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Ahorro-de-energia-electrica-en-sistemas-de-refrigeracion

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MEXICO, D. F. MAYO DE 2006 
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA 
DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN
“AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN” 
 T E S I S 
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: 
INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA 
AREA: ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 
P R E S E N T A : 
A D Á N B A R D A L E S H E R N Á N D E Z 
ASESOR: ING. ADRIAN PAREDES ROMERO
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
 
Doy gracias A DIOS por permitirme lograr este gran sueño y por darme la oportunidad de vivir. 
 
A la Universidad Nacional Autónoma de México y a la Facultad de Estudios Superiores Aragón, 
por haberme dado la oportunidad de formarme como un profesionista. 
 
Al Fideicomiso para el ahorro de energía eléctrica, por haber aceptado mi proyecto como viable 
para estudio en esta magna institución, por la facilidad otorgada durante la recopilación y análisis 
de información, que sé, en ningún otro lugar hubiese encontrado y por el generoso patrocinio que, 
entre otras cosas, coadyuvó a concluir esta empresa. 
 
A mis Padres y Hermanas, a quienes la ilusión de su vida ha sido convertirme en persona de 
provecho, a quines nunca podré pagar todos sus desvelos ni aún con las riquezas más grandes del 
mundo. Porque gracias a su amor, apoyo y consejo, he llegado a realizar una de mis más grandes 
metas. Deseo de todo corazón que mi triunfo profesional lo sientan como suyo. 
 
A mi Novia Armida Artemís Benavides Durán, te dedico este logro, gracias por tu compañía 
incondicional, por tu más sincero apoyo para la realización de este proyecto, por hacerme partícipe 
de tu calidez, por compartir conmigo tantas cosas y brindarme lo mejor de ti, por tu confianza y 
por tanto amor que me das, por todo esto y mucho más gracias. Te Amo Gogocito. 
 
Al Ingeniero Marco Antonio Félix Quiroz, por su tiempo, por si invaluable ayuda, por la paciencia 
y la certeza que demostró siempre, en cada momento; por la amistad valorada cual si hace muchos 
años hubiese surgido. Mil Gracias. 
 
A mis sinodales: 
Ing. Adrián Paredes Romero 
 M. en I. Ulises Mercado Valenzuela 
Ing. Sergio Galicia Rangel 
Ing. Juan Gastaldi Pérez 
Ing. José Luis García Espinoza 
 
AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN SISTEMAS 
DE REFRIGERACIÓN 
 
 
ÍNDICE 
 
 INTRODUCCIÓN Pag. 
 
 
Capitulo I. CONCEPTOS BÁSICOS 
 
1.1. Termodinámica………………………………………………………………… 1 
1.2. Calor…………………………………………………………………….......... 1 
1.3. Temperatura…………………………………………………………………… 2 
1.4. Medida de calor…………………………………………………………........ 4 
1.5. Primer principio de la termodinámica……………………………………... 4 
1.6. Estados de la materia………………………………………………………... 5 
1.7. Cambio de estado……………………………………………………………… 6 
1.8. Ley de Boyle………………………………………………………………….. 6 
1.9. Ley de Charles………………………………………………………………… 7 
1.10. Ley de Gay-Lussac………………………………………………………….... 7 
1.11. Ley de Dalton……………………………………………………………….... 7 
1.12. Ley del gas ideal…………………………………………………………….... 7 
1.13. Segundo principio de la termodinámica………………………………......... 9 
1.14. Transmisión de calor……………………………………………………….... 9 
1.15. Calor específico…………………………………………………………......... 11 
1.16. Calor sensible……………………………………………………………….... 11 
1.17. Calor latente…………………………………………………………………… 11 
1.18. Calor latente de fusión………………………………………………….......... 11 
1.19. Calor latente de evaporación………………………………………………… 11 
1.20. Calor latente de condensación………………………………………………… 12 
1.21. Calor latente de sublimación………………………………………………… 12 
1.22. Sistemas………………………………………………………………………… 12 
1.23. Trabajo………………………………………………………………………… 13 
1.24. Energía………………………………………………………………………… 14 
1.25. Potencia………………………………………………………………………… 14 
1.26. Tonelada americana de refrigeración………………………………………… 14 
1.27. Temperatura y presión de saturación………………………………………… 15 
1.28. Temperatura absoluta.………………………………………………………… 16 
1.29. Temperatura crítica…………………………………………………………… 16 
1.30. Líquido sub-enfriado………………………………………………………… 16 
1.31. Vapor sobrecalentado………………………………………………………... 16 
1.32. Presión………………………………………………………………………… 17 
1.33. Presión atmosférica…………………………………………………………… 17 
 
1.34. Presión manométrica………………………………………………………… 17 
1.35. Presión vacuométrica………………………………………………………… 18 
1.36. Presión absoluta…………………………………………………………........ 18 
1.37. Relación temperatura-presión (líquidos)…………………………………… 18 
1.38. Relación temperatura-presión (gases)…………………………………........ 18 
1.39. Volumen específico…………………………………………………………… 19 
1.40. Densidad…………………………………………………………………........ 19 
1.41. Entalpía …………………………………………………………………......... 19 
1.42. Ciclo de Carnot………………………………………………………………… 20 
1.43. Ciclo de Carnot inverso……………………………………………………… 22 
 
 
Capitulo II. PRINCIPIO DE REFRIGERACIÓN 
 
2.1. Refrigerantes…………………………………………………………………… 24 
2.1.1. Clases de refrigerantes........................................................................................ 26 
2.1.2. Características del R-12……………………………………………………….. 27 
2.1.3. Características del R-22………………………………………………………… 27 
2.1.4. Características del R-134a……………………………………………………… 28 
2.1.5. Evaporación de refrigerantes…………………………………………………… 28 
2.1.6. Condensación de refrigerantes………………………………………………… 28 
2.1.7. Relación de refrigerantes y aceites……………………………………………… 29 
2.1.8. Efectos de los refrigerantes…………………………………………………..... 30 
 
2.2. Transferencia de calor………………………………………………………… 33 
 
2.3. Componentes del ciclo de refrigeración……………………………………… 36 
2.3.1. Compresores…………………………………………………………………… 36 
2.3.1.1. Clasificación de acuerdo al principio de compresión…………………………… 38 
2.3.1.1.1. De desplazamiento……………………………………………………………… 39 
 • Alternativos………………………………………………………………… 39 
 • De pistón…………………………………………………………………… 39 
 • De pistón tipo laberinto…………………………………………………… 40 
 • De diafragma……………………………………………………………… 41 
 • De tipo discus……………………………………………………………… 42 
 • Rotativos…………………………………………………………………… 43 
 • De tornillo………………………………………………………………… 43 
 • De paletas……………………………………………………………….... 44 
 • De anillo líquido…………………………………………………………… 44 
 • De lóbulos………………………………………………………………… 45 
2.3.1.1.2. Dinámicos……………………………………………………………………… 47 
 • Centrífugos………………………………………………………………… 47 
 • Axiales………………………………………………………………......... 48 
 
2.3.1.2. Clasificación de acuerdo a otros principios…………………………………… 48 
2.3.1.2.1. Reciprocantes…………………………………………………………………… 48 
2.3.1.2.2. De tipo abierto……………………………………………………………….... 49 
2.3.1.2.3. Semi-herméticos………………………………………………………………… 50 
2.3.1.2.4. Herméticos……………………………………………………………………… 50 
2.3.1.2.5. De dos etapas…………………………………………………………………… 50 
2.3.1.2.6. De descargadores…………………………………………………………….... 51 
2.3.1.2.7. En Tándem……………………………………………………………………… 52 
 
2.3.2. Condensadores………………………………………………………………… 53 
2.3.2.1. Capacidad del condensador………………………………………………….... 53 
2.3.2.2. Condensador de aire…………………………………………………………… 54 
2.3.2.3. Condensador de agua…………………………………………………………… 54 
2.3.2.4. Condensador de doble tubo………………………………………………….... 55 
2.3.2.5. Condensador multitubular……………………………………………………… 55 
2.3.2.6. Condensador evaporativo……………………………………………………… 55 
 
2.3.3. Evaporadores………………………………………………………………....56 
2.3.3.1. Tipo de evaporadores…………………………………………………………… 56 
2.3.3.2. Diferencia de temperatura deshumidificación………………………………… 57 
2.3.3.3. Descongelación de los serpentines……………………………………………… 57 
 
2.3.4. Dispositivos de control de refrigerante……………………………………… 58 
2.3.4.1. Válvulas de expansión termostáticas…………………………………………… 59 
2.3.4.2. Válvulas de expansión de otros tipos………………………………………..... 61 
2.3.4.3. Distribuidores…………………………………………………………………… 61 
2.3.4.4. Tubos capilares………………………………………………………………… 61 
2.3.4.5. Válvulas de flotador…………………………………………………………… 62 
2.3.4.6. Válvulas solenoides………………………………………………………….... 63 
2.3.4.7. Válvulas reguladoras de presión del cárter…………………………………..... 63 
2.3.4.8. Válvulas reguladoras de presión del evaporador……………………………… 64 
2.3.4.9. Válvulas desviadoras de gas caliente…………………………………………… 64 
2.3.4.10. Válvulas de inversión…………………………………………………………… 65 
2.3.4.11. Válvulas de una sola dirección………………………………………………… 66 
2.3.4.12. Válvulas de paso manuales…………………………………………………..... 66 
2.3.4.13. Válvulas de servicio del compresor…………………………………………… 67 
2.3.4.14. Válvulas tipo Schrader………………………………………………………… 68 
2.3.4.15. Válvulas de alivio……………………………………………………………… 68 
2.3.4.16. Tapones fusibles………………………………………………………………… 69 
2.3.4.17. Válvulas reguladoras de agua…………………………………………………… 69 
 
2.4. Ciclo de refrigeración………………………………………………………… 69 
2.4.1. Por absorción y compresión…………………………………………………… 72 
2.4.2. Diagrama de Mollier (Entalpía-Entropía)……………………………………… 75 
 
2.4.3. Proceso adiabático……………………………………………………………… 77 
2.4.4. Proceso politrópico……………………………………………………………… 78 
 
2.5. Motores eléctricos de inducción tipo jaula de ardilla……………………… 78 
 
 
Capitulo III. RECOMENDACIONES PARA EL AHORRO DE ENRGÍA 
 
 
3.1. Aislamiento térmico como medida de eficiencia energética………………… 82 
3.1.1. Radio crítico de aislamiento…………………………………………………… 82 
3.2. Efectos por la variación en la presión de succión y descarga……………… 84 
3.3. Efectos del subenfriamiento y sobrecalentamiento del refrigerante……… 85 
3.3.1. Efectos de subenfriamiento mediante agua o aire……………………………… 85 
3.3.2. Efectos de subenfriamiento mediante vapor sobrecalentado…………………… 85 
3.3.3. Efectos del sobrecalentado de vapor que sale del evaporador………………… 86 
 
