Sin título-1 - COLD IMPORT | La Perfección del frío

Nº 04 - 2014
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MÉTODOS O SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
PRINCIPIOS BÁSICOS
l
Es bueno recordar algunos términos y conceptos cuando hablamos de REFRIGERACIÓN :
l
Todos los cuerpos ó sustancias que están con temperaturas encima del CERO ABSOLUTO tienen
“Energía Interna” la cuál la pueden transmitir hacia otro cuerpo ó sustancia que está a menor temperatura
cumpliendo la Segunda ley de la Termodinámica y a éste tipo de energía transmitida por diferencias de
temperatura la denominamos CALOR y cuando un cuerpo entrega calor decimos que se está “enfriando”
y aquí aparece el término FRÍO.
¿QUÉ ES CALOR?
SISTEMA 1
SISTEMA 2
SISTEMA EN UN
ESTADO DE ALTA
DENSIDAD DE
ENERGÍA
(CONTIENE
ENERGÍA, NO
CALOR)
SISTEMA EN UN
ESTADO DE BAJA
DENSIDAD DE
ENERGÍA
(CONTIENE
ENERGÍA, NO
CALOR)
ESTE SISTEMA NO
PUEDE CONTENER
CALOR, SINO
ENERGÍA CINÉTICA,
QUÍMICA,
POTENCIAL
GRAVITACIONAL O
NUCLEAR
CALOR: ENERGÍA EN VÍA DE TRANSFERENCIA
DE UN SISTEMA CALIENTE A UN SISTEMA FRÍO
LA FLECHA REPRESENTA
AL CALOR, O ENERGÍA EN
TRÁNSITO DESDE UN
SISTEMA 1 (ALTA
TEMPERATURA) HACIA
UN SISTEMA 2 (BAJA
TEMPERATURA). SI NO ES
ENERGÍA EN TRÁNSITO,
NO ES CALOR.
ESTE SISTEMA NO
PUEDE CONTENER
CALOR, SINO
ENERGÍA CINÉTICA,
QUÍMICA,
POTENCIAL
GRAVITACIONAL O
NUCLEAR
Como se comprenderá el FRÍO NO EXISTE pero se usa ese término para denominar a “la pérdida de calor “.
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Nº 04 - 2014
MÉTODOS O SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
Como el calor es energía en tránsito, la transmisión del calor se realiza de 3 maneras:
 Por conducción.
 Por convección.
 Por radiación.
Conducción
Convección
Radiación
Radiación
·
La transferencia de calor ó la pérdida de calor es lo que denominamos “producir FRÍO “ y los niveles de la
energía interna que alcanzan los cuerpos ó sustancias se miden mediante LA TEMPERATURA.
·
REFRIGERAR es conseguir que una sustancia alcance una temperatura menor a la del medio que la
rodea ó con la que está en contacto.
·
Hay distintos niveles ó valores de temperaturas muy importantes para la conservación de todo alimento
perecible, los cuales aparecen en manuales y tablas que son resultado de la experiencia y pruebas de
muchos años.
Continuará...
“El trabajo
es recuperar
hijo de la muchas
necesidad
y padre
de los
logros;pero
así no
como la
“Podrás
cosas
que hayas
perdido,
curiosidad es hija
la ignorancia
y juventud”
madre del conocimiento”
el de
tiempo
que dura tu
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Continuación...
MÉTODOS O SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
ESCALAS DE TEMPERATURAS QUE SE USAN
373º
100º
212º
672º- Punto de ebullición
del agua
273º
0º
32º
0º
492º - Punto de fusión del
460º hielo
0º
-273º
-460º
0º - Cero absoluto
Kelvin
Centigrada
Faharenheit
Rankine
OBJETIVOS
·
El objeto de los métodos y sus respectivos equipos de refrigeración es lograr una transferencia de calor
para bajar la temperatura del alimento, cuerpo ó sustancia hasta los niveles deseados que van de
acuerdo a la aplicación.
·
Desde el principio de su existencia el hombre buscó encontrar las formas de conservar el alimento
durante las estaciones de abundancia, para vivir en las estaciones de escasez. En su búsqueda fue
encontrando procedimientos como el secado, el salado, el ahumado, el escabechado antes de que
tuviese conocimiento de las causas del deterioro de los alimentos.
