¿Cómo se logra enfriar el interior de un ambiente confinado?

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PRINCIPIO DE LA REFRIGERACION

En 1852, William Thomson (Lord Kelvin) inventó el principio de larefrigeración. Con el objetivo de conseguir un ambiente frio, el científicocreó un circuito frigorífico hermético basado en la absorción del calor através de un gas refrigerante. Para ello, se basó en 3 principios:•El calor se transmite de la temperatura más alta a la más baja, comocuando enfriamos un café introduciendo una cuchara de metal a la taza yésta absorbe el calor.•El cambio de estado del líquido a gas absorbe calor. Por ejemplo, sihumedecemos la mano en alcohol, sentimos frío en el momento en queéste se evapora, puesto que absorbe el calor de nuestra mano.•La presión y la temperatura están directamente relacionadas. En unrecipiente cerrado, como una olla, necesitamos proporcionar menorcantidad de calor para llegar a la misma temperatura que en uno abierto.

El efecto de Joule-Thomson o efecto Joule-Kelvin

En Física, es el proceso en el cual la temperatura de un sistema disminuye o aumenta al permitir que el sistema se expanda libremente manteniendo la entalpía constante.

Fue descrito por James Prescott Joule y William Thomson, el primer Barón Kelvin, quienes establecieron el efecto en 1852 modificando un experimento previo de Joule en el que un gas se expandía manteniendo constante su energía interna.

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Sistema por Compresión de Vapor:Instalación Básica con 4 componentes

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CICLO DE COMPRESIÓNCompresor

Es el corazón de todo sistema de AireAcondicionado, su función es la de absorber elrefrigerante que se encuentra a en estado degas caliente a una temperatura de 7.2°C y 68PSIG de presión y comprimirlo hastaconvertirlo en gas sobre calentado a unatemperatura de 54.4°C y 211 PSIG de presión.

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CICLO DE CONDENSACIÓNCondensador

Es un intercambiador de calor cuya función es lade transferir el calor del refrigerante hacia unmedio enfriante que puede ser el aire exterior oagua.En este proceso el refrigerante cede calorpasando de gas sobrecalentado (54.4°C y 211PSIG) a liquido sub enfriado (35°C y 211 PSIG)El medio enfriante absorbe calor elevando sutemperatura.

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CICLO DE EXPANSIÓNDispositivo de Expansión

Su función es la de expandir el refrigerante pasando de liquido sub enfriado (35°C y 211 PSIG) hasta liquido (1.7°C y 68 PSIG)

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CICLO DE EVAPORACIÓN

Evaporador

Es un intercambiador de calor cuya función es la detransferir el calor del ambiente a enfriar hacia elrefrigerante liquido.Durante este proceso el refrigerante absorbe calor ypasa de estado de liquido (1.7°C y 68 PSIG) hacia unestado de gas caliente (7.2°C y 68 PSIG).El ambiente a enfriar cede calor y baja sutemperatura (20°C).

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Instalación doméstica

EVAPORADOR

FILTROSECADOR

CAPILAR

COMPRESOR

LINEA DEASPIRACION

CONDENSADOR

LINEA DELIQUIDO

LINEA DE DESCARGA

CONEXIONELECTRICA

CONEXIÓN DE SERVICIO

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Instalación típica

30°C bs10°C

23°C20°C

45°C

30°C

Sistema de Refrigeración y Aire Acondicionado

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Compresores

Tipo Reciprocante:•Herméticos•Semi-herméticos•Abiertos

Tipo Rotativos•De Tornillo•De espiral ó Scroll

Tipo Centrífugo

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Compresor Reciprocante ó Alternativo

Este tipo de compresor mueve un pistón hacia delante en un cilindromediante una varilla de conexión y un cigüeñal. Si sólo se usa un ladodel pistón para la compresión, se describe como una acción única. Sise utilizan ambos lados del pistón, las partes superior e inferior, es dedoble acción.

La configuración de un compresor Reciprocante puede ser de un únicocilindro para baja presión/bajo volumen, hasta una configuración devarias etapas capaz de comprimir a muy altas presiones.

