sistema de REFRIGERACIÓN

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SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
¿Qué es un sistema de refrigeración?    
¿Que elementos importantes constituyen un sistema de refrigeración?
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OBJETIVOS:
 
- Entender el fundamento del ciclo de refrigeración por compresión en un circuito cerrado y los componentes más importantes de un sistema de refrigeración.
- Extraer calor de un medio caliente para enfriarlo.
Determinar el flujo volumétrico, el volumen específico y el flujo másico de refrigerante R-134° en el sistema de refrigeración.
- Determinar el calor absorbido y liberado por evaporador y condensador respectivamente
 
 
FUNDAMENTO TEORIO
TERMODINAMICA 
La Termodinámica es una rama de la ciencia que trata sobre la acción mecánica del calor. Hay ciertos principios fundamentales de la naturaleza, llamados Leyes Termodinámicas, que rigen nuestra existencia aquí en la tierra, varios de los cuales son básicos para el estudio de la refrigeración. La primera y la más importante de estas leyes dice: La energía no puede ser crea ni destruiye, sólo se transforma de un tipo de energía en otro. 
CALOR 
El calor es una forma de energía, creada por la transformación de otros tipos de energía en calor; por ejemplo, la energía mecánica que opera una rueda causa fricción y crea calor. Calor es definido como energía en tránsito, porque nunca se mantiene estática, se encuentra transmitiéndose de los cuerpos cálidos a los cuerpos fríos. La mayor parte del calor en la tierra se deriva de las radiaciones del sol
TRANSMISION DE CALOR
La segunda ley importante de la termodinámica es aquella según la cual el calor siempre viaja del cuerpo más cálido al cuerpo más frío. El grado de transmisión es directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre ambos cuerpos.
El calor puede viajar en tres diferentes formas: Radiación, Conducción y Convección. 
Radiación es la transmisión de calor por ondas similares a las ondas de luz y a las ondas de radio.
Conducción es el flujo de calor a través de una substancia. Para que haya transmisión de calor entre dos cuerpos en esta forma, se requiere contacto físico real.La Conducción es una forma de transmisión de calor sumamente eficiente.
 Cualquier mecánico que ha tocado una pieza de metal caliente puede atestiguarlo. Convección es el flujo de calor por medio de un fluido, que puede ser un gas o un líquido, generalmente agua o aire. El aire puede ser calentado en un horno y después descargado en el cuarto donde se encuentran los objetos que deben ser calentados por convección.
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. 
TEMPERATURA 
La temperatura es la escala usada para medir la intensidad del calor y es el indicador que determina la dirección en que se moverá la energía de calor. También puede definirse como el grado de calor sensible que tiene un cuerpo en comparación con otro.
La refrigeración es el proceso de reducción y mantenimiento de la temperatura (a un valor menor a la del medio ambiente) de un objeto o espacio. La reducción de temperatura se realiza extrayendo energía del cuerpo, generalmente reduciendo su energía térmica, lo que contribuye a reducir la temperatura de este cuerpo.
La refrigeración implica transferir la energía del cuerpo que pretendemos enfriar a otro, aprovechando sus propiedades termodinámicas. La temperatura es el reflejo de la cantidad o nivel de energía que posee el cuerpo, ya que el frío propiamente no existe, los cuerpos solo tienen más o menos energía térmica. 
 
Enfriar corresponde a retirar Energía (calor) y no debe pensarse en términos de " producir frío o agregar frío".
La salud y el bienestar de un país puede depender de los sistemas de refrigeración. Por ejemplo; la alimentación y el almacenamiento de vacunas, distribución, aplicación médica, industrial, comercial y doméstica de todo tipo depende de los sistemas de refrigeración.
Las aplicaciones de la refrigeración son entre muchas:
La climatización, para alcanzar un grado de confort térmico adecuado para la habitabilidad de un edificio. 
La conservación de alimentos, medicamentos u otros productos que se degraden con el calor. Como por ejemplo la producción de hielo o nieve, la mejor conservación de órganos en medicina o el transporte de alimentos perecederos. 
Los procesos industriales que requieren reducir la temperatura de maquinarias o materiales para su correcto desarrollo. Algunos ejemplos son el mecanizado, la fabricación de plásticos, la producción de energía nuclear. 
La criogénesis o enfriamiento a muy bajas temperaturas, empleada para licuar algunos gases o para algunas investigaciones científicas. 
Motores de combustión interna: en la zona de las paredes de los cilindros y en las culatas de los motores se producen temperaturas muy altas que es necesario refrigerar mediante un circuito cerrado donde una bomba envía el líquido refrigerante a las galerías que hay en el bloque motor y la culata y de allí pasa un radiador de enfriamiento y un depósito de compensación. el líquido refrigerante que se utiliza es agua destilada con unos aditivos que rebajan sensiblemente el punto de congelación para preservar al motor de sufrir averías cuando se producen temperaturas bajo cero. 
Máquinas-herramientas: las máquinas herramientas también llevan incorporado un circuito de refrigeración y lubricación para bombear el líquido refrigerante que utilizan que se llama taladrina o aceite de corte sobre el filo de la herramienta para evitar un calentamiento excesivo que la pudiese deteriorar rápidamente. 
 
