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Tema 2.

Introducción a la refrigeración

La materia y la energía. El calor como forma de calor. Mecanismos de transmisión de calor.

Parámetros termodinámicos. Componentes de un sistema de refrigeración por ciclo de vapor saturado.

Descripción térmica y funcional de un sistema de aire acondicionado

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Introducción histórica

• Egipcios: enfriamiento por evaporación

• Mesopotámicos: botijo• Chinos XII: mezclas de

salitre• Arabes: XIII

procedimientos químicos• 1834 Perkings: Máquina

de compresión éter• 1930 Refrigerador

doméstico• AA coche boom: años 70

USA, años 90 Europa.

El hombre ha buscado desde hace muchos años sistemas para la conservación de sus alimentos, y enfriar las bebidas. Los egipcios conocían el efecto del enfriamiento por evaporación. Colocaban vasijas de barro poroso de gran superficie, y poca altura, llenas de agua, y las cubrían con un lecho de palma. Las exponían a la brisa nocturna y antes de salir el sol las retiraban. En la superficie de la vasija se había formado una pequeña capa de hielo. Los mesopotámicos ya empleaban el botijo, donde el agua se refresca gracias a la evaporación sufrida a través de la superficie porosa del barro. Los chinos en el siglo XII utilizaban mezclas de salitre con el fin de enfriar el agua. En 1834 Perkins patenta una máquina frigorífica de compresión de éter. En 1930 aparecen los refrigeradores domésticos.

El aire acondicionado, si bien era utilizado en procesos industriales, es en los años 50 cuando experimenta su "boom" en el acondicionamiento de los hogares americanos.

En los vehículos automóviles esto ocurre hacia los años 70. En Europa el boom se produce a principios de los años 90. Hoy en día la práctica totalidad de los vehículos comercializados en Europa cuentan con aire acondicionado de serie.

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Importancia refrigeración

• Conservación alimentos• Confort• Seguridad en la conducción

Con un ambiente agradable los rendimientos obtenidos en el trabajo son mejores ya se necesita un menor tiempo para vencer la fatiga.

De cara a los vehículos automóviles presenta grandes ventajas especialmente desde el punto de vista de la seguridad. Entre otras se pueden citar las siguientes:

- Debido a un mejor ambiente el conductor conduce más relajado, experimentando menor cansancio y prestando mayor y mejor atención a la conducción.

- Las ventanillas pueden permanecer subidas lo que evita que entren en el habitáculo objetos extraños o insectos, que podrían distraer o producir picaduras al conductor, con el consiguiente riesgo de accidente.

- Al ir subidas las ventanillas se mejora el coeficiente aerodinámico del vehículo, con lo que el mayor consumo de combustible debido al trabajo que es necesario aportar al compresor queda compensado con la energía que se consume debido a una mala aerodinámica.

- Si la ventanilla va subida se evitan los choques repentinos de aire que se producen al cruzarse con otro vehículo, que pueden distraer al conductor.

- Permiten la eliminación de polvo y polen del habitáculo.

-El nivel de ruido en el habitáculo es menor con las ventanillas subidas.

-Los viajes pueden realizarse con comodidad en las horas del día en que la temperatura es más alta, y el tráfico suele ser menor.

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Ábaco de confort

El concepto de confort

El cuerpo humano necesita energía para su funcionamiento. Esta energía procede de las transformaciones sufridas por los alimentos. Debido al proceso de transformación, y al movimiento de los diferentes miembros del cuerpo se genera calor, que tiende a elevar la temperatura del cuerpo. Para protegerse del aumento de temperatura, nuestro organismo posee un mecanismo :latranspiración (sudor). Mediante este, se eliminan líquidos al exterior, que al evaporarse toman calor, con lo que se compensa el calor excesivo producido por las diversas actividades del cuerpo.

La sensación de confort se obtiene cuando el calor generado en exceso y el cedido al entorno se igualan.

