F) hasta 100°C (212°F). A partir de 100°C (212°F) se transforma en gas (vapor). (Ver Fig. 1-25) Sólidos ...Un sólido es cualquier sustancia física que conserva su forma incluso cuando no está en un envase. Se compone de miles de millones de moléculas, todas exactamente del mismo tamaño, masa y forma. Las moléculas permanecen en la misma posición relativa con respecto a las otras y están en la condición de vibración rápida. Cuanto más baja es la temperatura, más lentamente vibran las moléculas. Cuanto más alta es la temperatura, más rápida es la vibración. Las moléculas son atraídas fuertemente una hacia la otra. Se necesita una fuerza considerable para separarlas. (Ver Fig. 1-26(a)) Líquidos ...Un líquido es cualquier sustancia física que cobra libremente la forma de su envase. Sus moléculas son atraídas fuertemente entre sí. Imagine las moléculas como si estuvieran nadando entre sus compañeras sin jamás separarse de ellas. Cuanto más alta es la temperatura, más rápidamente nadan las moléculas. [Ver Fig. 1-26(b)] Gases ...Un gas es cualquier sustancia física que debe encerrarse en un recipiente sellado para evitar que se escape a la atmósfera. Las moléculas tienen poca o ninguna atracción entre ellas, y vuelan en línea recta. Líquidos Ev Rebotan unas contra otras, contra otras sustancias o contra ap las paredes del recipiente. [Ver Fig. 1-26 ( c)] or ón ac si Co ón ió Fu La mayoría de las sustancias cambian su estado físico con n ci nd ca en ifi la adición o extracción de calor. lid sa So ció Causas de adición de calor n • sólidos que se transforman en líquidos...Fusión Sólidos Sublimación Gases • sólidos que se transforman en gases...Sublimación • líquidos que se transforman en gases...Evaporación Causas de extracción de calor • gases que se transforman en líquidos...Condensación Estos cambios de estado se producen bajo las mismas • líquidos que se transforman en sólidos...Solidificación combinaciones de temperatura y presión para cada (Ver Fig. 1-27) sustancia dada. 16
  18. 18. 1.3.2 Cambio de fase del aguaSuponga que se debe calentar hielo picado a -50°C en unrecipiente mantenido sobre una llama de gas. Cuando seaplica el calor, la temperatura del hielo picado aumentahasta que el hielo empieza a derretirse. Luego, la Temperatura [°C]temperatura se mantiene a 0°C mientras queda algunacantidad de hielo. Finalmente, todo el hielo picado setransforma en agua a una temperatura de 0°C. Obviamente,el gas que se quema proporciona calor al hielo. Perocuando la temperatura deja de aumentar, ¿adónde va estecalor? La respuesta es que el hielo se está derritiendo.Cambia de sólido a líquido. Ahora bien, para cambiar desólido a líquido, cualquier sustancia necesita la aplicaciónde calor.Cuando el hielo picado se ha derretido completamente, laaplicación posterior de calor aumenta la temperatura hastaque el agua comienza a hervir. Luego la temperatura dejade aumentar y se mantiene a 100°C mientras hierve elagua. Finalmente el agua se transforma en vapor a 100°C. VaporPara cambiar una sustancia de líquido a vapor, también se Hielorequiere la aplicación de calor. picadoCuando el agua se ha evaporado por completo, unaaplicación posterior de calor al vapor a 100°C aumenta la Aguatemperatura del vapor. Quemador Hielo Hielo Agua Agua y VaporTemperatura de fusión...La temperatura a la cual un sólido picado picado vaporse transforma en líquido se llama “temperatura de fusión“ y aguao “punto de fusión”. de A a B de B a C de C a D de D a E de E a FTemperatura de ebullición...La temperatura a la cual unlíquido se transforma en vapor se llama “temperatura de P= presión atmosféricaebullición”, a veces también llamada “punto de ebullición”,“temperatura de evaporación”, “temperatura deevaporación” o “temperatura de saturación”.La explicación de arriba se refiere al caso en el cual seincorpora calor a una sustancia. Si se extrae calor de lasustancia, el proceso se invierte. Por ejemplo, el vapor se Temperatura decondensa y el líquido se solidifica por extracción de calor. Temperatura de fusión solidificaciónTemperatura de condensación...La temperatura a la cual unvapor se transforma en líquido se llama “temperatura de Temperatura de Temperatura decondensación” o “temperatura de saturación”. ebullición condensaciónTemperatura de solidificación...La temperatura a la cual un ! A presión constantelíquido se transforma en sólido se llama la “temperatura desolidificación”. 17