3.4. Efectos de la presencia de incondensables y humedad en el sistema……… 87 
3.4.1. Niveles diferentes de vacío…………………………………………………..... 88 
3.4.2. Selección de la bomba de vacío………………………………………………… 89 
 
3.5. Ciclo economizador…………………………………………………………… 91 
3.6. Uso del amoníaco (NH3)……………………………………………………… 91 
3.7. Bomba de calor………………………………………………………………… 99 
 
3.8. Nueva tecnología ahorradora de energía eléctrica en compresores……..... 103 
3.8.1. Tipo tornillo…………………………………………………………………… 104 
3.8.2. Tipo discus……………………………………………………………………… 106 
 
3.9. Análisis de indicadores energéticos de los diferentes sistemas de 
refrigeración……………………………………………………………………
112 
3.9.1. En función del compresor reciprocante………………………………………… 113 
3.9.2. En función del compresor tipo tornillo………………………………………… 114 
 
3.10. Sistemas de control…………………………………………………………… 116 
 
 
Capitulo IV. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN ENERGÉTICA EN 
SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN 
 
 
4.1. Procedimiento de evaluación energética…………………………………..... 122 
4.1.1. Generación……………………………………………………………………… 123 
4.1.2. Transporte……………………………………………………………………... 125 
4.1.3. Usuario………………………………………………………………………… 126 
 
4.2. Recomendaciones para el ahorro de energía………………………………. 128 
4.2.1. Estrategias para lograr un ahorro del 15%.......................................................... 128 
4.2.2. Estrategias para lograr un ahorro del 25%.......................................................... 129 
4.2.3. Otras estrategias………………………………………………………………… 130 
 
 
 CONCLUSIONES…………………………………………………………… 131 
 
 APÉNDICE…………………………………………………………………… 135 
 
 BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………… 161 
 
 
 
 I
INTRODUCCIÓN GENERAL 
El uso de la refrigeración data del principio de la historia de la humanidad, pero por miles de 
años el agua y el hielo fueron considerados como los únicos medios de enfriamiento. En el 
pasado siglo hizo su aparición la refrigeración mecánica y la mayoría de los adultos de hoy 
en día pueden recordar cuando los sistemas de aire acondicionado eran desconocidos y cómo 
una hielera hacía las funciones de un refrigerador familiar. 
 
Actualmente la refrigeración en el hogar, en el mercado y en usos comerciales e industriales 
está tan íntimamente ligada a nuestra existencia diaria que es difícil imaginarse sin ella. Sin 
embargo la mayor parte de las personas que deben usar y trabajar con equipos de 
refrigeración no comprenden totalmente los fundamentos básicos de operación de un 
sistema de refrigeración. 
 
El propósito de ésta tesis es presentar un análisis de la tecnología ahorradora de energía en 
donde cualquier proceso de refrigeración transmita grandes cantidades de calor de modo 
económico, eficiente y que pueda mejorarse continuamente. Así, este trabajo se ha dividido 
en cuatro capítulos: en el primero se da a conocer los conceptos básicos que tratan los inicios 
fundamentales de la física y la termodinámica; en el segundo se analiza el principio de 
refrigeración, esto para comprender mejor su funcionamiento de cada uno de sus 
componentes, ya que de esto depende que se logren buenos resultados; el tercer capítulo 
aborda las recomendaciones para el ahorro de energía en donde se mencionan nuevas 
tecnologías y análisis de las mismas, así como también sistemas de control, para inducir a la 
optimización de dicho proceso; por último se trata el procedimiento de evaluación energética 
en sistemas de refrigeración en donde se manejan varios aspectos importantes para le 
reducción de la facturación eléctrica. 
 
 
 
 
 
 II 
JUSTIFICACIÓN 
Debido al alto incremento en la demanda de la energía eléctrica en los últimos años, se han 
implementado nuevas tecnologías mucho muy eficientes en el proceso de refrigeración ya 
que ésta la usamos día a día para la conservación de productos de fácil descomposición y 
para procesos industriales, tales como la fabricación de hielo, embotellado de refrescos, 
enfriamiento de ácidos y aceites, pasteurización, etc. 
 
Estas tecnologías nos proporcionan un mejor aprovechamiento de energía en la 
refrigeración y en consecuencia un ahorro económico al operar nuestro sistema, ya que es un 
proceso mecánico con el que disminuimos la temperatura con respecto al ambiente y dentro 
de un espacio determinado, o mediante el cual logramos descender la temperatura inicial a 
gases, líquidos y sólidos en procesos industriales. 
 
La referencia más exacta del uso de la refrigeración se da, naturalmente, no solo en los 
hogares mexicanos, gracias a lo cual las mejoras y avances tecnológicos se han reflejado en 
las normas oficiales mexicanas, y representan un ahorro considerable de energía entre un 
modelo moderno y uno anterior. Lo anterior surge de la evaluación del potencial de ahorro 
de energía eléctrica en México al sustituir modelos de refrigeradores no actualizados de baja 
eficiencia por actuales de alta eficiencia. Si lo anterior se aplicara a todos los sistemas de 
refrigeración existentes, el ahorro de electricidad con relación al consumo actual alcanzaría 
5.2 TWh al año, con una disminución de demanda aproximada de 1, 000MW. 
 
Por ello en nuestra nación se emitió la NOM-051-19971 ó “Eficiencia energética de 
refrigeradores y congeladores electrodomésticos, límites, métodos de prueba y etiquetado” 
con el propósito de establecer una base que fijase los límites máximos de consumo de 
energía eléctrica de los equipos comercializados de nuestro país. 
 
 
1 Esta norma tuvo su última actualización en el año 2003 y entró en vigor la NOM-015-ENER-2002. 
 
 III
Así, las estadísticas2 señalanque, en México, la refrigeración de alimentos de tipo doméstico 
es causante de aproximadamente el 29% del consumo de electricidad en zonas de tipo 
templado y 14% en las de clima cálido, en donde se usa equipos de acondicionamiento de 
aire. Por otra parte los refrigeradores que se vendieron3 en los últimos siete años consumen 
30% más de energía para la misma capacidad, y los comercializados antes de 1980 presentan 
un consumo 60% superior al de la norma vigente. Los vendedores de las tiendas 
departamentales no fomentan la compra de refrigeradores basada en el ahorro de energía que 
el aparato pueda constituir, ya que ni ellos ni los compradores conocían la diferencia de 
eficiencias de los actuales modelos en relación a con los anteriores, y que podían ahorrar con 
los primeros hasta una 30% en el consumo de energía. Los clientes se fijan principalmente 
en las dimensiones y características exteriores del electrodoméstico. 
 
Conforme a la norma NOM-051-ENER-2002, todos los refrigeradores domésticos que se 
venden en México a partir del años 2001 consumen, para una misma capacidad, 30% menos 
de energía eléctrica que uno con más de 10 años en buen estado. 
 
Para analizar el consumo anual de electricidad del parque de refrigeradores domésticos 
nacional, se emplearon los supuestos de eficiencia de la Comisión Nacional para el Ahorro 
de Energía, lo que se obtiene es que la refrigeración doméstica nacional representa un total 
de 11.691 TWh/ año de energía eléctrica. Esta cantidad representa el 34.5% del total 
consumido en el sector residencial por año. 
 
Si hablamos del potencial de ahorro de energía eléctrica nacional por sustitución de 
refrigeradores eficientes4, el consumo total de energía eléctrica por concepto de refrigeración 
doméstica se reduciría a 6.487 TWh/ año, lo que representaría un ahorro anual de 5.2 TWh, 
(44.5%). Esta cifra es importante pues representa más de 4 veces el ahorro total por el 
horario de verano. 
 
2 “Revista FIDE sobre el ahorro de energía eléctrica”.Año 14, Núm. 52, julio – septiembre de 2004. P 16. 
3 Según la Asociación Nacional de Fabricantes de Aparatos Domésticos (ANFAD). 
4 Con la eficiencia promedio actual, manteniendo la misma distribución por capacidades y suponiendo el mismo número 
de unidades. 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 1
INTRODUCCIÓN 
Generalmente los usuarios confunden la palabra refrigeración con frío y con enfriamiento; 
sin embargo, la práctica de ingeniería de refrigeración, trata casi enteramente con la 
transmisión de calor. 
 
Esta aparente paradoja es uno de los conceptos fundamentales que deben ser comprendidos 
para entender la operación de un sistema de refrigeración. 
 
CAPITULO I 
CONCEPTOS BÁSICOS 
 
1.1. TERMODINÁMICA 
La termodinámica es una rama de la ciencia que trata sobre la acción mecánica del calor. 
Hay ciertos principios fundamentales de la naturaleza rigiendo nuestra existencia aquí en la 
tierra, varios de los cuales son básicos para el estudio de la refrigeración. El primero y el 
más importante de estos principios dice: La energía no puede ser creada ni destruida, sólo 
puede transformarse de un tipo de energía en otro. 
 
1.2. CALOR 
El calor es una forma de energía, creada principalmente por la transformación de otros tipos 
de energía en energía de calor; por ejemplo, la energía mecánica que opera una rueda causa 
fricción y crea calor. Calor es frecuentemente definido como energía en tránsito, porque 
nunca se mantiene estática, ya que siempre está transmitiéndose de los cuerpos de mayor 
temperatura a los cuerpos con menor temperatura. 
 
La mayor parte de la energía en la tierra proviene de la radiación del sol. Por ejemplo, la 
transferencia de calor de una cuchara sumergida en agua helada pierde su energía y se enfría; 
una cuchara sumergida en café caliente absorbe energía del café y se calienta. Sin embargo, 
 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 2 
las palabras "más caliente" y "más frío", son sólo términos comparativos o relativos. 
Existe energía en cualquier materia arriba del cero absoluto, incluso en cantidades 
extremadamente pequeñas. 
 