Para lograr el equilibrio entre el calor producido y el cedido se modifican las condiciones del entorno, adecuando la temperatura, grado de humedad y velocidad del aire.

Existen otros factores que ayudan a crear la sensación de confort, como son: la pureza del aire , la no presencia de olores, un nivel sonoro adecuado, colores ambientales, presencia de ozono, iluminación,...etc.....

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Funciones del Aire AcondicionadoEnfriar

Circular Purificar

Deshumidificar

Temperatura del aire

El intercambio de calor entre el cuerpo humano y el exterior depende de la diferencia de temperatura entre los dos medios. Cuanto mayor es esta diferencia mayor es la trasferencia de calor.

La temperatura adecuada del aire para lograr la sensación de confort depende de la actividad que esté realizando en ese momento la persona, ya que en función de esta el cuerpo estará generando más o menos calor. Para individuos que desarrollan poca actividad y con el aire en calma se considera que la temperatura de confort se encuentra comprendida entre 17º y 23º centígrados. Esta temperatura disminuye al aumentar la actividad realizada.

Humedad

La evaporación del sudor se ve influenciada por la humedad relativa del aire. Al aumentar la humedad relativa se hace más difícil la evaporación por lo que la cesión de calor del cuerpo al medio será menor.

Las condiciones de confort se logran con una humedad relativa del aire comprendida entre el 40% y el 60% .

Temperatura y humedad están íntimamente relacionadas y la sensación de confort a 23ºC. y 75% de humedad relativa son similares a la que se obtiene a 27ºC. y 25% de humedad relativa.

Velocidad del aire

Al aumentar la velocidad del aire aumenta la transferencia de calor del cuerpo humano. Esto es debido a dos motivos:

-Una mayor velocidad del aire favorece una evaporación más rápida, ya que la humedad cercana al cuerpo se elimina más fácilmente.

-Al aumentar la velocidad del aire aumenta el coeficiente de intercambio térmico por convección (se elimina más calor).

Este es el motivo por el que en un día caluroso de viento, la sensación de confort es mayor, que en un día en el que el aire se encuentre en calma, aunque la temperatura sea la misma.

Sin embargo, altas velocidades del aire dentro de un recinto cerrado provocan una sensación desagradable . Las condiciones de confort óptimas se logran con velocidades de 0,1 a 0,25 m/s.

También influye en la sensación de confort, el sentido de circulación del flujo de aire (de la cabeza a los pies o de los pies a la cabeza,...etc....).

Pureza del aire

La presencia en el aire de agentes contaminantes como humos, exceso de CO2, polvo, etc..... disminuyen la sensación de confort. Esto hace necesario la instalación de filtros que purifiquen el aire, y la renovación del aire por otro no viciado.

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Un poco de física

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Sistema InternacionalUnidades (Wikipedia)

• Metro (m). Unidad de longitud.– Definición: un metro es la longitud que en el vacío recorre la luz durante

un 1/299 792 458 de segundo.• Segundo (s). Unidad de tiempo.

– Definición: un segundo es la duración de 9 192 631 770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinosdel estado fundamental del átomo de cesio 133.

• Kelvin (K). Unidad de temperatura termodinámica.– Definición: un kelvin es la temperatura termodinámica correspondiente

a 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.• Kilogramo (kg). Unidad de masa.

– Definición: un kilogramo es una masa igual a la de un cilindro de 39 milímetros de diámetro y de altura, de una aleación de 90% de platino y 10% de iridio, ubicado en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas, en Sèvres, Francia.

Todos tenemos un concepto intuitivo de las unidades “metro”, “segundo” y “grado”. Sin embargo en el caso de la unidad Kilogramo, el concepto no lo tenemos tan claro por confundid la unidad de masa con el peso.

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Conceptos de Masa y Peso

MASA

(CANTIDAD DE MATERIA)

PESO = FUERZA

La masa es la cantidad de materia, mientras que el peso es la fuerza con que esa materia es atraída por otra, como puede ser la Tierra o la Luna. Así la masa de un cuerpo será la misma en la Tierra que en la Luna, pero su peso serádiferente, menor en la Luna que en la Tierra.