  19. 19. 1.3.3 Saturación, recalentamiento y subenfriamientoLíquido de saturación...Cuando se aumenta la temperaturade un líquido hasta la temperatura de saturación, o sea Calefaccióncuando cualquier calor adicional aplicado al líquido Refrigeraciónprovoca la evaporación de una parte del mismo, se diceque el líquido está saturado. Este líquido se llama “líquido Líquido Mezcla líquido- Vaporsaturado”. subenfriado vapor recalentadoVapor saturado...Cuando se baja la temperatura de unvapor hasta la temperatura de saturación, o sea cuandocualquier enfriamiento posterior del vapor provoca la Líquido Vaporcondensación de una parte del vapor, se dice que el vaporestá saturado. Este vapor se llama “vapor saturado”.Un vapor saturado puede también describirse como unvapor procedente de un líquido que se evapora mientras latemperatura y presión del vapor son las mismas que las dellíquido saturado del que procede. Líquido Vapor saturado saturadoVapor recalentado...Cuando se aumenta la temperatura deun vapor por encima de la temperatura de saturación, sedice que el vapor está recalentado y se llama “vaporrecalentado”.Para recalentar un vapor, es necesario separar el vapor dellíquido que se evapora. Mientras el vapor sigue en contactocon el líquido, permanece saturado. Por lo tanto, cualquiercalor añadido a la mezcla líquido-vapor aumenta laevaporación de líquido y no recalienta el vapor. TemperaturaLíquido subenfriado...Si, después de la condensación, se Cantidad deenfría un líquido de tal forma que se reduzca su recalentamientotemperatura por debajo de la temperatura de saturación, se Cantidad dedice que el líquido está “subenfriado”. Cualquier líquido a subenfriamientocualquier temperatura superior a la temperatura de fusiónes un líquido subenfriado.La cantidad de recalentamiento o subenfriamiento sedetermina por la aplicación de la ecuación siguiente: Calor sensible Calor latente Calor sensibleCantidad de recalentamiento (S.H.) = temperatura del vaporrecalentado – temperatura de saturación correspondiente ala presióncantidad de subenfriamiento (S.C) = temperatura desaturación correspondiente a la presión – temperatura dellíquido subenfriado. Ejemplo : Dar la cantidad de recalentamiento de un vapor (agua) a 120°C, 1atm. Solución : Temperatura de saturación = 100°C S. H.= 120°C - 100°C = 20°C Ejemplo : Dar la cantidad de subenfriamiento de agua a 60°C, 1atm Solución : S.C.= 100°C -60°C = 40°C 18
  20. 20. 1.3.4 Temperatura de saturaciónLa temperatura de saturación es diferente para cadasustancia. El agua hierve a 100°C, el alcohol se evapora a R-22 2278°C y el R-22 a –40,8°C a la presión atmosférica. Zona de vapor Zona de líquido recalentado de R- subenfriado deLa temperatura de saturación de un líquido o de un vapor Zona de líquido subenfriado decambia con la presión. Cuando aumenta la presión,aumenta la temperatura de saturación. Cuando se reduce lapresión, también baja la temperatura de saturación.Por ejemplo, la temperatura de saturación del agua a lapresión atmosférica (1.03kgf/cm2abs) es de 100°C. Si lapresión sobre el agua aumenta a 2,0kgf/cm2abs, latemperatura de saturación del agua aumenta a 119°C. Por agua Aguaotra parte, si se reduce la presión sobre el agua de 1,03kgf/cm2abs a 0,5kgf/cm2abs, la nueva temperatura desaturación del agua será de 81°C. Zona de vapor recalentado de aguaGráfico de saturación...La Fig. 1-31 indica la relación entrela presión y la temperatura del agua y del R-22. Este gráfico Temperatura (°C)se llama “gráfico de saturación”. Es muy útil para obtenerlas informaciones siguientes:(1) Para conocer el estado físico de una sustancia • Si la intersección de las líneas de temperatura y presión están a la izquierda de la