1.3. TEMPERATURA 
Es una medida de la energía cinética de las partículas que componen el sistema. La 
temperatura es la escala usada para medir la intensidad de energía, indicando la dirección en 
la que se moverá. También puede definirse como el grado de energía sensible contenida en 
un cuerpo comparándolo con otro. 
Cero absoluto, es el término usado por los científicos para describir la temperatura más baja 
que teóricamente es posible lograr, en la cual no existe energía, y es de -273 °C, equivalente 
a -460 °F. 
En algunos países, la temperatura se mide en Grados Fahrenheit, pero generalmente se usa la 
escala de Grados Centígrados, algunas veces llamada Celsius. Ambas escalas tienen dos 
puntos básicos en común: el punto de congelación y el de ebullición del agua al nivel del 
mar. 
Grados Centígrados 
Unidad de medida de la temperatura, creada por el astrónomo sueco Anders Celsius (1701-
1744), tomando como referencia el punto de congelación del agua (cero grados) y el punto 
de ebullición de la misma (cien grados) a presión atmosférica normal. Debido al 
inconveniente creado por la existencia de temperaturas negativas por debajo del punto de 
congelación del agua, los científicos introdujeron la escala kelvin, o absoluta, que no es sino 
una modificación de la centígrada, la cual sigue siendo, ampliamente utilizada en las 
actividades cotidianas de la sociedad. 
Grados Fahrenheit 
Unidad de medida de la temperatura utilizada en los países anglosajones, pese a ser 
mayoritaria en el resto del mundo la escala centígrada. Es llamada así porque el físico 
alemán Daniel Fahrenheit, (1686-1736) construyó en 1714 el primer termómetro con 
mercurio en vez de alcohol, graduándolo con la escala que lleva su nombre. Otra aportación 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 3
importante de Fahrenheit a la física fue determinar que, además del agua, cada líquido tiene 
un punto de ebullición determinado y que estos puntos de ebullición varían con los cambios 
de presión atmosférica. 
El cero de la escala Fahrenheit corresponde a 32 grados bajo cero (la temperatura más baja 
que pudo conseguir el físico que le dio su nombre), y los cien grados Fahrenheit equivalen 
aproximadamente a la temperatura del cuerpo humano, 37 grados centígrados. 
Al nivel del mar, el agua se congela a 0°C ó a 32°F y hierve a 100°C ó a 212°F. En la escala 
Fahrenheit, la diferencia de temperatura entre estos dos puntos está dividida en 180 
incrementos de igual magnitud llamados grados Fahrenheit, mientras que en la escala 
Centígrados, la diferencia de temperatura está dividida en 100 incrementos iguales, llamados 
grados Centígrados. La relación existente entre las escalas Fahrenheit y Centígrados se 
establece por las siguientes fórmulas: 
100/180 = 5/9 
Centígrados = 5/9 (Fahrenheit -32) 
Fahrenheit = (9/5 * Centígrados) +32 
 
 
Figura I.1 
COMPARACIÓN DE LAS ESCALAS DE TEMPERATURA 
 
 
 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 4 
1.4. MEDIDA DE CALOR 
La medida de la temperatura no tiene ninguna relación con la cantidad de energía térmica, 
por ejemplo, una llama de un cerillo puede tener la misma temperatura que una hoguera, 
pero obviamente la cantidad de energía que despide es totalmente diferente. 
La unidad básica para medir calor o energía térmica usada en nuestro país, es el gramo-
caloría, que se define como la cantidad de energía necesaria para aumentar la temperatura de 
un gramo de agua, 1°C. Por ejemplo, para aumentar la temperatura de un litro de agua de 
95° a 100° Centígrados se requieren 5,000 gramo-calorías (un litro de agua pesa 1,000 
gramos), o sea: 
1,000 g * (100°C – 95°C) = 5,000 gramo-calorías 
 
Sin embargo, la unidad de calor empleada comúnmente es la kilo-caloría que equivale a 
1,000gramo-calorías y que puede ser definida como la cantidad de calor necesaria para 
elevar la temperatura de un kilogramo de agua, un Grado Centígrado. 
En el sistema inglés, la unidad de calor es la British Thermal Unit, comúnmente llamada 
BTU. Un BTU puede definirse como la cantidad de calor necesaria para elevar la 
temperatura de una libra de agua 1°F. Por ejemplo: Para aumentar la temperatura de un 
galón de agua (aproximadamente 8.3 libras) de 70°F a 80°F, se requieren 83 BTU, o sea: 
8.3 lb * (80°F- 70°F) = 83 BTU 
1000 gramo-caloría =1 kilo-caloría 
Kilocaloría 
Kcal 
British 
Termal Unit 
BTU 
1 3.9683207 
0.2519958 1 
 
1.5. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA 
Este principio trata básicamente sobre la conservación de la energía aplicada a un sistema de 
muchísimas partículas; es decir que en un sistema con una determinada energía interna, si se 
realiza un determinado trabajo, la energía interna del sistema variará. 
 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 5
1.6. ESTADOS DE LA MATERIA 
Las tres formas que puede tomar la materia son: sólido, líquido o gas. El plasma, un 
conjunto de partículas gaseosas eléctricamente cargadas, con cantidades aproximadamente 
iguales de iones positivos y negativos, se considera a veces un cuarto estado de la materia. 
Los sólidos se caracterizan por su resistencia a cualquier cambio de forma, resistencia que se 
debe a la fuerte atracción entre las moléculas que los constituyen. En estado líquido, la 
materia cede a las fuerzas tendentes a cambiar su forma porque sus moléculas pueden 
moverse libremente unas respecto de otras. Los líquidos, sin embargo, presentan una 
atracción molecular suficiente para resistirse a las fuerzas que tienden a cambiar su volumen. 
Los gases, en los que las moléculas están muy dispersas y se mueven libremente, no ofrecen 
ninguna resistencia a los cambios de forma y muy poca a los cambios de volumen. Como 
resultado, un gas no confinado tiende a difundirse indefinidamente, aumentando su volumen 
y disminuyendo su densidad. 
 
La mayoría de las sustancias son sólidas a temperaturas bajas, líquidas a temperaturas 
medias y gaseosas a temperaturas altas, pero los estados no siempre están claramente 
diferenciados. La temperatura en la que una sustancia pasa del estado sólido al líquido se 
denomina punto de fusión, y la temperatura a la que pasa del estado líquido al gaseoso punto 
de ebullición. 
Los científicos han encontrado que toda la materia está formada por moléculas conjuntas 
infinitamente pequeñas que al agruparse en cierta forma crean diferentes substancias. En los 
sólidos y en los líquidos, las moléculas están muy juntas, mientras que en un gas las 
moléculas están mucho más separadas y se mueven más libremente. La 
energía de calor absorbida por el agua se convierte en energía molecular y, como resultado 
de esto, las moléculas se reestructuran cambiando el hielo en agua y el agua en vapor. 
Cuando el vapor vuelve a condensarse en agua, la energía molecular vuelve a transformarse 
en energía de calor. 
 
 
 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 6 
1.7. CAMBIO DE ESTADO 
La mayoría de las substancias pueden existir en estado sólido, líquido o gaseoso, 
dependiendo de su temperatura y de la presión a la que se encuentren expuestas. El calor 
puede cambiar la temperatura y el estado de las substancias y también puede ser absorbido 
aun cuando no exista cambio de temperatura, como cuando un sólido cambia a líquido, o 
cuando un líquido se transforma en vapor. Cuando el vapor se vuelve líquido, o cuando el 
líquido vuelve a transformarse en sólido, se despide la misma cantidad de calor. El ejemplo 
más común de este proceso es el agua, que existe como líquido y que puede existir como 
sólido en forma de hielo y como gas cuando se convierte en vapor. Como hielo, es una 
forma de refrigeración, absorbiendo calor mientras se derrite a una temperatura constante de 
0°C (32°F). Si se coloca agua en un recipiente abierto y se pone al fuego, su temperatura 
aumentará a la temperatura de ebullición o sea 100°C al nivel del mar (212°F). Sin importar 
la cantidad de calor aplicado, la temperatura no puede subir de 100°C, porque el agua se 
estaría evaporando constantemente. Si este vapor pudiera ser retenido en el recipiente 
evitando la ebullición y se continuara agregando calor, entonces la temperatura podría 
nuevamente aumentarse. Cuando el vapor se condensa nuevamente formando agua, despide 
exactamente la misma cantidad de calor que absorbió al evaporarse. Si el agua se congela, 
debe extraerse la misma cantidad de calor que fue absorbida en el proceso de 
descongelamiento por medio de algún proceso para causar la congelación. 
 
1.8. LEY DE BOYLE (Proceso Isotérmico) 
La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente 
proporcional al volumen del recipiente. Esto quiere decir que si el volumen del contenedor 
aumenta, la presión en su interior disminuye y, viceversa, si el volumen del contenedor 
disminuye, la presión en su interior aumenta. 
De la Ley de Boyle se sabe que la presión es directamente proporcional a la temperatura, 
esto es: 
1 2
1 1 2 2
2 1
 o o p V p V p V pV C
p V
= = = 
(Ley de Boyle, T = C) 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 7
1.9. LEY DE CHARLES (Proceso Isobárico) 
La ley de Charles establece que el volumen de un gas es directamente proporcional a su 
temperatura absoluta, asumiendo que la presión se mantiene constante. Esto quiere decir que 
en un recipiente flexible que se mantiene a presión constante, el aumento de temperatura 
conlleva un aumento del volumen. Las ecuaciones matemáticas de la ley de Charles, se 
consideran como otras características del gas perfecto: 
1 1 1 2
2 2 1 2
, ó , ó V T T T T C
V T V V V
= = = 
(Ley de Charles, p = C) 
 
1.10. LEY DE GAY-LUSSAC (Proceso Isocórico) 
En 1802, Joseph Gay-Lussac publicó los resultados de sus experimentos que, ahora 
conocemos como Ley de Gay-Lussac. Esta ley establece, que, a volumen constante, la 
presión de una masa fija de un gas dado es directamente proporcional a la temperatura 
kelvin. : 
1 1 1 2
2 2 1 2
, ó , ó p T T T T C
p T p p p
= = = 
(Ley de Gay-Lussac, V = C 
 
1.11. LEY DE DALTON 
La ley de Dalton establece que en una mezcla de gases, cada gas ejerce su presión como si 
los restantes gases no estuvieran presentes. La presión específica de un determinado gas en 
una mezcla, se llama presión parcial, p. La presión total de la mezcla se calcula simplemente 
sumando las presiones parciales de todos los gases que la componen. 
 