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Sistema InternacionalUnidades derivadas (Wikipedia)

• Unidad de fuerza, magnitud que se define a partir de la segunda ley de Newton (fuerza = masa × aceleración). La masa es una de las magnitudes básicas; la aceleración es derivada. Por tanto, la unidad resultante (kg • m • s-2) es derivada, que tiene nombre especial: newton.2

• Unidad de energía. Es la energía necesaria para mover un objeto una distancia de un metro aplicándole una fuerza de un newton; es decir, fuerza por distancia. Se le denomina julio (unidad) (en inglés, joule). Su símbolo es J. Por tanto, J = N • m.

• La energía se define como la capacidad de realizar un trabajo. Energía y trabajo son equivalentes y, por tanto, se expresan en las mismas unidades. El calor es una forma de energía, por lo que también hay una equivalencia entre unidades de energía y de calor. La capacidad de realizar un trabajo en una determinada cantidad de tiempo es la potencia.

• Se define la caloría como la cantidad de energía calorífica necesaria para elevar un grado celsius la temperatura de un gramo de agua pura, desde 14,5 °C a 15,5 °C, a una presión normal de una atmósfera.

Fuerza. Se mide con un dinamómetro. De manera intuitiva la deformación experimentada por un muelle es proporcional a la fuerza aplicada en sus extremos.

La energía ni se crea ni se destruye, solamente se transforma. Hay numerosas formas de energía como cinética (la poseen los cuerpos en movimiento), potencial (la poseen los cuerpos situados a una altura respecto de la superficie), luminosa ( la posee la luz y a través de ella se puede producir electricidad mediante el uso de placas fotovoltaicas), etc. Una forma de energía es la calorífica, que aparece por ejemplo al convertir energía mecánica en calor por causa del rozamiento ( es lo que ocurre al frotar las manos).

Así con la misma energía necesitaremos una fuerza menor para desplazar una masa una determinada distancia si el coeficiente de rozamiento es menor. Dicho de forma intuitiva si disminuyen los rozamientos podremos recorrer más kilómetros en un coche con un litro de gasolina bajo las mismas condiciones.

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Algunas unidades del sistema técnico de unidades (Wikipedia)

• Kilopondio

• La unidad de fuerza es el kilogramo-fuerza o kilopondio, de símbolos kgf y kp, respectivamente, definido como el peso que tiene un cuerpo de 1 kilogramo de masa(SI) en condiciones terrestres de gravedad normal (g = 9,80665 m/s2); por tanto esta unidad es invariable y no depende de la gravedad local. Unidad técnica de masa

• La presión se expresa en kgf/m2 (kilogramo-fuerza por metro cuadrado). No tiene nombre específico.

• Como el kgf/m² es una unidad muy pequeña, suele utilizarse el (kilogramo-fuerza por centímetro cuadrado), kgf/cm², que recibe el nombre de atmósfera técnica (símbolo: at) cuyo valor, al igual que el del Bar, se corresponde aproximadamente con la presión atmosférica normal. En el habla común, también es costumbre referirse a esta unidad como kilos de presión.

– 1 kgf/cm² = 98 066,5 Pa = 1 at• Por ejemplo, los neumáticos de un automóvil suelen inflarse para tener una presión

de unos 2 kgf/cm².

Kilopondio o Kilogramo-fuerza, es la fuerza con que la tierra atrae una masa de un kilogramo. Realmente lo que medimos en una balanza son kilopondios. 1 Kilopondio equivale a 9.8 Newton.

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Par

• Par= Fuerza x distancia• Unidades: Sistema internacional:

N.mOtras: Kg.m

1 kg.m = 9.8 N.m

En el caso de par actúan dos fuerzas iguales de sentido contrario, con diferente punto de aplicación. El par será mayor cunado mayor sean las fuerzas o mayor sea la distancia que las separa.