·
La invención del microscopio ayudó a descubrir la existencia de los microorganismos, causa principal
del deterioro de los alimentos y permitió además el desarrollo de otro método de conservación: los
enlatados, más conocidos como “conservas”.
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MÉTODOS O SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
Nº 05 - 2014
·
·
·
·
·
El salado, secado, ahumado, escabechado solo se puede aplicar a cierto tipo de alimentos y aunque
muchas veces mejoran el sabor no lo mantienen como en sus condiciones originales de producto fresco.
Los enlatados son casi inmunes al deterioro, fáciles de procesar y de almacenar, pero aún teniendo un
sabor distintivo y delicioso muy propio, difieren en forma notable del producto original.
Con el tiempo se encontró que el único medio de conservar alimentos en su estado original ó con
poquísimo cambio, es bajando la temperatura de la sustancia ó producto alimenticio por refrigeración, es
decir enfriándolo ó congelándolo.
Esto naturalmente, constituye la ventaja principal que tiene la refrigeración sobre todos los demás
métodos de conservación de alimentos.
El objetivo que se persigue en la conservación de alimentos no solo es conservar el alimento en
condición ingerible, sino también preservable hasta donde sea posible, manteniendo la calidad con
respecto a apariencia, olor, gusto y contenido vitamínico.
MÉTODOS PARA PRODUCIR REFRIGERACIÓN
El método o sistema más conocido y usado para producir refrigeración es el Método de Refrigeración por
Compresión de Vapor; sin embargo hay muchos otros métodos que los podemos resumir en el siguiente
gráfico:
MÉTODOS PARA PRODUCIR REFRIGERACIÓN
Sin usar un fluido
refrigerante
Sistema
Termoeléctrico
Usando un fluido
refrigerante
Peltier
Con cambio de
fase ó estado
Sin cambio de
fase ó estado
Termoiónico
Sistema
Termomagnético
Sistema
Termoacústico
Sist. por compresión
de vapor
Sistema por ciclo de aire
Sistema por absorción
Sistema Vortex
Sistema por adsorción
Sistema Stirling
Sistema por eyección
Malone
(gas)
Vuillemieur
(líquido)
Tubo
pulsante
Continuará...
“Elamor
trabajo
es hijose
debasa
la necesidad
y padre
de los logros;
así como
la
“El
verdadero
en la amistad
y comprensión,
la atracción
física
curiosidad es hija de
ignorancia
y madre del conocimiento”
es la
solo
un complemento”
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MÉTODOS O SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
REFRIGERACIÓN POR COMPRENSIÓN DE VAPOR
·
La refrigeración por compresión se logra evaporando un refrigerante en estado líquido dentro de un
intercambiador de calor llamado evaporador. Para evaporarse éste requiere absorber calor latente de
vaporización. Al evaporarse el líquido refrigerante cambia su estado a vapor. Durante el cambio de estado
el refrigerante absorbe energía térmica del medio en contacto con el evaporador, bien sea este medio
gaseoso o líquido. A esta cantidad de calor se le denomina carga térmica y aquí se produce lo que
denominamos FRÍO.
Luego de este intercambio energético, el vapor refrigerante pasa un compresor mecánico que se
encarga de aumentar la presión del vapor y por lo tanto su temperatura. Para poder condensar el
refrigerante se hace pasar por otro intercambiador de calor conocido como condensador que lo vuelve
líquido nuevamente.
·
En éste condensador se liberan del sistema frigorífico tanto el calor latente como el sensible, que son la
suma del calor recogido en el evaporador más el calor recogido durante la compresión. La transferencia
de calor desde el condensador hacia el exterior suele hacerse mediante la circulación de aire y/o agua
que se encuentran a temperatura del ambiente exterior
·
De esta manera, el refrigerante en estado líquido, se envía hacia otro componente que se denomina
control de flujo de refrigerante ó dispositivo de expansión (tubo capilar o válvula de expansión) que le
baja la presión y temperatura al líquido refrigerante antes de ingresar al evaporador, repitiéndose el ciclo
de refrigeración por compresión de vapor.