curva de saturación, se dice que la sustancia está subenfriada. • Si la intersección está a la derecha de la curva, se dice que la sustancia está recalentada. A: Líquido subenfriado Presión absoluta • Si la intersección está exactamente en curva, se dice B: Líquido o vapor que la sustancia está saturada. [Ver Fig. 1-32(a)] saturado C: Vapor(2) Para obtener la temperatura de saturación recalentado correspondiente a la presión • La temperatura de saturación es la temperatura en la intersección de la línea de presión y de la curva de saturación. [Ver Fig. 1-32(b)](3) Para obtener la presión de saturación correspondiente a Temperatura la temperatura • La presión de saturación es la presión en la intersección de la línea de temperatura y de la curva de saturación . [Ver Fig. 1-32(b)] Presión absoluta(4) Para encontrar la cantidad de S.H. y S.C. • La distancia entre el punto del estado y la curva de saturación representa la cantidad de S.H. o de S.C. [Ver Fig. 1-32 (c)]Utilice la tabla de saturación indicada en la Tabla 1-7 enlugar de la tabla de saturación descrita anteriormente para Temperaturamejorar la precisión de lectura, lo cual resulta muy útil paralos servicios de posventa.Presión absoluta (kgf/cm2abs) Presión absoluta Temperatura 19
  21. 21. Tabla 1-7 Tabla de saturación (R-22) Presión Temperatura Presión Temperatura Presión Temperatura Presión Temperatura Presión Temperatura Presión Temperatura de de de de de de saturación saturación saturación saturación saturación saturación Ejemplo Cuál es la temperatura de saturación correspondiente a la presión de 18kgf/cm2G? Solución La tabla 1-7 indica que la temperatura de saturación es de 48,25°C. 20
  22. 22. 1.3.5 Calor sensible y calor latenteLa Fig. 1-33 indica el “diagrama de contenido de calor-temperatura de 1kg de agua calentado desde -50°C hastaun vapor a 150°C a la presión atmosférica.(1) Desde A hasta B, se añadieron 25,2kcal para aumentar la temperatura del hielo de -50°C hasta 0°C.(2) Desde B hasta C, se añadieron 79,6kcal para fundir el Temperatura (°C) hielo sin cambio de temperatura.(3) Desde C hasta D, se añadieron 100kcal para calentar el agua hasta su punto de ebullición (de 0°C a 100°C)(4) Desde D hasta E, se añadieron 539kcal para transformar el agua en vapor sin cambiar su temperatura.(5) Desde E hasta F, se añadieron 22,1kcal para aumentar la temperatura del vapor de 100°C a 150°C.En este ejemplo,• El calor requerido para aumentar la temperatura del hielo se llama “calor sensible”. (de A a B)• El calor requerido para transformar el hielo en agua se llama “calor latente de fusión”. (de B a C)• El calor requerido para aumentar la temperatura del agua también se llama “calor sensible”. (de C a D)• El calor requerido para transformar el agua en vapor se Vapor Hielo llama “calor latente de evaporación”. (de D a E) picadoCuando se invierte el proceso:• El calor que se extrae para cambiar el vapor en agua se Agua Quemador llama “calor latente de condensación”. (de E a D)• El calor que se extrae para reducir la temperatura del agua se llama “calor sensible”. (de D a C)• El calor que se extrae para transformar el agua en hielo se llama “calor latente de solidificación”. (de C a B)• El calor que se extrae para reducir la temperatura del hielo se llama “calor sensible”. (de B a A)Calor sensible...Cuando se calienta una sustancia y latemperatura aumenta cuando se añade calor, el aumentode calor se llama calor sensible. Asimismo, cuando se Ca loextrae calor de una sustancia cuando la temperatura rdesciende, el calor extraído también se llama calorsensible. [Ver Fig. 1-34(a)]El calor que produce un cambio de temperatura de unasustancia se llama calor sensible. Sustancia SustanciaCalor latente...Ya hemos establecido que todas lassustancias puras pueden cambiar de estado. Los sólidos sevuelven líquidos, los líquidos se vuelven gases, etc. Se (a) Ningún cambio de estado físicorequiere la adición o extracción de calor para producir estoscambios. El calor que causa estos cambios se llama calorlatente. (Ver Fig. 1-34(b)) Ca lo r Ningún cambio deEl calor que produce un cambio de estado sin cambio de temperaturatemperatura se llama calor latente. Sustancia Sustancia (b) Cambio del estado físico 21