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Escalas termométricas (Wikipedia)

• Celsius definió su escala en 1742 considerando las temperaturas de ebullición y de congelación del agua, asignándoles originalmente los valores 0 °C y 100 °C respectivamente

• El grado Fahrenheit (representado como °F) es una escala de temperatura propuesta por Daniel Gabriel Fahrenheit en 1724. La escala establece como las temperaturas de congelación y evaporación del agua, 32 °F y 212 °F, respectivamente. El método de definición es similar al utilizado para el grado Celsius (°C).

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Conversión temperaturas

FahrenheitKelvin

KelvinFahrenheit

FahrenheitCelsius

CelsiusFahrenheit

FórmulaaDe

T [K] = tC [°C] + 273 .15

La temperatura es un indicador de la vibración de las moléculas de un cuerpo. A ºK no existe movimiento de las moléculas, y por lo tanto es imposible alcanzar temperaturas inferiores a 0ºK. La escala Kelvin toma como base la escala centígrada. 0ºK = -273.5ºC

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Energía Calor Temperatura

Kcal ó Kjulios

Kcal ó Kjulios

1kcal = 4.1868 Kj.Kcal ó Kjulios

ºC,ºK,ºF

1 Kcal = energía necesaria para aumentar 1ºC 1 Kg. de agua

No debemos confundir calor y temperatura. La temperatura es la magnitud que mide el estado de vibración molecular de los cuerpos. Debido al estado de vibración molecular, los cuerpos "almacenan" una energía que es conocida con el nombre de calor. El calor es la energía que necesitamos aportar para que su temperatura aumente. Así un clavo al rojo tiene una temperatura alta, pero tiene menos calor que el agua de una piscina a 25ºC.

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PresiónPresión = Fuerza / Superficie.

Ej.: Kg/cm2

Sistema Internacional

Fuerza: Unidad Newton (N) ; 1Kgf = 9.8N

Superficie: Unidad m2

Presión: Pascal (Pa) = N/m2

Otras unidades:

Atm = Atmosferas

mmHg = mm. de mercurio

Bar aprox. 1 atm.

PSI = libras/pulgada cuadrada

La presión el la fuerza aplicada por unidad de superficie. Ejemplo. Kg/cm2. La unidad internacional es el Pascal = 1 Newton/ m2. Como el Pascal es una unidad pequeña, normalmente se utilizan Kilo-pascales = 1 000 Pascales o Mega-pascales = 1 000 000 Pascales.

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Unidades de presióny sus factores de conversión (Wikipedia)

11,32x10-31,36x10-313,61,3332×10-40,0013332133,321 Torr (mmHg) =

76011,033103300,10131,013251013251 atm (760 Torr) =

7360,9681100000,09810,9819,81x1041 kp/cm² =

0,07360,968×10-410-419,81×10-69,81×10-59,811 kp/m² =

75009,8710,21,02×1051101061 N/mm² =

7500,9871,02102000,111051 bar (daN/cm²) =

0,00750,987×10-50,102×10-40,10210-610-511 Pa (N/m²)=

Torratmkp/cm²kp/m²N/mm²barPascal

11,32x10-31,36x10-313,61,3332×10-40,0013332133,321 Torr (mmHg) =

76011,033103300,10131,013251013251 atm (760 Torr) =

7360,9681100000,09810,9819,81x1041 kp/cm² =

0,07360,968×10-410-419,81×10-69,81×10-59,811 kp/m² =

75009,8710,21,02×1051101061 N/mm² =

7500,9871,02102000,111051 bar (daN/cm²) =

0,00750,987×10-50,102×10-40,10210-610-511 Pa (N/m²)=

Torratmkp/cm²kp/m²N/mm²barPascal

1PSI = 14.50 Bar = 14.79 Kgf/cm2

1Torr = 1 mm de mercurio

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Presión absoluta y relativa (Wikipedia)

• En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sino como la presión por encima de la presión atmosférica, denominándose presión relativa, presión normal, presión de gauge o presión manométrica. Consecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosférica más la presión manométrica (presión que se mide con el manómetro). La presión relativa se indica en inglés como añadiendo G.