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MÉTODOS O SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
Nº 06 - 2014
REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN
·
El sistema de refrigeración por absorción es otro método de producir frío que, al igual que en el sistema
de refrigeración por compresión aprovecha que las sustancias o refrigerantes, absorben calor al cambiar
de estado, de líquido a gaseoso. Así como en el sistema de compresión el ciclo se hace mediante un
compresor, en el caso de la absorción, el ciclo necesita una fuente de CALOR.
·
Se aprovecha la capacidad que tienen algunas sustancias, como el bromuro de litio, de absorber otra
sustancia, tal como el agua que actúa como el refrigerante, en fase de vapor. Otra posibilidad es emplear
el agua como substancia absorbente (disolvente) y amoníaco que actúa como refrigerante o substancia
absorbida (soluto).
Ciclo de absorción simplificado
Condensador
Generador
Vapores de refrigerante
Solución
concentrada
Líquido
refrigerante
Fuente
de calor
Absorbedor
Agua
fresca
Agua
helada
Evaporador
Continuará...
“El éxito es una escalera que no podrás subir si tienes las manos en los bolsillos”
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MÉTODOS O SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN
Esquema general de la enfriadora de absorción
0.1 atm
0.8 atm
Generador
Vapor de H2O
Solucion
diluida de BrLi
75ºC
Solución
Concentrada de NrLi
65% 100ºC
H2O
35ºC
Condensador
Agua de enfriamiento
35ºC
va a la torre
Agua de enfriamiento
viene del absorbedor
Calor
0.01 atm
Vapor de H2O
Agua de
enfriamiento va al
condensador
Agua de enfriamiento
viene de la torre
29.5 ºC
Agua a 7ºC va al
edificio
Agua a 12ºC
viene del edificio
Solución
diluida de BrLi
Absorbedor
H2O
3ºC
Evaporador
60% 30ºC
Bomba para la solución
Bomba para el refrigerante
REFRIGERACIÓN POR ADSORCIÓN
·
La adsorción es el fenómeno en el cual un cuerpo sólido, bajo la liberación de una determinada cantidad
de energía en forma de calor, adsorbe o atrapa en su superficie una cantidad de materia gaseosa, cuyo
efecto contrario, la separación de la materia gaseosa del cuerpo sólido mediante entrega de calor a dicho
cuerpo, se reconoce como desorción.
·
Se usan como adsorbentes: las zeolitas, la silica gel, las tierras diatomeas y otras. Para la regeneración
del adsorbente se puede utilizar, por ejemplo, vapor de agua, etanol, metanol o un gas inerte caliente.
·
Los efectos térmicos que acompañan a una mezcla y a la separación de un gas de un sólido son la
base de éste tipo de refrigeración. Es un proceso discontinuo e intermitente por lo que debe buscarse la
continuidad haciendo reemplazos y regeneraciones.
·
Se puede decir que hay mucha investigación en éste campo; principalmente usando la zeolita y el agua
en sistemas cerrados y se tiene noticias que se han obtenido buenos resultados. Hay muchas personas
que siguen investigando y probando en diversos lugares del planeta para mejorar éste método de
refrigeración.
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Nº 07 - 2014
ESQUEMA DE ENFRIADOR POR ABSORCIÓN
FASE 1
C ONDENSACIÓN
A DSORCIÓN
D ESORCIÓN
E VAPORACIÓN
FASE 2
C ONDENSACIÓN
D ESORCIÓN
A DSORCIÓN
E VAPORACIÓN
R EFRIGERACIÓN =
ABSORCIÓN DE ENERGÍA PARA LA EVAPORACIÓN
A CCIONAMIENTO
TÉRMICO
=
E NFRIAMIENTO =
EVACUACIÓN DE CALOR DEL SISTEMA
CALDEO DEL ADSORBEDOR
Continuará...
“El Perdón es algo maravilloso: calienta el corazón y refresca las heridas”
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MÉTODOS O SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
REFRIGERACION POR EYECCION DE VAPOR
·
Este sistema es similar al sistema por compresión de vapor, pero se sustituye al compresor por un
elemento que se llama EYECTOR que le da nombre al sistema.