1.12. LEY DEL GAS IDEAL 
La presión de un gas sobre las paredes del recipiente que lo contiene, el volumen que ocupa, 
la temperatura a la que se encuentra y la cantidad de sustancia que contiene están 
relacionadas. A partir de las leyes de Boyle-Mariotte, Charles- Gay Lussac y de Avogadro se 
puede determinar la ecuación que relaciona estas variables, esto es: 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 8 
1 1 2
2 1
2 2 1
, ó v T vT T
v T v
⎛ ⎞
= = ⎜ ⎟
⎝ ⎠
; 
y a partir del proceso a volumen constante, 
1 1 1
1 2
2 2 2
, ó p T pT T
p T p
⎛ ⎞
= = ⎜ ⎟
⎝ ⎠
 
Igualando los valores de T1 y reuniendo los subíndices iguales, obtenemos 
1 1 2 2
1 2
, una constante.p v p v R
T T
= = 
Consecuentemente, esta expresión pv/T tiene que ser constante para un gas particular. En 
términos generales y a partir del principio de Amadeo Avogadro que establece que: 
volúmenes iguales de todos los gases ideales a una presión y temperatura particulares, 
contienen el mismo número de moléculas; la Ecuación de Estado de los Gases Ideales se 
expresa por PV=nRT, 
donde: 
P Presión 
V Volumen 
T Temperatura 
n Número de Moles (número de Abogadro) 
R Constante de los Gases Ideales 
El valor de R tiene un valor de 0,082 (atm.L/k.mol). No se puede modificar una de estas 
variables sin que cambienlas otras. 
Los gases reales se comportan como gases ideales si presentan las siguientes características: 
• El número de moléculas es despreciable comparado con el volumen total de un gas. 
• No hay fuerza de atracción entre las moléculas. 
• Las colisiones son perfectamente elásticas. 
• Evitando las temperaturas extremadamente bajas y las presiones muy elevadas, 
podemos considerar que los gases reales se comportan como gases ideales. 
Los gases tienen 3 propiedades características: (1) son fáciles de comprimir, (2) se expanden 
hasta llenar el contenedor, y (3) ocupan más espacio que los sólidos o líquidos que los 
conforman. 
 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 9
Figura I.2 
Formas de transmisión de calor 
En los procesos de los Gases se manejan los siguientes términos: 
• Cuando el proceso es Isotérmico la temperatura permanece constante. 
• Si el proceso se realiza a presión constante se le llama Isobárico. 
 
1.13. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA 
El Segundo Principio de la Termodinámica es un poco más complicado y está relacionado 
con el concepto de entropía. Entropía es la medida de la energía y materia desordenada o al 
azar en un sistema. Este principio enuncia que la entropía siempre aumenta en un sistema 
cerrado. Prácticamente, esto significa que la energía fluye hacia abajo, de un estado más alto 
a uno más bajo. Por ejemplo, si un objeto frío o caliente están uno al lado de otro, el calor 
pasará del objeto caliente al frío, y no al revés. Esto también quiere decir que la energía fluye 
de una forma de grado alto (por ejemplo energía mecánica) a formas bajas (por ejemplo 
calor). El segundo principio implica que la entropía total del universo siempre está 
aumentando. 
 
1.14. TRANSMISIÓN DE CALOR 
El segundo principio de la termodinámica, implica que el calor siempre viaja del cuerpo de 
mayor temperatura al cuerpo de menor temperatura. El grado de transmisión es directamente 
proporcional a la diferencia de temperatura entre ambos 
cuerpos. Supongamos que dos bolas de acero se 
encuentran juntas en una caja perfectamente aislada; una 
bola pesa un kilo y tiene la temperatura de 190°C, 
mientras que la segunda pesa 1,000 kilos y tiene la 
temperatura de 180°C; la cantidad de calor existente en 
la bola grande es mucho mayor que la de la bola 
pequeña; pero debido a la diferencia de temperatura, el 
calor viaja de la bola pequeña a la bola grande, hasta 
que las temperaturas se igualan. La transferencia de 
calor entre una región y otra del sistema o bien entre el sistema y sus alrededores puede 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 10 
llevarse a cabo por tres medios diferentes: a) conducción, b,c) convección y d) radiación. 
Conducción es la transferencia de calor de una parte de un cuerpo a otra parte del mismo 
cuerpo, o de un cuerpo a otro cuerpo con el que está en contacto físico, sin que podamos 
apreciar un desplazamiento de las partículas que forman estos cuerpos. Cuando tomamos 
una pequeña varilla metálica por un extremo y calentamos el otro extremo, por ejemplo 
metiéndolo al fuego, muy pronto sentiremos el calor en el extremo que estamos deteniendo 
con nuestra mano. El calor se ha transmitido por conducción a través de la varilla. Al igual 
que sucede con los conductores eléctricos, no todos los cuerpos conducen el calor con la 
misma facilidad. Si repetimos la experiencia de la varilla pero ahora utilizando un cuchillo 
con mango de madera, este material impedirá en gran medida el paso del calor hacia nuestra 
mano. 
Convección es la transferencia de calor de un punto a otro punto dentro de un fluido, gas o 
líquido, mediante la mezcla de regiones frías con regiones calientes. En la convección 
"natural", el movimiento del fluido se debe exclusivamente a las diferencias locales de 
densidad ocasionadas por las diferencias en temperaturas en las distintas regiones del 
sistema. En la convección "forzada" se utilizan medios mecánicos para favorecer el 
mezclado, por ejemplo, cuando calentamos nuestros alimentos es muy común que utilicemos 
un cucharón para agitar el fluido y obtener un calentamiento más uniforme. 
Radiación es la transferencia de calor de un cuerpo hacia otro que no se halla en contacto 
con aquél, mediante ondas que viajan a través del espacio. El ejemplo de transmisión de 
calor por radiación más conocido por nosotros es el del calor que recibimos desde el Sol. 
 
La aplicación típica de refrigeración es una combinación de los tres procesos citados 
anteriormente. La transmisión de calor no puede tener lugar sin que exista una diferencia de 
temperatura. Los diferentes materiales varían en su capacidad para conducir calor: Los 
metales son muy buenos conductores de calor, mientras que el asbesto tiene una gran 
resistencia al flujo de calor y puede ser usado como aislante. 
 
 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 11
1.15. CALOR ESPECÍFICO. 
El calor específico de una substancia es su capacidad relativa de absorber calor tomando 
como base la unidad de agua pura, y se define como la cantidad de kilo-calorías (BTU) 
necesarias para aumentar la temperatura de un kilo (libra) de cualquier substancia 1°C (1°F). 
Por definición, él calor específico del agua es 1.0, pero la cantidad de calor necesaria para 
aumentar las temperaturas de otras substancias varía. Se requieren únicamente 0.64 kilo-
calorías por kilo (0.64 BTU por libra) para aumentar la temperatura de un kilo (libra) de 
mantequilla 1°C (1°F), y sólo 0.22 kilo-calorías (BTU) para aumentar la temperatura de un 
kilo (libra) de aluminio 1°C (1°F), por lo tanto, los calores específicos de estas dos 
substancias son 0.64 y 0.22 respectiva mente. 
 
1.16. CALOR SENSIBLE. 
El calor sensible se define como el calor que provoca un cambio de temperatura en una 
substancia. En otras palabras es, como su nombre lo indica, el calor que puede percibirse por 
medio de los sentidos. Cuando la temperatura del agua se eleva de 0°C a 100°C, hay también 
un aumento de calor sensible. 
 
1.17. CALOR LATENTE 
El calor latente es el que se necesita para cambiar de fase a una sustancia. La palabra latente 
significa "oculto", o sea que este calor requerido para cambiar el estado de una substancia, 
no es percibido por los sentidos. 
 
1.18. CALOR LATENTE DE FUSIÓN 
El cambio de fase de una sustancia requiere agregar o quitar calor latente. Este también 
puede llamarse calor latente de licuefacción o calor latente de congelación. 
 
1.19. CALOR LATENTE DE EVAPORACIÓN 
Es la cantidad de energía necesaria adicionada para producir el cambio de fase de líquido a 
vapor. 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 12 
1.20. CALOR LATENTE DE CONDENSACIÓN 
Es la cantidad de energía necesaria a renovar para producir el cambio de fase de vapor a 
líquido. 
Debido a la gran cantidad de calor latente que interviene en la evaporación y en la 
condensación, la transmisión de calor puede ser muy eficiente mediante este proceso. Los 
mismos cambios de estado que afectan al agua se aplican también a cualquier líquido aunque 
a diferentes presiones y temperaturas. 
La absorción de calor para cambiar un líquido a vapor y la substracción de este calor para 
condensar nuevamente el vapor, es la clave para todo el proceso de la refrigeración mecánica 
y la transmisión del calor latente requerido, es el instrumento básico de la refrigeración. 
 
1.21. CALOR LATENTE DE SUBLIMACIÓN 
El proceso de sublimación es el cambio directo de un sólido a vapor sin pasar por el estado 
líquido, que puede ocurrir en algunas substancias. El calor latente de sublimación es igual a 
la suma del calor latente de fusión y el calor latente de evaporación. 
 
1.22. SISTEMAS 
En el concepto de sistema uno modela la realidad dividiéndola entre aquello que forma parte 
del sistema y lo que está fuera de él (exterior del sistema). Luego se estudia la interacción 
entre el sistema y su entorno. Es una herramienta poderosa y simple paramodelar la 
realidad. 
 
Los sistemas se clasifican en: 
Sistemas Abiertos: son los sistemas más comunes. Este tipo de sistema tiene 
intercambio de materia y energía con el exterior. 
Sistemas Cerrados: En este sistema solo hay intercambio energético con el exterior. 
No hay intercambio de masa. A su vez se pueden dividir en: 
• Sistemas No Aislados: Solo intercambio energético con el exterior. 
• Sistemas Aislados: No hay intercambio ni de masa ni de energía con el exterior. 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 13
En las propiedades de sistemas, se clasifican en: 
• Propiedades Extensivas: Son aquellas propiedades que dependen de la masa total 
del sistema. 
• Propiedades Intensivas: Son aquellas que varían de punto a punto del sistema o bien 
no dependen de la masa total. 
Algunas de estas propiedades son variables y otras no la son. 
El estado de un sistema queda definido por el conjunto de valores que adquieren aquellas 
propiedades de sistema que pueden variar. 
 
La relación funcional que liga las variables de estado se llama ecuación de estado. 
Es decir: E = f(x1, x2, x3......xn) 
Esta relación puede ser explícita o implícita y expresable en forma matemática o no. 
Un principio fundamental de la termodinámica establece que para sistemas simples y puros, 
solo puede haber 2 variables de estado independientes. Cualquier otra variable de estado será 
dependiente. Aclaremos lo que entendemos por sustancias simples y puras. 
 
Se dice que una sustancia es simple cuando toda ella está en la misma fase (sólida, líquida o 
gaseosa) y además es homogénea en cuanto a constitución física. 
Una sustancia es pura si toda ella está constituida por la misma especie de materia. 
 