La presión absoluta medida en bares es 1 bar más alta que la relativa.

Ej: 2 bares relativos = 3 bares absolutos.

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Entalpía

Cambio de energía entre situación inicial y final, expresada en unidades de energía dividido por unidad de masa

Ejemplo: Un alimento tiene 285 Kcal. / 100grs.

En la combustión de un trozo de madera se libera una energía. El trozo de madera tiene una energía antes de arder que será la suma de su energía potencial, química, etc. Los restos del trozo después de su combustión siguen teniendo energía, por ejemplo potencial, por lo que en realidad medimos es la energía liberada durante la combustión: cambio de energía. Al cambio de energía por unidad de masa le denominamos entalpía.

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Mecanismos de transmisión del calor

Conducción

Convección

Radiación

En la transmisión de calor por conducción intervienen dos mecanismos fundamentales: la interacción molecular y la agitación de los "electrones libres". Por el primer mecanismo las moléculas que poseen un mayor nivel energético, ceden parte de esta energía a las moléculas vecinas que poseen niveles inferiores. En cuanto al segundo mecanismo hay que tener en cuenta que la concentración de electrones libres no es la misma para todos los materiales. En los metales puros es alta, en las aleaciones es muy variable y muy baja en los no metales. Este fenómeno explica el hecho de la mayor menor conductividad térmica de un material.

De lo anterior se deduce que para que tenga lugar la conducción de calor deben cumplirse las siguientes condiciones:

-Continuidad dentro del medio sólido, no necesariamente homogéneo, líquido y gaseoso. -Diferencia de temperatura entre los puntos en que tiene lugar la transmisión.

La conductividad térmica depende de los materiales y de la temperatura a la que estos se encuentren.

La convección es un proceso de transmisión de calor que tiene lugar en el seno de un fluido debido a los movimientos que experimenta este. El movimiento del fluido afecta al transporte de energía a lo largo del espacio en que se encuentra contenido.

La radiación térmica es un proceso de intercambio de calor entre dos cuerpos por medio de ondas electromagnéticas, no requiriendo por lo tanto de ningún medio material entre ellos. El origen de estas ondas está en la vibración sufrida por los átomos de un cuerpo que se encuentra a mayor temperatura que el cero absoluto. Todos los cuerpos irradian calor al entorno y reciben calor de este.

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Calor latente de fusión y evaporación

Calor

Temperatura

0ºC

100ºC

Hielo + Agua

Agua + Vapor

Al aplicar calor al hielo este empieza a aumentar su temperatura, se funde pasa a forma de agua y posteriormente se evapora.

Presión = 1 atmosfera

Si aplicamos calor=energía a un recipiente con agua por ejemplo a 10ºC, su temperatura comenzará a aumentar, como consecuencia de una mayor vibración de sus moléculas. Al llegar a 100ºC ( a presión de 1 atmosfera), la temperatura no seguirá aumentando aunque sigamos aplicando calor. El calor se emplea en cambiar de estado líquido a gaseoso. A este calor se le conoce como calor latente de evaporación.

De manera similar ocurre al poner hielo en agua por ejemplo a 10º C, su temperatura disminuirá hasta llegar a 0ºC, pero no bajará de esta temperatura hasta que todo el agua se encuentre congelada.

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Calor latente de fusión y evaporación

Calor latente de fusión.

Mientras se funde el hielo, la temperatura permanece constante aunque se absorba calor del exterior. Una vez se hay fundido todo el hielo la temperatura del agua aumenta al aplicar calor.

Calor latente de evaporación.

Mientras hierve el agua la temperatura permanece constante aunque se absorba calor del exterior

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Cambios de estado

Al aportar calor el líquido pasa a estado gaseoso

Al evaporarse un líquido se produce frío.

equivale a decir

Calor latente de evaporación

Si nos echamos alcohol en las manos, sentiremos una sensación de frío procedente de la evaporación de este. Al evaporarse el alcohol absorbe calor de nuestras manos ( se produce frío).