  23. 23. 1.3.6 Cálculo de la cantidad de calor El calor latente requerido para un cambio de fase en las sustancias también difiere para cada materia. La Tabla 1-9Calor específico...El calor específico de una sustancia es la proporciona la lista del calor latente decantidad de calor que se debe añadir o extraer para hacer evaporación(condensación) de varias sustancias.variar en un grado Celsius la temperatura de un kilogramode la sustancia. Tabla 1-9 Calor latente de evaporación (condensación)Observe que por la definición de kcal, el calor específico del Sistema métrico Sistema métricoagua es de 1kcal por kilogramo por grado Celsius. Sustancia convencional S.I. Sistema yarda libraEl calor requerido para producir un cambio de temperaturaen las sustancias cambia según los tipos y cantidades de Agua a a asustancias. La Tabla 1-8 indica el calor específico de varias a a asustancias comunes. a a aTabla 1-8 a a a Calor específico Sistema métrico Sustancia convencional y sistema Sistema métrico S.I. El valor del calor latente de cualquier líquido particular yarda libra varía en función de la presión ejercida sobre dicho líquido. Cuando la presión aumenta, el valor del calor latente Agua disminuye. Hielo Madera La cantidad de calor que se debe añadir o extraer de Hierro cualquier masa de materia dada para provocar un cambio Mercurio específico de estado puede calcularse con la ecuación Alcohol siguiente: Cobre QL = M • hNota: Los valores arriba mencionados deben utilizarse para los cálculos que Donde QL = la cantidad de calor absorbida o expulsada por no implican un cambio de estado. la sustancia M = Masa de la sustancia! El calor específico de cualquier materia también varía en h = Calor latente de la sustancia la escala de temperatura. La variación es tan pequeña que se puede considerar que el calor específico es un valor constante en la mayoría de los cálculos. Ejemplo : Encuentre la cantidad de calor en kcal queSe puede calcular la cantidad de calor que se debe añadir o se debe añadir para evaporar 10 kg de aguaextraer de una masa de materia dada para ocasionar un a 100°C.cambio específico en su temperatura. Se utiliza la ecuación Solución : El calor latente de evaporación del aguasiguiente: = 539kcal/kg Qs = M • C(t2-t1) QL = 10kg x 539 kcal/kg = 5390 kcalDonde Qs = Cantidad de calor absorbida o expulsada por la sustancia M = Masa de la sustancia C = Calor específico de la sustancia t2 = Temperatura final t1 = Temperatura inicial Ejemplo : Encuentre la cantidad de calor, en kcal, que se debe añadir a un bloque de cobre de 20 kg para que pase de 30°C a 250°C. Solución : El calor específico del cobre = 0,095kcal/kg°C Qs = 20kg x 0,095 kcal/kg°C x (250-30)°C = 418 kcal 22
  24. 24. 1.4 Refrigeración1.4.1 ¿Qué se entiende por “Refrigeración” y “Climatización”?Refrigeración...Se define como el proceso de reducción ymantenimiento de la temperatura de un espacio o materia ad Polvo Humedpor debajo de la temperatura del entorno. or Cal or CalClimatización...Se define como el proceso de tratamientodel aire destinado a controlar simultáneamente su Distr ibuc iónhumedad, limpieza, distribución y temperatura para resp- Espacio refrigerado Espacio climatizadoonder a las exigencias del espacio climatizado.La climatización constituye una parte de la refrigeración en Refrigeración Climatizaciónun sentido amplio.1.4.2 Aislación térmicaDado que el calor siempre circula desde una zona de Zona de temperatura altatemperatura alta hacia una zona de temperatura más baja,siempre hay un flujo continuo en la zona refrigerada que Calorprocede del entorno más caliente. CalorPara limitar casi al mínimo el flujo de calor en el espacio Calo r Calorrefrigerado, es necesario aislar el espacio del entorno conun buen material de aislación contra el calor. Zona de Zona de temperatura temperatura Aislación baja baja Calor Calor1.4.3 Carga térmicaCarga térmica...La intensidad con