1.23. TRABAJO 
El trabajo es el efecto creado por una fuerza cuando mueve a un cuerpo y se expresa 
mediante la siguiente ecuación: 
trabajo (W) = fuerza * distancia 
Sin embargo es conveniente enlazar la definición de trabajo con los conceptos de sistemas, 
propiedades y procesos. Por consiguiente un sistema efectúa trabajo si el único efecto sobre 
el medio circundante (todo lo que es exterior al sistema) pudiese ser el levantamiento de un 
peso, este levantamiento es, en efecto, la acción de una fuerza a lo largo de una distancia. 
Por tanto, el trabajo efectuado por un sistema se considera positivo tal como el realizado por 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 14 
un gas al expandirse contra un émbolo y negativo el efectuado sobre un sistema, como el 
que realiza un émbolo al comprimir un gas. Así pues, un trajo positivo significa que sale 
energía de un sistema y un trabajo negativo, que entra energía a una sistema. En general, se 
considera trabajo como una transferencia de energía. 
 
1.24. ENERGÍA 
Capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. La materia posee energía como 
resultado de su movimiento o de su posición en relación con las fuerzas que actúan sobre 
ella. Todas las formas de energía pueden convertirse en otras formas mediante los procesos 
adecuados. En el proceso de transformación puede perderse o ganarse una forma de energía, 
pero la suma total permanece constante. 
 
1.25. POTENCIA 
La potencia es la rapidez (derivada con respecto al tiempo) conque se realiza el trabajo y se 
representa con la siguiente ecuación 
( ) trabjopotencia P
tiempo
= 
Las unidades de potencia de los sistemas de ingeniería empleadas son el kilográmetro por 
segundo (kgf m/seg) y el pie libra por segundo (pie lbf/seg). Sin embargo, las unidades más 
usadas son el caballo de vapor (CV) y el caballo de fuerza (“horsepower”, hp). Con 
frecuencia conviene considerar el trabajo por unidad de masa de un sistema. Esta cantidad se 
designa por el símbolo (w) y se define por 
m
Ww ≡ 
1.26. TONELADA AMERICANA DE REFRIGERACIÓN 
Aun en nuestro medio es muy frecuente hablar de toneladas de refrigeración, la cual es 
realmente una unidad americana basada en el efecto frigorífico de la fusión del hielo. La 
tonelada de refrigeración puede definirse como la cantidad de calor absorbida por la fusión 
de una tonelada de hielo sólido puro en 24 horas. 
 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 15
Figura I.3 Diagrama de fases 
1.27. TEMPERATURA Y PRESIÓN DE SATURACIÓN 
Saturación es la condición de temperatura y presión en la cual el líquido y el vapor pueden 
existir simultáneamente. Un líquido o vapor está saturado cuando está en su punto de 
ebullición. 
 
Podemos representar cualquier estado de equilibrio del sistema formado por una sustancia 
pura mediante un punto en un diagrama bidimensional de presión-temperatura. Este 
diagrama se denomina diagrama de fases. Un ejemplo del diagrama de fases de una 
sustancia pura se muestra en la figura I.3. 
 
En el diagrama de la figura las líneas AB, BD y BC 
corresponden a valores (P, T) en las que coexisten 
dos fases: 
• En AB coexisten en equilibrio sólido y gas. 
• En BD coexisten en equilibrio sólido y 
líquido. 
• En BC coexisten en equilibrio líquido y gas. 
El punto B marca los valores de P y T en los que 
coexisten tres fases, sólido, líquido y gas, y se denomina 
Punto Triple. Este punto, que indica la temperatura mínima a la que el líquido puede existir, 
es característico de cada sustancia, y puede emplearse como referencia para calibrar 
termómetros. 
 
El punto C indica el valor máximo (PC, TC) en el que pueden coexistir en equilibrio dos 
fases, y se denomina Punto Crítico. Representa la temperatura máxima a la cual se puede 
licuar el gas simplemente aumentando la presión. Fluidos con T y P mayores que TC y PC se 
denominan fluidos supercríticos 
 
 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 16 
Figura I.4 Gráfica de volumen-temperatura 
1.28. TEMPERATURA ABSOLUTA 
Si se representa el volumen de varios gases frente a la temperatura en grados centígrados, 
sea cual sea el gas estudiado, al disminuir la temperatura disminuye el volumen del gas. 
Dependiendo de la cantidad de gas usada y del 
tipo de gas, la línea recta que se obtiene tendrá 
mayor o menor inclinación, pero todas cortan el 
eje de las temperaturas a -273 ºC. Es decir que a 
esa temperatura (-273 ºC), el volumen del gas 
sería 0 litros, y a menores temperaturas el 
volumen sería negativo. Es evidente que el 
volumen de un gas, o de cualquier cosa, no puede 
ser 0 o negativo, así que -273 ºC es la menor 
temperatura posible, imposible de bajar. 
Si a la temperatura en grados centígrados se le suma 273, se obtiene una escala de 
temperaturas que siempre será positiva: la escala Kelvin, ya que nunca se podrán tener 
temperaturas menores a -273 ºC. 
 
1.29. TEMPERATURA CRÍTICA 
Es la máxima temperatura a la cual es posible licuar un gas sometido a cualquier cantidad de 
presión. 
1.30. LÍQUIDO SUBENFRIADO 
Es cualquier líquido que tenga una temperatura inferior a la temperatura de saturación 
correspondiente a la presión existente. 
 
1.31. VAPOR SOBRECALENTADO 
Es cualquier gas cuya temperatura se encuentre arriba de la temperatura de saturación 
correspondiente a la presión existente. 
 
 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 17
1.32. PRESIÓN 
Es la medida de la fuerza por unidad de área: 
Pr Fuerzaesión
Área
= 
En el Sistema Internacional (SI) las unidades de presión se miden en newtons por metro 
cuadrado, denominados pascales. La presión a veces se mide, no como la presión absoluta, 
sino como la presión por encima de la presión atmosférica, también denominada presión 
normal. 
 
1.33. PRESIÓN ATMOSFÉRICA 
La presión atmosférica es la fuerza que el peso de la columna de atmósfera por encima del 
punto de medición ejerce por unidad de área. La unidad de medición en el sistema métrico 
decimal es el hectoPascal (hPa) que corresponde a una fuerza de 100 Newton sobre un metro 
cuadrado de superficie. La variación de la presión con la altura es mucho mayor que la 
variación horizontal, de modo que para hacer comparables mediciones en lugares distintos, 
hay quereferirlas a un nivel común (usualmente el nivel del mar). 
 
1.34. PRESIÓN MANOMETRICA 
Es aquella presión que mide un manómetro pero siempre y cuando ésta presión este por 
arriba de la atmosférica. La presión manométrica es siempre relativa a la presión absoluta. 
La tabla No. 1 demuestra la relación de presiones a diferentes altitudes suponiendo que las 
condiciones atmosféricas sean normales. 
Tabla I.1 
RELACIÓN DE PRESIONES A DIFERENTES ALTITUDES 
 PRESIONES PUNTO DE 
ALTITUD MANOMETRICA ABSOLUTA ATMOSFÉRICA EBULLICIÓN
metros Pies Kg/Cm2 PSIG Kg/Cm PSIA mm. Hg. Pulg. Hg. °C °F 
0 0 0 0 1.03 14.7 760 29.92 100 212 
305 1000 0 0 1.00 14.2 733 28.85 99 210
610 2000 0 0 0.96 13.7 707 27.82 98 208
915 3000 0 0 0.93 13.2 681 26.81 97 206
1220 4000 0 0 0.89 12.7 656 25.84 96 205
1525 5000 0 0 0.86 12.2 632 24.89 95 203 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 18 
1.35. PRESIÓN VACUOMETRICA 
Es aquella lectura negativa que mide un vacuometro, pero siempre y cuando esta presión, sea 
menor que la atmosférica. 
 
1.36. PRESIÓN ABSOLUTA 
La presión absoluta de un sistema cerrado será siempre la presión manométrica más la 
presión atmosférica. Las presiones inferiores a 0 K/Cm2 (PSIG) son realmente lecturas 
negativas en los manómetros y se llaman milímetros (pulgadas) de vacío. 
La presión absoluta en milímetros (pulgadas) de mercurio, indica los milímetros (pulgadas) 
de mercurio que una bomba de vacío perfecta debería obtener teóricamente. 
 
1.37. RELACIÓN TEMPERATURA-PRESIÓN (Líquidos) 
La temperatura a la cual hierve un líquido depende de la presión sobre este líquido. La 
presión del vapor de un líquido, que es la presión causada por las pequeñas moléculas al 
tratar de escapar del líquido para convertirse en vapor, aumenta con la temperatura hasta 
llegar al punto donde la presión interna de vapor iguala a la presión externa, dando lugar a la 
ebullición. La presión es un medio para regular la temperatura de refrigeración. Manteniendo 
en un serpentín de enfriamiento una presión igual a la temperatura de saturación equivalente 
a la temperatura deseada. 
 
1.38. RELACIÓN TEMPERATURA-PRESIÓN (Gases) 
Uno de los fundamentos de la termodinámica es la llamada "ley del gas perfecto". Esta 
describe las relaciones existentes entre los tres factores básicos que controlan el 
comportamiento de un gas (presión, volumen y temperatura). 
En la práctica, el aire y los gases refrigerantes altamente sobrecalentados pueden 
considerarse gases perfectos y su comportamiento sigue las siguientes relaciones: 
2
22
1
11 *Pr*Pr
aTemperatur
Volumenesión
aTemperatur
Volumenesión
= 
 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 19
Aunque la relación de "gas perfecto" no es exacta, nos da una base para aproximar el efecto 
causado en un gas por el cambio en uno de las tres variables. En esta relación, tanto la 
presión como la temperatura deben expresarse en valores absolutos. 
 
1.39. VOLUMEN ESPECÍFICO 
El volumen específico v de una substancia se define como el volumen por unidad de masa; 
metro cúbico por kilogramo (o bien, pies cúbicos por libras), y es el reciproco de la 
densidad, se expresa de la siguiente forma: 
1Vv
w ρ
= = 
1.40. DENSIDAD 
La densidad ρ de cualquier sustancia es su masa (no su peso) por unidad de volumen y se 
expresa de la siguiente forma: 
3 3
3 3
log ó ,
 ó .
masa Kg ki ramosgedensidad
volumen m m
masa lb slugsdensidad
volumen pie pie
= →
= →
 
1.41. ENTALPÍA 
La energía se puede clasificar como energía en transito y energía almacenada. La energía 
total almacenada en un cuerpo incluye varios tipos. Entre otras formas de energía 
almacenada se tienen la energía cinética y la potencial. La energía cinética es la energía 
almacenada en un cuerpo debido a su movimiento o velocidad. La energía potencial es la 
energía almacenada en un cuerpo debido a su posición o elevación. Los cuerpos poseen 
además energía adicional debido a su temperatura y presión. Se sabe que un gas que está a 
una presión elevada tiene energía y que el agua que está a una alta temperatura puede ceder 
energía calorífica. 
A esta energía almacenada por la temperatura y la presión se la llama entalpía (H). 
Además, es común en la industria de la refrigeración utilizar la frase contenido de calor con 
el mismo significado que tiene la palabra entalpía. 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 20 
Figura I.5 Ciclo de Carnot 
Es importante distinguir entre temperatura y entalpía (contenido de calor). La temperatura es 
una medida del nivel térmico de un cuerpo. Cuando se agrega calor a un cuerpo se eleva su 
temperatura, pero la entalpía total o contenido de calor de un cuerpo depende de la masa del 
mismo, así como de su temperatura. Por ejemplo, el contenido de un dedal de acero fundido 
a 2500ºF posee una temperatura mucho mayor que un tanque de grandes dimensiones lleno 
de agua a 200 ºF, pero la entalpía del tanque de agua es mayor, lo que significa que hay más 
energía almacenada en el agua. Esto constituye un hecho de gran importancia, debido a que 
para muchas aplicaciones se puede obtener más calor del tanque de agua, a pesar de su baja 
temperatura. 
 