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Cambios de estado

La temperatura de ebullición depende de la presión. A mayor presión mayor temperatura de ebullición

Al pasar un líquido de al estado gaseoso, las moléculas tienen que vencer la fuerza ejercida por la presión. Está claro que a mayor presión mayor fuerza, por lo que la temperatura de ebullición será mas alta cuanto mayor sea la presión. Cada compuesto químico puro tiene unas temperaturas de fusión y ebullición propias dependiendo de la presión.

La olla de presión cuece más rápidamente los alimentos, por que el agua en su interior alcanza temperaturas más altas que a presión atmosférica.

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Cambios de estado

Temperatura de ebullición del agua en función de la presión

A presiones inferiores a la atmosférica, el agua entra en ebullición a temperaturas inferiores a 100ºC. Si tenemos una presión lo suficientemente baja podemos hacer hervir el agua a temperatura ambiente.

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Evaporación y ebullición

La evaporación es un fenómeno que se produce solamente en la superficie del líquido. Cuanto más alta es la temperatura mayor es la evaporación

La ebullición es un fenómeno que se produce en todo el volumen del líquido. Se da a un nivel de temperatura constante.

El la evaporación del agua influye también la humedad relativa del aire. El aire lleva en su composición vapor de agua. Esta cantidad de agua se mide como humedad relativa. Decimos que la humedad relativa es del 100% cuando el aire ya no es capaz de absorber más humedad. Cuanto más seco sea el aire más cantidad de agua puede absorber. En un día con una humedad relativa del 100% la ropa no se seca. Al aumentar la temperatura del aire, su humedad relativa disminuye, pues aumenta el volumen de aire.

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Métodos de producción de frío

• Químicos Físicos• Cambios de estado• Expansión fluido• Termo-elécticos• Magneto-térmicos• Termo-magneto

eléctrico• Torbellino

Cambio de estado en ciclo abierto: el fluido que se evapora no se recupera. Es el ejemplo del alcohol evaporándose en la piel.

Cambio de estado en ciclo cerrado: el fluido que se evapora se recupera, se condensa y se vuelve a evaporar de manera indefinida. Es el caso del circuito de aire acondicionado de vehículos.

Expansión de fluido: Al comprimirse el aire en el turbocompresor de un motor su temperatura aumenta. De igual manera al expandirse su temperatura disminuye.

Termoeléctricos y termo magneto eléctricos: Su aplicación práctica es muy limitada. Ej. Efecto Peltier (Termoeléctrico) Al pasar una corriente eléctrica por dos elementos distintos unidos por un par de soldaduras, en una de ellas se produce un calentamiento, mientras que en la otra se produce un enfriamiento, actuando una de fuente fría y la otra de fuente caliente.

Torbellino: Al inyectar una corriente de aire a velocidades próximas a las del sonido en una cámara tubular, se produce un torbellino. El aire situado en el centro tiende a expandirse experimentando un enfriamiento, mientras que el situado en la periferia tiende a calentarse.

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Sistema evaporativo

Es de circuito abierto. Se utiliza en climas en los que la humedad relativa del aire es baja y este puede absorber agua. Se hace pasar una corriente de aire a través de una superficie empapada en agua. La evaporación del agua provoca una disminución de temperatura del aire y un aumento de la humedad de este. Es muy utilizado en sistemas para refrigerar vehículos con el motor parado (normalmente camiones) por consumir solamente la energía de los ventiladores.

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Ciclo frigorífico

Entalpía

Presión

Sobrecalentamiento

Subenfriamiento

El sistema de producción de frío empleado en los vehículos automóviles estábasado en el calor que toma un líquido para pasar a fase vapor ( cambio de estado (evaporación) ). Este vapor se recupera posteriormente y se hace pasar a fase liquida, utilizándose de nuevo , con lo que se cierra el ciclo (circuito cerrado).