la que se debe extraer elcalor del espacio o material refrigerado para producir omantener la temperatura deseada se llama la carga térmica.En la mayoría de las aplicaciones de refrigeración, la cargatérmica total sobre el equipo de refrigeración es la sumadel calor que penetra en el espacio refrigerado a través delos muros aislados, el calor que penetra en el espacio porlas puertas abiertas y el calor que se debe extraer delproducto de refrigeración para reducir la temperatura delmismo a las condiciones de espacio o almacenamiento. Elcalor proporcionado por las personas que trabajan en losambientes refrigerados, los motores, las luces y otrosequipos eléctricos también contribuyen a la carga exigida alequipo de refrigeración. Carga térmica total1.4.4 RefrigerantePara reducir o mantener la temperatura de un espacio pordebajo de la temperatura del entorno, se debe extraer calor Exterior Interiordel espacio, y transferirlo a otro cuerpo cuya temperaturasea inferior a la del espacio refrigerado. Esto es lo que haceel refrigerante.Refrigerante...Un refrigerante es un calorífero que desplazael calor de un espacio que se debe refrigerar hacia elexterior. En lo que concierne al ciclo de vapor-compresión,el refrigerante es el fluido operante del ciclo quealternativamente evapora y condensa cuando absorbe oexpulsa el calor.Generalmente los fluidos que tienen las propiedadessiguientes son considerados aptos para su utilización comorefrigerante. 23
  25. 25. (1) Barato(2) No venenoso(3) No explosivo FLON(4) No corrosivo(5) No inflamable(6) Estable (inerte) Amoniaco(7) Elevado calor latente de evaporación Bióxido de azufre Cloruro de metilo(8) Fácil de evaporar y condensar(9) Fácil de detectar fugasSe han utilizado muchas sustancias como refrigerante.Anteriormente, los refrigerantes más comunes fueron el FLONaire, el amoníaco, el bióxido de azufre, el bióxido decarbono y el cloruro de metilo.Actualmente, los refrigerantes hidrocarbónicos fluorados seutilizan exclusivamente en los sistemas de climatización. LaTabla 1-10 presenta la lista de los refrigeranteshidrocarbónicos fluorados utilizados en los productosDaikin.Tabla 1-10 Símbolo del Nombre Fórmula Tipo de Aplicación refrigerante química compresor Tricloromonofluorometano Centrífugo Sistemas de climatización grandes Pequeños refrigeradores domésticos De pistón Mostradores para alimentos congelados Diclorodifluorometano Climatización residencial y comercial Rotativo Climatización de vehículos Climatización residencial y comercial De pistón Plantas de congelación de alimentos, almacenamiento y Monoclorodifluorometano Rotativo mostradores para alimentos congelados y muchas otras aplicaciones que requieren temperaturas medias y bajas Mostradores de alimentos congelados y helados, almacenes y Mezcla azeotrópica del 48,8% De pistón plantas de alimentos congelados, mostradores de de R-22 y 51,2% de R-115 temperaturas medias Rotativo Sistemas de baja temperatura Diclorotetrafluoroetano De pistón Enfriadores para taxis Centrífugo Sistemas de climatización grandes1.4.5 Principio de refrigeración(1) Refrigeración con agua enfriada Suponga que se coloca 1kg de agua a 0°C en un recipiente abierto dentro de un Agua de 0°C, 1kg espacio aislado que tiene una temperatura inicial de Espacio 25°C. Durante un cierto lapso de tiempo el calor fluirá con 25°C Calor del espacio a 25°C hacia el agua a 0°C, de tal forma que la temperatura del espacio va a disminuir. Sin embargo, para cada kcal de calor que absorbe el agua del espacio, la temperatura del agua va a aumentar 1°C, de tal forma que la temperatura del espacio disminuye mientras aumenta la temperatura del agua. Ya no habrá transferencia de calor cuando la temperatura del agua y del espacio sean exactamente iguales. (Ver Fig. 1-40) Agua de 20°C, 1kg Espacio Desventajas con 20°C • No es posible obtener temperaturas más bajas que l a del agua enfriada. • La refrigeración no es continua. • Es imposible controlar la temperatura del ambiente. 24