1.42. CICLO DE CARNOT 
Se define ciclo de Carnot como un proceso 
cíclico reversible que utiliza un gas perfecto, 
y que consta de dos transformaciones 
isotérmicas y dos adiabáticas, tal como se 
muestra en la figura I.5. 
 
La representación gráfica del ciclo de Carnot 
en un diagrama p-V se observa en la figura 
I.6. 
 
Tramo A-B isoterma a la temperatura T1 
Tramo B-C adiabática 
Tramo C-D isoterma a la temperatura T2 
Tramo D-A adiabática 
En cualquier ciclo, tenemos que obtener a partir de los datos iniciales: 
Figura I.6 Diagrama p-V del ciclo de Carnot 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 21
 
• La presión, volumen de cada uno de los vértices. 
• El trabajo, el calor y la variación de energía interna en cada una de los procesos. 
• El trabajo total, el calor absorbido, el calor cedido, y el rendimiento del ciclo. 
Las etapas del ciclo se muestran a continuación: 
Transformación A->B (isoterma) 
La presión pB se calcula a partir de la ecuación del gas ideal pBvB = nRT1 
Variación de energía interna ∆UA→B = 0 
Trabajo 
A
B
BA v
v
nRTW ln1=→ 
Calor BABA WQ →→ = 
 
Transformación B->C (adiabática) 
La ecuación de estado adiabática es pvr = cte ó bien, Tvr-1 = cte. Se despeja vc de la ecuación 
de la adiabática 1211 −− = rCrB vTvT . Conocido vc y T2 se obtiene pc, a partir de la ecuación del gas 
ideal 2nRTvp CC = . 
Calor Q B→C = 0 
Variación de energía interna ∆U B→C = ncv(T2-T1) 
Trabajo W B→C = -∆U B→C 
Transformación C->D (isoterma) 
Variación de energía interna ∆UC→D = 0 
Trabajo 
C
D
DC v
v
nRTW ln2=→ 
Calor Q C→D = W C→D 
Transformación D-> A (adiabática) 
Se despeja vD de la ecuación de la adiabática 1211 −− = rDrA vTvT . Conocido vD y T2 se obtiene pD, a 
partir de la ecuación del gas ideal. pDvD = nRT2. 
Calor Q D→A = 0 
Variación de energía interna ∆U D→A = ncr(T1-T2) 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 22 
Figura I.7 Ciclo de Carnot inverso 
Trabajo W D→A = -∆U D→A 
En el ciclo completo tenemos: 
Variación de energía interna 
∆U = ∆U B→C + ∆U D→A =0 
En un proceso cíclico reversible la variación de energía interna es cero 
Trabajo 
A
B
ADDCCBBA v
v
TTnRWWWWW ln)( 21 −=+++= →→→→ 
Los trabajos en las transformaciones adiabáticas son iguales y opuestos. A partir de las 
ecuaciones de las dos adiabáticas la relación entre los volúmenes de los vértices es 
D
C
A
B
v
v
v
v
= , 
lo que nos conduce a la expresión final para el trabajo. 
Calor 
En la isoterma T1 se absorbe calor Q>0 ya que vB>vA de modo que
A
B
abs v
v
nRTQ ln1= 
En la isoterma T2 se cede calor Q<0 ya que vD<vC 
Rendimiento del ciclo 
Se define rendimiento como el cociente entre el trabajo realizado y el calor absorbido 
1
21
T
T
Q
W
abs
−==η 
1.43. CICLO DE CARNOT INVERSO 
El ciclo de Carnot Inversoes considerado como el estándar de comparación dentro de los 
ciclos de refrigeración existentes, dado que por ser 
ideal da el rendimiento máximo posible por un 
proceso cíclico. Este será el patrón de comparación 
al evaluar eficiencia y operación de todos aquellos 
ciclos mecánicos reales que transforman el calor o 
energía internas en trabajo mecánico. 
Capítulo I Conceptos básicos 
 
 23
El ciclo de Carnot Inverso está compuesto por cuatro procesos totalmente reversibles que se 
ilustran en la figura I.7. 
1) Una evaporación isobárica e isotérmica de 1 a 2 a una temperatura T2 donde se 
suministra al fluido una cantidad de calor Q. 
2) Una comprensión isoentrópica o adiabática donde el refrigerante pasa de una 
temperatura T2 a una T3 (donde T3 > T2) al realizar un trabajo sobre el gas. 
3) Una condensación isobárica e isotérmica de 3 a 4 a una temperatura T4, al ceder una 
cantidad de calor Q al receptor. 
4) Una expansión isoentrópica o adiabática donde el fluido pasa de una temperatura T4 
hasta la inicial T1 (donde T4 > T1). 
 
Para obtener un ciclo de refrigeración se emplea una bomba calorimétrica, donde el líquido a 
evaporar a presión constante, permite absorber calor a temperatura constante. Este líquido 
refrigerante puede ser desde un glicol éter o producto halogenado hasta agua, dependiendo 
de las condiciones de operación requeridas y la aplicación industrial. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo II Principio de refrigeración 
 
 24 
CAPITULO II 
PRINCIPIO DE REFRIGERACIÓN 
 
2.1. REFRIGERANTES 
En la refrigeración el proceso de almacenamiento de energía se lleva a cabo mediante el 
cambio de temperatura o por cambio de estado; sin embargo para lograr un sistema óptimo 
es mucho más recomendable realizarlo mediante cambio de estado, ya que de esta forma 
almacena un mayor porcentaje de energía comparado con el primer proceso mencionado, por 
lo tanto se logra obtener un mejor efecto refrigerante al introducir menor trabajo, obteniendo 
considerablemente mayor energía. 
En la refrigeración mecánica se requiere un proceso que pueda transmitir grandes cantidades 
de calor económica y eficientemente, y que pueda repetirse continuamente. Los procesos 
de evaporación y condensación de un líquido son por lo tanto los pasos lógicos en el proceso 
de refrigeración. 
El refrigerante es cualquier materia que actúa como medio de transporte de energía 
térmica. 
Un refrigerante ideal debe cumplir las siguientes propiedades: 
• Ser químicamente inerte hasta el grado de no ser inflamable, ni tóxico, ni explosivo, 
tanto en estado puro como cuando esté mezclado con el aire en determinada 
proporción. 
• No reaccionar desfavorablemente con los aceites o materiales empleados en la 
construcción de los equipos frigoríficos. 
• No reaccionar desfavorablemente con la humedad, que a pesar de las precauciones 
que se toman, aparece en toda instalación. 
• Su naturaleza será tal que no contamine los productos almacenados en caso de fuga. 
• El refrigerante ha de poseer unas características físicas y termodinámicas que 
permitan la máxima capacidad de refrigeración con la mínima demanda de potencia. 
• La presión de descarga de cualquier refrigerante siempre disminuye a medida que 
Capítulo II Principio de refrigeración 
 
 25
baja la relación de compresión. Por lo tanto deseamos que la presión de descarga sea 
la más baja posible para alargar la vida del compresor. 
• El coeficiente de transferencia de calor conviene que sea lo más elevado posible para 
reducir el tamaño y costo del equipo de transferencia de calor. 
• La relación presión-temperatura debe ser tal que la presión en el evaporador para la 
temperatura de trabajo sea superior a la atmosférica, para evitar la entrada de aire y de 
humedad en el sistema en caso de fuga. 
• Temperatura y presión crítica, lógicamente el punto de congelación deberá ser 
inferior a la temperatura mínima de trabajo. 
• Finalmente ha de ser de bajo precio y fácil disponibilidad. 
 
Los refrigerantes son nombrados por una R y tres cifras: a la primera cifra se le suma 1 para 
obtener el número de átomos de carbono que contiene la molécula. A la segunda se le resta 1 
para obtener el número de átomos de Hidrógeno. La tercera se refiere al número de átomos 
de fluor. El resto de valencias, salvo que se indique lo contrario, quedan cubiertas con cloro. 
 
Por ejemplo la fórmula del R-245 sería: 
Carbono: 2+1=3 átomos 
Hidrógeno: 4-1=3 átomos 
Fluor: 5 átomos 
El resto de valencias cubiertas con cloro no existen. 
Cuando sólo aparezcan dos cifras se entiende que la primera no escrita será cero. Así 
tendríamos: 
R-11 
Carbono: 0+1= 1 átomo Cl 
Hidrógeno: 1-1= 0 átomo Cl C F 
Flúor: 1 átomo Cl 
Resto: Cloro 
 
Capítulo II Principio de refrigeración 
 
 26 
2.1.1. Clases de refrigerantes 
Existen en la actualidad tres tipos de refrigerantes de la familia de los hidrocarburos 
halogenados: 
a) CFC: (Flúor, Carbono, Cloro), Clorofluorocarbono totalmente halogenado, no 
contiene hidrógeno en su molécula química y por lo tanto es muy estable, esta estabilidad 
hace que permanezca durante largo tiempo en la atmósfera afectando seriamente la capa de 
ozono y es una de las causas del efecto invernadero. (R-11, R-12, R-115). Esta prohibida su 
fabricación desde 1995. 
b) HCFC: (Hidrógeno, Carbono, Flúor, Cloro), Es similar al anterior pero con átomos de 
hidrógeno en su molécula. La presencia de Hidrógeno le confiere menos estabilidad, en 
consecuencia, se descompondrá en la parte inferior de la atmósfera y no llegará a la 
estratosfera. Posee un potencial reducido de destrucción de la capa de ozono. Su 
desaparición está prevista para el año 2015. (R-22) 
c) HFC: (Hidrógeno, Flúor, Carbono). Es un Fluorocarbono sin cloro con átomos de 
hidrógeno sin potencial destructor del ozono dado que no contiene cloro. (R-134a, 141b). 
Los nuevos refrigerantes (HFC) tenderán a sustituir a los CFC y HCFC: 
TABLA II.1 SUSTITUCIÓN DE LOS REFRIGERANTES 
USO O SERVICIO CFC/HCFC HFC 
Limpieza R-11 R-141b 
Temperatura media R-12 R-134a/R-409 
Baja temperatura R-502 R-404/R-408 
Aire Acondicionado R-22 R-407c 
 