·
La succión del vapor producido en el evaporador se efectúa por el efecto del tubo VENTURI, creado por la
expansión de un flujo de vapor de agua, en una tobera convergente divergente que produce velocidades
supersónicas en la garganta y un pequeño tramo donde aumenta la sección de salida del eyector
·
La compresión del vapor hasta su nivel de condensación se hace en la parte divergente (aumento de
sección del eyector) porque convierte energía cinética (velocidad) en energía de presión (o simplemente
aumenta la presión), por efecto de la onda de choque (paso de régimen supersònico a subsónico).
·
Al igual que el sistema de absorción requiere de una fuente de calor aplicada al generador.
Eyector
Condensador
6
Generador
1
0
Evaporador
9
8
Bomba
7
Valvula
expansión
VARIACIÓN EN PRESIÓN Y VELOCIDAD
Entrada del
Fluido
impulsor
PRESIÓN
Fluido impulsor
Descarga
Fluido aspirado
VELOCIDAD
Aspiración
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MÉTODOS O SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
Nº 08 - 2014
REFRIGERACIÓN POR CICLO DE AIRE
·
Uno de los sistemas de refrigeración que más se emplean en la aviación es el de ciclo de aire. Se
basa en el principio de eliminación de calor por transformación de la energía calorífica en trabajo
mecánico, este es empleado en aviones comerciales, transportes militares y aviones de combate.
Funciona con el aire que se extrae del compresor del turborreactor, dicho aire caliente y a presión, se
emplea para calefacción, refrigeración e incluso para la presurización de la cabina. Para la refrigeración
o acondicionamiento de aire de la cabina se hace pasar por una tubería auxiliar pequeña.
Aire de impacto
Intercambiador
de Calor
Aire de
Sangrado
Turbina
Ventilador
Figura 1
A la Cabina
VDT
Continuará...
“Nunca sabe el hombre de lo que es capaz hasta que lo intenta y si es necesario arriesga”
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MÉTODOS O SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
REFRIGERACIÓN POR VORTEX
El aire comprimido, generalmente a 80-100 PSIG (5,5-6,9 BAR), es enviado tangencialmente y a través de un
generador a la cámara de vortex spin. A mas de 100.000 RPM, esta corriente de aire se dirige hacia el final
caliente, donde algo de aire escapa a través de la válvula de control. El aire que queda, todavía en
movimiento, es forzado a volver al centro del tubo de vortex. La corriente interna emite energía cinética en
forma de calor a la corriente externa y sale por el tubo de vortex como aire frío. La corriente externa sale por el
extremo contrario en forma de aire caliente.
Suministro
de aire comprimido
Válvula de control
Cold Cap
"O" Ring
Aire frío
Aire caliente
Cámara de giro
vórtice
Compressed
Air Supply
Generator Number
Market Here
Cold Air
Exhaust
Hot Air
Exhaust
Body
Generator
Sleave
Washer (Small Vortex Tube Only) "O" Ring
(Small Vortex Tube Only)
Valve
REFRIGERACION TERMOELECTRICA
·
Los experimentos de Peltier fueron seguidos a los de Thomas Seebeck, quien en 1821 descubrió que una
fuerza electromotriz puede ser producida por una batería y se generaba diferencia de temperaturas entre
los extremos o uniones de 2 materiales conductores y viceversa.
Material X
Tc
Qc
Material Y
Th
Qh
Material Y
A
B
h
T1
T2
Vin
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MÉTODOS O SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
Nº 09 - 2014
Barra de
semiconductor
tipo P
P I N
I
Barra de
semiconductor
tipo N
Calor disipado
Cerámica
P
I N
Calor absorbido
P
I N
Metal
I
REFRIGERACION TERMOIONICA
· La refrigeración ó enfriamiento termoiónico consiste en situar 2 electrodos planos o placas planas
separadas por una pequeñísima distancia medida en micras, colocadas expresamente a diferentes
temperaturas dentro de un recipiente al vacío. Lo interesante es que se va observando el paso natural de
la corriente eléctrica del más caliente al más frío, no por conducción, ni convección: es una transmisión
termoiónica por diferencia de potencial.
· Pero cuando se aplica energía eléctrica que crea una mayor diferencia de potencial entre ellas, los
electrones de una de las placas se aceleran en abandonarla (inclusive si comenzamos con ambas a la
misma temperatura), logrando muy rápidamente enfriar la superficie que inicialmente estaba a la misma
temperatura que la otra. Transportan calor en forma de energía cinética. Como es lógico, si inicialmente
estaba más caliente mayor será su enfriamiento. La otra placa “fría” se calienta pero no mucho como sería
de esperar.