CICLOS DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR
El ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor se ve en la figura que sigue, en el ciclo 1-2-3-4-1. Entra vapor saturado a baja presión al compresor y sufre una compresión reversible y adiabática, 1-2. El calor es cedido a presión constante en el proceso 2-3, y la sustancia de trabajo sale del condensador como líquido saturado. Sigue un proceso adiabático de estrangulamiento durante 3-4, luego, la sustancia de trabajo se evapora a presión constante durante 4-1, lo cual completa el ciclo. 
La similitud entre este ciclo y el ciclo Rankine es evidente, ya que se trata del mismo ciclo, pero invertido, excepto que una válvula de expansión reemplaza a la bomba. Este proceso de estrangulamiento es irreversible, mientras que el proceso de bombeo del ciclo Rankine es reversible. La divergencia de este ciclo ideal, con el ciclo de Carnot 1'-2'-3-4'-1' es notoria en el diagrama T - s. La razón de la divergencia es que es mucho más conveniente tener un compresor que opere sólo vapor y no una mezcla de líquido y de vapor, como sería necesario durante el proceso 1'-2' del ciclo de Carnot. 
Es virtualmente imposible comprimir (en una relación razonable) una mezcla tal, como la representada por el estado l' , y mantener el equilibrio entre el líquido y el vapor, porque ahí debe haber un calor y una masa transferida a través de los límites de fase. Es mucho más sencillo que el proceso de expansión tenga lugar irreversiblemente en una válvula de expansión, que lo haga en un dispositivo de expansión, que reciba líquido saturado, y descarga una mezcla de líquido y de vapor, como se necesitaría en el proceso 3-4´
Por estas razones el ciclo ideal de refrigeración .por compresión de vapor es el indicado en la figura anterior como el ciclo 1-2-3-4-1. 
Características de los refrigerantes 
Punto de congelación. Debe de ser inferior a cualquier temperatura que existe en el sistema, para evitar congelaciones en el evaporador. 
Calor latente de evaporación. Debe de ser lo más alto posible para que una pequeña cantidad de líquido absorba una gran cantidad de calor. 
Volumen específico.- El volumen específico debe de ser lo más bajo posible para evitar grandes tamaños en las líneas de aspiración y compresión 
Densidad. Deben de ser elevadas para usar líneas de líquidos pequeñas. 
La temperatura de condensación, ala presión máxima de trabajo debe ser la menor posible. 
La temperatura de ebullición, relativamente baja a presiones cercanas a la atmosférica. 
Punto crítico lo más elevado posible. 
No deben ser líquidos inflamables, corrosivos ni tóxicos. 
Dado que deben interaccionar con el lubricante del compresor, deben ser miscibles en fase líquida y no nocivos con el aceite. 
Los refrigerantes, se aprovechan en muchos sistemas para refrigerar también el motor del compresor, normalmente un motor eléctrico, por lo que deben ser buenos dieléctricos, es decir, tener una baja conductividad eléctrica. 
Refrigerantes comúnmente usados 
 
El agua. 
El amoníaco. 
R11. 
R12. 
R22. 
R23. 
R32. 
R123. 
R124. 
R134a. 
R502. 
R407C. 
R410A. 
R507. 
R517
DIVERGENCIA ENTRE EL CICLO DE REFRIGERACIÓN REAL POR COMPRESIÓN DE VAPOR Y EL CICLO IDEAL 
El ciclo de refrigeración real diverge del ciclo ideal, en primer lugar debido al descenso de presión asociada con el flujo del fluido y la transmisión de calor, a, o del medio circundante. El ciclo real puede representarse aproximadamente como el indicado en la figura siguiente. 
El vapor que entra al compresor, será sobrecalentado. Durante el proceso de compresión hay irreversibilidades y transmisión de calor, a, o del medio circundante, dependiendo de la temperatura del refrigerante y del medio exterior. Por lo tanto, la entropía podría aumentar o disminuir durante este proceso; la irreversibilidad y la transmisión de calor al refrigerante ocasionan un incremento en la entropía y el calor transmitido del refrigerante ocasiona una disminución en la entropía. 
	 
Estas dos posibilidades están representadas por las dos líneas punteadas 1-2 y 1-2'. La presión del líquido que sale del condensador será menor que la presión del vapor que entra y la temperatura del refrigerante en el condensador será algo superior que del medio exterior, a la cual el calor se transmite . Generalmente la temperatura del líquido que sale del condensador es más baja que la temperatura de saturación y baja algo más en la tubería entre el condensador y la válvula de expansión; esto representa, sin embargo, un beneficio, ya que como resultado de esta transmisión de calor, el refrigerante entra al evaporador con una entalpía baja y esto permite mayor transmisión de calor al refrigerante en el evaporador. 
 
SISTEMA DE REFRIGERACION SENCILLA
REPRESENTACION DEL CICLO DE REFRIGERACIÓN 
 
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: 
 Materiales y equipos:
 Sistema de refrigeración con R-134a
SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DEL LOPU
 
Componentes más importantes de un sistema de refrigeración:
Un compresor
Un condensador
Una válvula de expansión
Un evaporador
Partes del sistema de refrigeración
 Controlador de temperatura
Compresor hermético
Condensador
Filtro / secador
Evaporador
Estaciones de presión y temperatura
Acumulador de sección
Tanque de almacenamiento
Control de presión dual
Filtro / secador
Medidor de flujo
Indicador de humedad
 Tubo capilar
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