Los refrigerantes pueden ser puros o mezcla de diferentes gases, las mezclas pueden ser 
azeotrópicas o no azeotrópicas. 
Las mezclas azeotrópicas están formadas por tres componentes y se comportan como una 
molécula de refrigerante puro. Empiezan por 5 (R-500, R-502). 
Capítulo II Principio de refrigeración 
 
 27
Las mezclas no azeotrópicas están formadas por varios componentes pero la mezcla no se 
comporta como una molécula de refrigerante puro. Por lo tanto la carga de refrigerante que 
funciona con estos gases se ha de realizar siempre por líquido ya que cada gas se comporta 
diferente en estado gaseoso. Empiezan por 4 (R-404, R-408, R-409). Aparte este tipo de 
mezclas tiene deslizamiento, lo que quiere decir que a la misma presión la temperatura es 
diferente si está en estado gaseoso o en estado líquido. Este deslizamiento puede ser desde 1º 
hasta 7ºC. 
Estos gases no son tóxicos en estado normal pero desplazan el oxígeno produciendo asfixia. 
Cuando están en contacto con llamas o cuerpos incandescentes el gas se descompone dando 
productos altamente tóxicos y capaces de provocar efectos nocivos en pequeñas 
concentraciones y corta exposición. 
Los refrigerantes que empiezan por 7, indican que son fluidos inorgánicos. Por ejemplo, el 
amoniaco (NH3) que se denomina R-717 o el R-744 que es el anhídrido carbónico (CO2), el 
R-764 es el anhídrido sulfuroso (SO2). 
Los que empiezan por 6 son los isobutano como el R-600, se emplean en instalaciones 
domésticas. Son altamente inflamables. 
 
2.1.2. Características del R-12: 
Era el más empleado por su buen comportamiento en general hasta su prohibición. 
Evapora –29.4ºC a presión atmosférica, es el más miscible con el aceite mineral, condensa a 
temperaturaambiente, se usa con condensadores pequeños. El R-12 absorbe poca humedad y 
por lo tanto forma poco ácido en comparación con los nuevos refrigerantes. Las fugas se 
pueden detectar con lámpara busca fugas. 
 
2.1.3. Características del R-22: 
Este refrigerante es del grupo de los HCFC, inicialmente estaba diseñado para aire 
acondicionado pero hasta hace poco se emplea para todo. Evapora a –40,8ºC a presión 
atmosférica, es miscible con el aceite mineral y sintético pero en bajas temperaturas es 
recomendable utilizar separador de aceite. Acepta poco recalentamiento ya que de lo 
contrario aumentaría demasiado la temperatura de condensación. Absorbe 8 veces más 
Capítulo II Principio de refrigeración 
 
 28 
humedad que el R-12. Actualmente se prohíbe su empleo en equipos e instalaciones nuevas 
excepto para equipos de aire acondicionado inferior a 100kw. Las fugas también se pueden 
detectar con lámpara. 
 
2.1.4. Características del R-134a: 
Pertenece al grupo de los HFC, al no tener cloro no son miscibles con los aceites minerales, 
sólo se emplea aceite base ESTER. Evapora a –26ºC a presión atmosférica y es el sustituto 
definitivo para el R-12. Los HFC son muy higroscópicos y absorben gran cantidad de 
humedad. De los HFC el 134a es el único definitivo los demás se emplean para mezclas (R-
125, R-143a, R-152a). Se detectan las fugas mediante buscafugas electrónicos o con otros 
medios como colorantes o el jabón de "toda la vida". 
 
2.1.5. Evaporación de refrigerantes 
Si en vez de cambiar la temperatura exterior, se disminuye la presión del sistema, se reducirá 
su punto de saturación, por lo que la temperatura del refrigerante líquido se encontrará por 
encima de su punto de ebullición y comenzará éste a hervir violentamente absorbiendo calor 
del proceso y gasificándose conforme se produce el cambio de estado. Ahora fluirá el calor 
del exterior hacía el sistema debido a la baja temperatura del refrigerante, y la ebullición 
continuará hasta que la temperatura exterior se reduzca a la temperatura del saturación del 
refrigerante, o hasta que la presión del sistema aumente a la presión de saturación 
equivalente a la temperatura exterior. Si existe un medio, como un compresor, para substraer 
el vapor del refrigerante para que no aumente la presión mientras que el refrigerante está 
siendo inyectado en el sistema, podrá haber una refrigeración continua. Básicamente este es 
el proceso que tiene lugar en el evaporador en un sistema de refrigeración. 
 
2.1.6. Condensación de refrigerantes 
El refrigerante se encuentra dentro de un sistema de refrigeración con su temperatura igual a 
la temperatura exterior. Si se introduce gas refrigerante caliente en el sistema, la presión 
en el sistema de refrigeración se eleva aumentando el punto de saturación. 
Capítulo II Principio de refrigeración 
 
 29
Conforme el calor del vapor caliente que entra en el sistema es transferido al refrigerante 
líquido y a las paredes del sistema, la temperatura del vapor refrigerante se reduce hasta su 
temperatura de condensación y principia la condensación. El calor originado por el calor 
latente de condensación fluye del sistema hacia el exterior hasta que la presión en el sistema 
se reduce a la presión de saturación equivalente a la temperatura exterior. Si existe algún 
medio, tal como un compresor, para mantener una alimentación de gas refrigerante caliente 
en alta presión, mientras que al mismo tiempo el refrigerante líquido es substraído, ocurrirá 
una condensación continua. Este es básicamente el proceso que tiene lugar en el 
condensador de un sistema de refrigeración. 
 
2.1.7. Relaciones de refrigerantes y aceites 
En compresores reciprocantes, el aceite y el refrigerante se mezclan continuamente. Los 
aceites de refrigeración son solubles en refrigerante líquido, y, a temperaturas normales en 
una cámara, se mezclan completamente. La capacidad de un refrigerante líquido para 
mezclarse con aceite se llama miscibilidad, y se dice que el refrigerante es miscible con 
aceite. 
El aceite que circula en un sistema de refrigeración puede ser expuesto tanto a muy altas 
como a muy bajas temperaturas. Debido a la naturaleza crítica de la lubricación bajo estas 
condiciones y al daño que pueden causar en el sistema la cera y otras impurezas del aceite, 
únicamente pueden usarse aceites altamente refinados y especialmente preparados para 
refrigeración. 
Cada tipo de refrigerante se suministra en botellas o cilindros que tienen franjas pintadas en 
un determinado código de colores. A continuación se indican los colores de los refrigerantes 
más comúnmente usados: 
 
• R-12 Blanco 
• R-22 Verde 
• R-113 Púrpura 
• R-114 Azul oscuro 
• R-500 Amarillo 
• R-502 Lila 
• R-717 Plata 
• R-134a Azul claro 
• R-404A Naranja 
 
Capítulo II Principio de refrigeración 
 
 30 
2.1.8. Efectos de los refrigerantes 
En 1999 se congeló la producción y/o consumo de los Clorofluorocarbonos en los países en 
desarrollo, lo que nos obliga a buscar alternativas a estos gases refrigerantes. La alternativa 
que hasta ahora ha sido fomentada por el Fondo Multilateral del Protocolo de Montreal1 ha 
sido el uso del Hidrofluorocarbono 134-a (HFC-134a) como sustituto del 
Clorofluorocarbono R-12 (CFC-12). 
Lamentablemente el HFC-134a aunque no destruye la capa de ozono es un gas refrigerante 
que posee un elevado potencial de efecto invernadero, y a partir del Protocolo de Kyoto2 
(1997) ha pasado a formar parte de la lista de los gases de efecto invernadero a ser 
controlados. 
Es importante destacar que en la mayoría de los países en desarrollo los sistemas de 
refrigeración doméstica (así como los aires acondicionados de vehículos) existentes, están 
basados en el CFC-12. Una alternativa es convertirlos a HFC-134a 
De acuerdo con un estudio reciente3 sobre el uso de hidrocarburos como gases refrigerantes, 
realizado en diferentes países, (Cuba, Costa Rica e Indonesia), existe suficiente evidencia 
como para indicar que el uso de esta alternativa se considere como una opción válida y como 
una posibilidad de acelerar la eliminación de los Clorofluorocarbonos en algunos países en 
vías de desarrollo. 
Ya existen firmas tales como CARE (Inglaterra) y Enviro-Safe (Estados Unidos), entre 
otros, que ya están produciendo comercialmente estos gases, además de estar trabajando en 
su utilización no solo a nivel doméstico sino también comercial. En Alemania existen ya 
refrigeradores que usan isobutano (un hidrocarburo) como gas refrigerante. 
 
1 El Protocolo de Montreal fue suscrito en 1987. Convenio emblemático cuyo cumplimiento ayudaría a resolver un 
problema de los tiempos modernos: el deterioro de la capa de ozono. Reduciendo la producción de gases CFC 
(clorofluorocarbón), halones y bromuro de metilo. 
 
2 En junio de 1988, coincidiendo con una época de sequedad y calor extraordinarios, un científico de la NASA, James 
Hansen, declaró ante el congreso de los EE.UU. que existía una fuerte "relación causa efecto" entre las altas 
temperaturas y las emisiones humanas de ciertos gases en la atmósfera. Hansen desarrollaría un modelo informático que 
predecía una elevación de la temperatura media global del planeta entre 1988 y 1997 de casi medio grado centígrado. El 
Protocolo de Kyoto, consiste en reducir la emisión de los gases que supuestamente estarían provocando el calentamiento 
del planeta, también conocidos como gases de efecto invernadero (GEI). 
 
3 Estudio realizado por el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) y el Fondo Multilateral 
para la Implementación del Protocolo de Montreal, 1999. 
Capítulo II Principio de refrigeración 
 
 31
TABLA II.2 EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LOS REFRIGERANTES 
Porcentaje en volumen de 
concentración 
en el aire 
 
 
Nº 
Identific
ación 
 
 
Nombre químico. 
 