· Se ha sugerido que una película delgada
semiconductora podría insertarse entre el emisor y
el colector para reemplazar al vacío. Como esto
evita la separación de carga requerida para impulsar
a los electrones desde el metal hacia la zona de
vacío, las necesidades energéticas disminuyen
substancialmente. Esto significa que un enfriador
termoiónico que utilice un semiconductor puede
funcionar a temperatura ambiente en vez de tener
que hacerlo a altas temperaturas.
· Se ha podido arribar a un enfriamiento de 7°C a una temperatura operativa de 150°C. Mediante la
optimización del espesor y la composición de la película semiconductora delgada así como el
empaquetamiento de estos microenfriadores, las estimaciones muestran que se podrían alcanzar entre 20
y 30°C de enfriamiento. Se ha experimentado con componentes semiconductores tal como el
fosfoarseniuro de indio y galio con fosfuro de indio y silicio con germaniuro de silicio en sus enfriadores
termoiónicos.
Continuará...
“No es perezoso sólo el que nada hace ó hace poco sino también el que no
hace lo mejor que puede ó hace las cosas a medias”
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MÉTODOS O SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
REFRIGERACION TERMOMAGNETICA
·
En el proceso de enfriamiento magnético, se aplica un fuerte campo magnético a un refrigerante, tal como
el metal gadolinio, alineando los espines de sus electrones desapareados. Esto disminuye la entropía y
hace que el refrigerante se caliente. Cuando se elimina el campo magnético, los espines revierten sus
orientaciones en una forma azarosa y el refrigerante se enfría. A una mayor intensidad de campo
magnético le corresponde un mayor cambio de temperatura. Este comportamiento se denomina “efecto
magnetocalórico”.
·
Cambiando la concentración relativa de los componentes de la aleación, o sea la relación silicio/germanio,
se logran cambios de temperaturas a las cuales tienen lugar los máximos efectos magnetocalóricos. Para
los casos estudiados, el máximo rango de variación alcanzado ha sido –240°C a 15°C. Se pueden usar
diferentes aleaciones en combinación en un refrigerador magnético para mantener la eficiencia a bajas
temperaturas.
Válvula giratoria
Balancín de hierro
Magneto
permanente
Frigorífico
Tanque de agua
Bomba de agua
Materiales magnéticos
Fuente: www.chuden.co.jp
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MÉTODOS O SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
Nº 10 - 2014
REFRIGERACION TERMOACUSTICA
Se trata de un tubo hueco que tiene un material poroso en su interior, que luego se carga con uno o dos gases
inertes y en uno de los extremos del tubo se pone un compresor acústico (vibra una membrana como la de un
parlante). Como los 2 extremos están cerrados, al vibrar el diafragma, las moléculas de Helio y Argón, por
ejemplo, presurizadas a 20 atmósferas, oscilan de atrás hacia delante. Las fluctuaciones crean variaciones
de temperatura.
· Como las partículas están próximas al material de relleno, se consigue la transferencia de calor
lográndose que un extremo del tubo esté caliente y el otro frío. Intercambiadores de calor a cada extremo
aprovecharán esa circunstancia según convenga.
· Consiste en convertir la energía de una onda acústica estacionaria dentro de un tubo con un extremo
abierto, donde estará un parlante el cual transmitirá la onda acústica, y en el otro extremo una tapa con un
coeficiente de absorción bajo con relación a nuestra frecuencia, y un conjunto de pitillos, los cuales
servirán como rendijas en el tubo.
· La onda acústica estacionaria conduce un flujo de calor de un extremo al otro. Si el extremo que está
a temperatura ambiente, el extremo opuesto se enfriara, este es el sistema que se puede utilizar para
refrigerar
intercambiador de
calor, el calor sale de
este sistema
pila
intercambiador de calor, el calor
entra a este sistema
Parlante
a
calor
gradiente de temperatura
moderado
calor
b
refrigerador
c
gran gradiente de
temperatura
calor
d
calor
motor
“Dominar a los demás es una fácil ilusión pero dominarse a sí mismo es una dura realidad“