  26. 26. Para obtener una refrigeración continua, se debe enfriar y hacer circular constantemente el agua. (Ver Fig. 1-41) Algunos tipos de climatizaciones adoptan este método. Salida(2) Refrigeración con hielo Ambiente de 25°C Suponga ahora que hay 1kg de hielo a 0°C en lugar del agua. Esta vez, la temperatura del hielo no cambia Agua enfriada mientras absorbe el calor del espacio. El hielo sólo pasa Calor de sólido a líquido mientras su temperatura sigue siendo de 0°C. El calor absorbido por el hielo hace que Entrada éste se transforme en agua de drenaje y el efecto refrigerante es continuo hasta que el hielo se derrite totalmente. (Ver Fig. 1-42) Desventajas Hielo 0°C, 1kg • También es imposible obtener temperaturas bajas • Es necesario reponer frecuentemente el suministro Ambiente de energía. de 25°C Calor • Es difícil controlar el flujo de refrigeración, por lo que también resulta difícil mantener la temperatura deseada.(3) Sistema de refrigeración mecánico Drenaje! Refrigeración mediante utilización de un refrigerante líquido Un espacio aislado puede refrigerarse adecuadamente permitiendo la evaporación de R-22 líquido en un recipiente ventilado hacia el exterior, tal como lo indica Ambiente No hay más la Fig. 1-43. Dado que el R-22 tiene una presión inferior a transferencia de 15°C la presión atmosférica, su temperatura de saturación es de calor de –40,8°C. Al evaporarse a una temperatura tan baja, el R-22 absorbe pronto el calor del espacio a 25°C a través de las paredes del recipiente. El calor absorbido por el líquido de evaporación abandona el espacio por el vapor que se escapa de la ventilación abierta. Dado que la temperatura del líquido permanece constante durante el proceso de evaporación, la refrigeración continúa hasta que se haya evaporado todo el líquido. Cualquier recipiente, tal como el recipiente mostrado en Presión la Fig.1-43 en el cual se evapora un refrigerante se llama Ventilación atmosférica un “evaporador”." Control de la temperatura de evaporación La temperatura a la cual el líquido se evapora en el Calor evaporador puede controlarse mediante el control de la presión del vapor sobre el líquido. Por ejemplo, se instala una válvula de mano en la línea de ventilación y Ambiente de 25°C se cierra parcialmente dicha ventilación para que el vapor no pueda escaparse libremente del evaporador. Al ajustar cuidadosamente la válvula de ventilación para regular el flujo de vapor que sale del evaporador, se puede controlar la presión del vapor sobre el líquido y producir la evaporación del R-22 a cualquier Válvula de mano temperatura deseada entre –40,8°C y los 25°C de la temperatura del ambiente.# Mantenimiento de una evaporación continua Calor La evaporación continua del líquido en el evaporador requiere un suministro continuo de líquido de relleno cuando la cantidad de líquido en el evaporador debe Ambiente permanecer constante. Un método para rellenar el de 25°C suministro de líquido en el evaporador consiste en utilizar una válvula de boya, tal como se muestra en la Fig. 1-45. 25
  27. 27. La acción del conjunto de boya consiste en mantener un nivel constante de líquido en el evaporador, dejando fluir el líquido hacia el evaporador a partir del cilindro con un caudal similar al del vaciado del líquido en el evaporador debido a la evaporación. Todos los aparatos, tales como la válvula de boya, Válvula de boya utilizados para regular el flujo de refrigerante líquido en el evaporador se denominan como “control de flujo de Cilindro refrigerante”.! Recuperación del refrigerante A la vez por conveniencia y ahorro, no es práctico permitir que se escape a la atmósfera el vapor refrigerante. El vapor debe recogerse y volver a utilizarse continuamente. Para reutilizarse, el refrigerante debe llegar en forma líquida al evaporador, porque sólo puede absorber calor para su evaporación. Pero como el refrigerante sale del Recuperación evaporador en forma de vapor, debe reducirse nuevamente a líquido antes de poder reutilizarse. La forma más sencilla de proceder consiste en conden- sar el refrigerante evaporado cuando abandona el evaporador. Para condensar