A continuación se pasa a estudiar sobre el diagrama de Moliere, el proceso sufrido por el fluido en el circuito de aire acondicionado de un vehículo.

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Compresor

Ej. 3.6 Bar

Ej. 11 ºC

Ej. 18.5 Bar

Ej. 79 ºC

Estado del fluido a la entrada del compresor : ( Punto C´)

-Fase : Vapor -Presión : Entre 3 y 5 bares -Temperatura: Entre -2.5º y 17º C.

Por efecto de la compresión estas condiciones son modificadas, experimentando el fluido un aumento de presión y temperatura.

Estado del fluido a la salida del compresor: (Punto D )

-Fase : Vapor -Presión : Entre 18 y 22 bares. -Temperatura : Entre 85º y 105º C.

El fluido en estado gaseoso es conducido por medio de tuberías hasta el condensador.

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Condensador

Ej. 40ºc Ej.70ºC

Ej. 18.5 Bar

Ej. 78 ºC

Ej. 17.5 Bar

Ej. 56 ºC

A la salida del condensador todo el refrigerante se debe encontrar en

estado liquido

En el condensador el refrigerante experimenta un enfriamiento, como consecuencia del cuál pasa a fase líquida (Punto E). Este proceso se puede considerar isobárico (que tiene lugar a presión constante), si no se tienen en cuenta las pérdidas de carga experimentadas en las tuberías, que conducen el fluido del compresor al condensador y en el condensador mismo. Durante el cambio de estado la temperatura permanece constante. Esta temperatura se conoce como temperatura de condensación y es constante para cada presión. Una vez que todo el fluido se ha condensado (punto A) sigue disminuyendo su temperatura hasta la salida del condensador (punto B). A la diferencia de temperaturas entre la temperatura de condensación y la temperatura de salida del condensador se la conoce como subenfriamiento.

Las condiciones del fluido a la salida del condensador son las siguientes: ( Punto A´ ) -Fase: Liquida. -Presión: Ligeramente inferior a la de la entrada . -Temperatura: Entre 50º y 75º C.

El refrigerante es conducido hacia la botella deshidratadora . En ella no se experimenta ningún cambio termodinámico . De la botella es conducido a la válvula de expansión termostática que se encuentra en las proximidad del evaporador.

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El concepto de subenfriamiento

• Sabemos que el agua a presión de una atmósfera condensa (se vuelve líquida) a 100ºC.

• Si tenemos agua a 90º centígrados, la misma estará “subenfriada”. En este caso el valor de subenfriamiento es de :

100ºC-90ºC=10ºC.• Igualmente con el refrigerante podemos calcular su

subenfriamiento como diferencia entre la temperatura de condensación correspondiste a la presión a la que se encuentra y la temperatura a la que está.

• Con el fin de asegurar que todo el refrigerante se encuentra en estado líquido a la salida del condensador, debemos tener un cierto grado de subenfriamiento.

Intoducir Temp.Presion Condens.

20.00 67.54

Ejemplo:

Con una presión de condensación de 20 bares absolutos, la temperatura de condensación será de 67.54ºC.

Para tener un sobrecalentamiento de 10ºC a la salida del condensador, la temperatura deberá ser de 77.74ºC.

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Dispositivode expansión

Ej. 17.3 Bar

Ej. 57 ºC

Ej. 3.8 Bar

Ej. 3.5 ºC

En la válvula tiene lugar una expansión del fluido que puede considerarse isoentálpica (no hay intercambio energético).

Las condiciones a la entrada y salida de la válvula son las siguientes:

Entrada ( Punto B ) -Fase: Líquida. -Temperatura: Ligeramente inferior a la de salida del condensador. -Presión: Ligeramente inferior a la de salida del condensador.

Salida

-Estado: Líquido y comienzo gaseoso -Temperatura: Igual a la de la entrada. -Presión: Entre 3 y 5 bares.