 
Fórmula química 
* ** *** Caracte 
rístic
as 
Adv
er 
tenc
ias 
 
R-11 
R-12 
R-13 
R-13B1 
R-14 
R-21 
R-22 
R-113 
R-114 
R-115 
R-C318 
R-500 
R-502 
R-744 
Triclorofluormetano 
Diclorodifluormetano 
Clorotrifluormetano 
Bromotrifluormetano 
Tetrafluoruro de carbono 
Diclorofluormetano 
Clorodifluormetano 
1,1,2-Triclorotrifluoretano 
1,2-Diclorotetrafluoretano 
Cloropentafluoretano 
Octofluorciclobutano 
R-12(73,8%)+R- 
152a(26,2%) 
R-22(48,8%)+R- 
115(51,2%) 
Anhídrido carbónico 
 
CCl3F 
CCl2F2 
CClF2 
CBrF3 
CF4 
CHCl2F 
CHClF2 
CCl2FCClF2 
CClF2CClF2 
CClF2CF3 
C4F8 
CCl2F2/CH3CHF2 
CHClF2/CClF2CF3 
CO2 
 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
- 
8 
 
- 
- 
- 
- 
- 
10 
- 
5 a 10 
- 
- 
- 
- 
- 
5 a 6 
 
10 
20 a 30 
20 a 30 
20 a 30 
- 
5 
20 
2,5 
20 a 30 
20 a 30 
20 a 30 
20 
20 
2 a 4 
 
a 
b 
b 
b 
- 
a 
b 
a 
b 
b 
b 
b 
b 
c 
 
(1) 
(1) 
(1) 
(1) 
(1) 
(1) 
(1) 
(1) 
(1) 
(1) 
(1) 
(1) 
(1) 
(1) 
R-30 
R-40 
R-160 
R-717 
R-764 
R-1130 
Cloruro de metileno 
Cloruro de metilo 
Cloruro de etilo 
Amoníaco 
Anhídrido sulfuroso 
1,2-Dicloroetileno 
CH2Cl2 
CH3Cl 
CH3CH2Cl 
NH3 
SO2 
CHCl = CHCl 
5 a 5,4 
15 a 30 
15 a 30 
0,5 a 1 
0,2 a 1 
- 
2 a 2,4 
2 a 4 
6 a 10 
0,2 a 0,3 
0,04 a 
0,05 
2 a 2,5 
0,2 
0,05 a 0,1 
2 a 4 
0,01 a 0,03 
0.005 a 
0,004 
- 
a 
f 
f 
d,e 
d,e 
f 
(2) 
(2) 
(3) 
(3) 
(2) 
R-170 
R-290 
R-600 
R-600a 
R-1150 
Etano 
Propano 
Butano 
Isobutano 
Etileno 
CH3CH3 
CH3CH2CH3 
CH3CH2CH2CH3 
CH(CH3)3 
CH2 = CH2 
 
 
. 
- 
6,6 
- 
- 
- 
4,7 a 5,5 
4,7 a 5,5 
5 a 5,6 
4,7 a 5,5 
- 
g 
g 
g 
g 
g 
(4) 
(4) 
(4) 
(4) 
(4) 
 
* Lesión mortal o importante en pocos minutos. 
** Peligrosa de los treinta a los sesenta minutos. 
*** Inocuo de una a dos horas 
Los números entre paréntesis significan: 
(1) Pueden producirse gases de descomposición tóxicos en presencia de llamas, su olor intenso proporciona 
un aviso antes de alcanzarse concentraciones peligrosas. 
(2) Gases de descomposición tóxicos e inflamables. 
(3) Corrosivo. 
(4) Altamente inflamable. 
Las letras de la columna de, características, significan: 
a) A altas concentraciones produce efectos soporíferos4. 
b) A altas concentraciones provoca una disminución de la cantidad de oxígeno, originando sofoco y peligro 
de asfixia. 
c) No posee olor característico, pero posee un margen muy pequeño entre los efectos no tóxicos y mortales. 
 
4 Efecto soporíferos: efecto que produce sueño (tedioso, aburrido en extremo) 
Capítulo II Principio de refrigeración 
 
 32 
d) Olor característico, incluso a concentraciones muy bajas. 
e) Irritante, incluso a concentraciones muy bajas. 
f) Muy soporífero. 
g) No produce lesiones mortales o importantes a concentraciones por debajo de los límites inferiores de 
exposición, de hecho no es tóxico. 
 
TABLA II.3 EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LOS REFRIGERANTES 
(EXTENSIÓN) 
 
(1) Lesión Mortal o importante en pocos minutos 
(2) Peligroso de los 30 a 60 minutos 
(3) Inocuo de una a dos horas 
(4) Características 
Las letras de la columna (4) "Características" significan: 
a) A altas concentraciones producen efectos soporíferos. 
b) A altas concentraciones provoca una disminución de la capacidad de oxígeno originado sofoco y peligro 
de asfixia. 
* Estos valores son los mínimos que junto con la presencia de adrenalina en el torrente sanguíneo como 
consecuencia de tensión, nerviosismo o ansiedad pueda ocasionar sensibilización cardiaca. 
 Porcentaje en volumen 
de concentración en 
aire 
 
Nº de 
identificación 1.1.1.1.1.1 Nombre Químico 
Fórmula 
química 
 
(1) 
 
(2) 
 
(3) 
 
(4) 
R-23 
R-123 
R-124 
R-125 
R-134a 
Trifluormetano 
2,2-dicloro-1,1,1-trifluoretano 
2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano 
Pentafluoretano 
1,1,1,2-Tetrafluoretano 
CHF 3 
CHCl2-CF3 
CHClF-CF3 
CHF2-CF3 
CH2F-CF3 
>60* 
2* 
2,5* 
10* 
7,5* 
>23 
0,5 
10,4 
10 
20 
5 
0,1 
5 
5 
5 
a,b 
a,b 
a,b 
a,b 
a,b 
 
R-401A 
(53/13/34) 
Clorodifluormetano (R-22) 
1,1-Difluoretano (R-152a) 
2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano (R- 
124) 
CHCIF2 
CH3-CHF2 
CHClF-CF3 
 
5* 
 
10 
 
5 
 
a,b 
 
R-401B 
(61/11/28) 
Clorodifluormetano (R-22) 
1,1-Difluoretano (R-152a) 
2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano(R- 
124) 
CHCIF2 
CH3-CHF2 
CHClF-CF3 
 
5* 
 
10 
 
5 
 
a, b 
 
R-401C 
(33/15/52) 
Clorodifluormetano (R-22) 
1,1-Difluoretano (R-152a) 
2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluormetano(R- 
124) 
CHClF2 
CH3-CHF2 
CHClF-CF3 
 
2,5* 
 
10 
 
5 
 
a, b 
 
R-402A 
(60/2/38) 
Pentafluoretano (R-125) 
Propano (R-290) 
Clorodifluormetano (R-22) 
CHF2-CF3 
C3H8 
CHClF2 
 
5* 
 
10 
 
5 
 
a, b 
 
R-402B 
(38/2/60) 
Pentafluoretano (R-125) 
Propano (R-290) 
Clorodifluormetano (R-22) 
CHF2-CF3 
C3H8 
CHClF2 
 
5* 
 
10 
 
5 
 
a, b 
 
R-404A 
(44/4/52) 
Pentafluoretano (R-125) 
1,1,1,2-tetrafluoretano (R-134a) 
1,1,1-Trifluoroetano (R-143a) 
CHF2-CF3 
CH2F-CF3 
CH3-CF3 
 
5* 
 
10 
 
5 
 
a, b 
 
R-407C 
(23/25/52) 
Difluormetano (R-32) 
Pentafluormetano (R-125) 
1,1,1,2-tetrafluoretano (R-134a) 
CH2F2 
CHF2-CF3 
CH2F-CF3 
 
5* 
 
10 
 
5 
 
a, b 
Capítulo II Principio de refrigeración 
 
 33
2.2. TRANSFERENCIA DE CALOR 
El paso de calor a través de paredes, pisos, techos varía en función del material, su área 
expuesta a una diferencia de temperatura, tipo de aislamiento y su espesor, y la diferencia de 
temperatura entre el espacio refrigerado y el aire ambiente. 
Ciertas letras y símbolos se usan comúnmente para denotar los factores de transmisión de 
calor, como se muestra a continuación. 
 
 La fórmula básica de transmisión de calor (Q) a través de una barrera es: 
 
DTAUQ **= 
Q = Transmisión de calor (kJ) 
U = Coeficiente total de transmisión de calor kJ/(m2)(K) 
A = Área en pies cuadrados (m²) 
DT = Diferencia de temperaturas entre los dos lados de la barrera de calor, por ejemplo, 
entre la temperatura de diseño exterior y la temperatura del espacio refrigerado. 
 
La conductividad térmica (k) se defina como la facilidad para el paso a través de un 
material al flujo de energía térmica, en unidades de (kJ)(m)/(m2)(seg.)(K). Diferentes 
materiales ofrecen diferente resistencia al flujo de calor. 
Dado que el calor transmitido por conducción varía directamente con el tiempo, e 
inversamente al espesor del material, para reducir la transmisión de calor la conductividad 
térmica debe ser tan pequeña como sea posible y el material debe ser más grueso. 
 
La resistividad térmica (r) se define como el reciproco de la conductividad térmica o 1/k 
"r", es de importancia porque los valores de resistencia se pueden sumar numéricamente. 
321r total rrr ++= 
donde r1, r2, y r3 son las resistividades individuales. Esto hace muy conveniente el uso de r 
para el cálculo del coeficiente total de transmisión de calor. 
Capítulo II Principio de refrigeración 
 
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El coeficiente total de transferencia de calor (U) es definido como el recíproco de la 
resistencia unitaria total. 
1 1 1
1
L U LU h k
h k
= + ⇒ =
+
∑ ∑
∑ ∑
, 
en donde ∑(1/h) es la suma de todas las resistencias del fluido de la capa superficial, y 
∑(L/K) es la suma de todas las resistencias unitarias de los materiales de la pared. 
 L = Espesor 
 K = Conductividad 
 h = Gasto o flujo de energía por unidad de área. 
 
El factor U como se llama comúnmente, es el coeficiente de transmisión de calor que resulta 
después de considerar los efectos de conductividad, conductancia, y coeficientes peliculares 
superficiales, y se expresa en términos de kJ/(hora) (m2) (K). Se aplica a estructuras 
compuestas tales como paredes, techos, etc. 
Una vez que el factor U es conocido, el paso de calor por transmisión a través de una pared 
dada, se puede calcular por la ecuación básica de transferencia de calor: 
* *Q U A DT= 
Pruebas extensivas se han hecho por muchos laboratorios para determinar valores precisos 
de transmisión de calor a través de los más comunes materiales de construcción

Otros materiales