el refrigerante, el calor latente entregado por el vapor durante la condensación debe transferirse a otro medio. Para ello, generalmente se utiliza agua o aire. El aire o el agua deben tener una temperatura inferior a la temperatura de condensación del refrigerante. A una presión dada, la temperatura de condensación y evaporación de un fluido es la misma. Si un refrigerante se evapora a 10°C, se debe condensar a la misma temperatura. Por lo tanto, se necesita aire o agua a una temperatura inferior a ésta. Obviamente, si el aire o el agua se encuentra a una Vapor saturado Vapor saturado temperatura inferior, no se necesita una refrigeración mecánica. Como la temperatura del aire o del agua disponibles es siempre más alta que la temperatura del refrigerante en ebullición en el evaporador, no se puede condensar el refrigerante cuando sale del evaporador. Para condensar el vapor, se debe incrementar su presión hasta un punto en el cual la temperatura de condensación está por agua, 25°C agua, 25°C encima de la temperatura del aire o del agua disponibles para la condensación. No hay condensación El vapor se condensará Por ejemplo, si la presión del vapor es de 17kgf/cm2abs, (El agua se enfriará) condensará a una temperatura de 43,5°C. Luego, el vapor a 43,5°C puede enfriarse por medio del aire o el agua disponibles. Para esto se necesita un compresor. La bomba utilizada para presurizar y hacer circular el refrigerante evaporado se llama “compresor”. Compresor Cualquier recipiente, tal como el mostrado en la Fig. 1- 48, en el cual se condensa un refrigerante se denomina Calor “condensador”. Al haber un compresor, ya no es necesaria la válvula de Condensador mano mostrada en la Fig. 1-45. La presión en el evaporador puede controlarse mediante el compresor y el conjunto de válvula de boya. 26
  28. 28. ! Mejora del intercambio de calor La eficiencia del intercambio de calor depende de la superficie del evaporador y del condensador en el cual se produce el intercambio de calor. Se mejora la eficiencia del intercambio de calor al reemplazar un simple recipiente por un serpentín, porque la superficie de este último es mayor. [Ver Fig. 1-49(b)]Además, al Calor poner aletas sobre el serpentín, se logra una mayor eficiencia del intercambio de calor. [Ver Fig. 1-49(c)] Serpentín El volumen de aire también constituye uno de los factores importantes en el intercambio de calor. Un suministro de aire por medio de un ventilador eléctrico hace que la transferencia de calor sea aún más eficiente. [Ver Fig. 1-49(d] Durante la compresión, se efectúa un trabajo mecánico de compresión del vapor para obtener una presión más alta. Para ello, el calor entregado por el medio Ventilador Aletas condensador en el condensador es la suma del calor absorbido en el evaporador y del calor de compresión correspondiente al trabajo mecánico del compresor. Por esta razón, el tamaño del condensador generalmente es superior al del evaporador. (Ver Fig. 1-50) Calor de compresión" Ahora, el refrigerante que fluye del condensador hacia el cilindro se encuentra completamente en estado Compresor Condensador líquido (condensado) y está listo para volver a circular hacia el evaporador. Cualquier recipiente, tal como el mostrado en la Fig. 1- 51, en el cual un refrigerante condensado se almacena, Evaporador se denomina “receptor”. Calor absorbido# La válvula de expansión, tal como la que se muestra en Calor la Fig. 1-51, se utiliza generalmente en lugar del expulsado conjunto de válvula de boya. Ahora se ha completado el sistema de refrigeración. Ventilador 27
  29. 29. Fig. 1-52 Ciclo de refrigeración Aire de salida Aire de salida Condensador Ventilador Control de flujo Evaporador Receptor Ventilador Aire de entrada Aire de entrada Compresor Expansión Evaporación Compresión Condensación Temperatura de evaporación Temperatura de condensación Lado alto Lado bajo Lado alto Líquido Mezcla líquido-vapor Vapor recalentado Vapor recalentado Mezcla Líquido subenfriado líquido- subenfriado vapor 28

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