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Evaporador

Ej. 40ºc Ej.10ºCAire

Agua condensación

Aire

Ej. 3.7 Bar

Ej. 9.5 ºC

A la salida del evaporador todo el refrigerante se debe encontrar en estado

gaseoso

Ej. 3.8 Bar

Ej. 3.5 ºC

A la llegada al evaporador y como consecuencia del cambio brusco de presión sufrido en la válvula, el fluido experimenta un cambio de fase pasando de estadolíquido a gaseoso .El proceso de cambio de estado tiene lugar a presión constante. Para cada presión la temperatura a la que se produce el cambio de fase es constante y se conoce con el nombre de temperatura de evaporación. Durante la evaporación el fluido se enfría tomando calor de su entorno. Una vez que todo el fluido ha pasado a estado gaseoso (pto. C) se sigue calentando hasta la salida del evaporador (pto. C´). A la diferencia entre la temperatura de evaporación y la temperatura de salida del evaporador se la conoce como sobrecalentamiento.

Las condiciones del fluido a la salida del evaporador sin las siguientes: ( Punto C´ ) -Fase : Vapor -Presión : Entre 3 y 5 bares -Temperatura: Entre -2.5º y 17º C .

El fluido es conducido desde el evaporador a la entrada de compresor por medio de tuberías, con lo que queda cerrado el circuito. Durante esta conducción tiene lugar una ligera pérdida de carga, por lo que la presión a la entrada del compresor será ligeramente inferior a la de la salida del evaporador.

Sobre la superficie del evaporador condensa agua procedente del aire que se está enfriando. Dicho agua ha de ser evacuada.

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El concepto de sobrecalentamiento

• Sabemos que el agua a presión de una atmósfera hierve ( se convierte en vapor ) a 100ºC.

• Si tenemos vapor a 100º centígrados, y seguimos calentando el mismo por ejemplo hasta 105ºC, el mismo estará“sobrecalentado”. En este caso el valor del sobrecalentamiento es de :

105ºC-100ºC=5ºC.• Igualmente con el refrigerante podemos calcular su

sobrecalentamiento como diferencia entre la temperatura a la queestá y la temperatura de condensación correspondiste a la presión a la que se encuentra.

• Con el fin de asegurar que todo el refrigerante se encuentra en estado gaseoso a la salida del evaporador, debemos tener un cierto grado de sobrecalentamiento.

Intoducir Temp.Presion Condens.

3.50 5.21Ejemplo:

Con una presión de evaporación de 3.5 bares absolutos, la temperatura de evaporación será de 5.21ºC.

Para tener un subenfriamiento de 5ºC a la salida del evaporador, la temperatura deberá ser de 10.21ºC.

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Ciclo frigorífico

El punto crítico es aquella temperatura a partir de la cuál por mucho que aumente la presión el gas no condensa.

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Peculiaridades del AA en vehículos

• Alta carga térmica• Velocidades

compresor muy variables.

• Velocidades de aire muy variables

• Grandes diferencias condiciones uso

• Poco espacio disponible

La implantación de una instalación de aire acondicionado en un vehículo automóvil presenta las siguientes particularidades con respecto a otro tipo de instalaciones:

-El espacio disponible es muy pequeño y limitado.

-El régimen de revoluciones del compresor es variable ya que depende del régimen del motor.

-Las ganancias térmicas del habitáculo son muy elevadas Y variables, por poseer un escaso aislamiento, gran superficie expuesta a la radiación solar (vehículo medio 14 m2) y gran superficie acristalada (4.5 m2).

-El caudal de aire que llega al condensador es variable, ya que depende de la velocidad del vehículo.

Debido a esto, es difícil lograr unas condiciones estacionarias de temperatura y humedad estacionarias en el habitáculo. La aplicación de la electrónica al campo del acondicionamiento del aire en el automóvil, permite un mayor y mejor control del proceso, consiguiendo que las variaciones se mantengan en intervalos muy pequeños.