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Compresores Reciprocantes

Semi HerméticosHerméticos Abiertos

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Compresor Rotativo TornilloEl compresor de tornillo es un compresor de desplazamiento con pistones enun formato de tornillo; este es el tipo de compresor predominante en uso enla actualidad. Las piezas principales del elemento de compresión de tornillocomprenden rotores machos y hembras que se mueven unos hacia otrosmientras se reduce el volumen entre ellos y el alojamiento.

La relación de presión de un tornillo depende de la longitud y perfil de dichotornillo y de la forma del puerto de descarga.

El tornillo no está equipado con ninguna válvula y no existen fuerzasmecánicas para crear ningún desequilibrio. Por tanto, puede trabajar a altasvelocidades de eje y combinar un gran caudal con unas dimensionesexteriores reducidas

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Compresor Rotativo Tornillo

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Compresor Rotativo Scroll

El principio básico de compresión Scroll se basa en la interacción deuna espiral fija con otra móvil, ambas idénticas y desfasadas entre si180°.La espiral móvil orbita, siguiendo la trayectoria fijada por la espiral fijay se mantiene unida a esta última gracias a la acción de la fuerzacentrífuga. Así es como, desde la periferia, se van formandocompartimientos de gas que son desplazados hacia el centro de lasespirales, contrayéndose su volumen y aumentando la presión ytemperatura, hasta producirse la descarga por el centro.Habrá seis compartimientos operando permanentemente, por lo quela compresión es siempre continúa y uniforme.

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Compresor Rotativo Scroll

Vistas de las espirales del compresor Scroll en diversas etapas dela compresión

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Compresor Rotativo Scroll

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Compresor CentrifugoEl compresor centrífugo es una turbo máquina que consiste en unrotor que gira dentro de una carcasa provista de aberturas para elingreso y egreso del fluído. El rotor es el elemento que convierte laenergía mecánica del eje en cantidad de movimiento y por tantoenergía cinética del fluído.En la carcasa se encuentra incorporado el elemento que convierte laEC en energía potencial de presión (el difusor)completando así la escala de conversión de energía.El difusor puede ser del tipo de paletas sustancialmente radiales, o decaracol.

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Compresor Centrifugo

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Condensadores

Enfriados por aire.

Enfriados por Agua.

Evaporativos.

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Condensadores Enfriados por Aire

Estático Con Ventilación Forzada

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Serpentin condensador para unidad condensadora tipo split, enfriada por aire.

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Diversos tipos de serpentines condensadores.

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Condensadores Evaporativos

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Torres de Enfriamiento

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Unidades Condensadoras

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Dispositivo de Expansión

Válvula de Expansión

Tubo Capilar

Orificio Calibrado

Placa de Orificio

Válvula de Flotador

(Para Sistemas Inundados)

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Válvula de Expansión Termostática

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Evaporadores

Tipo Expansión Directa (DX)

Tipo Casco y Tubo

Expansión Directa

Inundado

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Evaporadores

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Diversos tipos de serpentines evaporadores de expansión directa

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Refrigerante es cualquier cuerpo osubstancia que actúa como agente deenfriamiento absorbiendo calor de otrocuerpo o sustancia.

LOS REFRIGERANTES

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CFC Cloroflurocarbonos : R-11, R-12.

HCFC Hidrocloroflurocarbonos : R-22,R-141b

HFC Hidrofluorocarbonos : R-134a,R-141b

HC Hidrocarbonos : R-600a,

Familia R-400 No Azeotrópicos : R-404A, R-410A, R-407C.

Familia R-500 Azeotrópicos: R-502,R-507c, R-509

Refrigerantes Naturales : R-717 (NH3), R-744 (CO2), aire, agua.

REFRIGERANTES MÁS COMUNES

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CFC: (Flúor, Carbono, Cloro)Clorofluorocarbono totalmente halogenado, no contienehidrógeno en su molécula química y por lo tanto es muyestable, esta estabilidad hace que permanezca durante largotiempo en la atmósfera afectando seriamente la capa de ozonoy es una de las causas del efecto invernadero.(R-11, R-12, R-115).

HCFC: (Hidrógeno, Carbono, Flúor, Cloro)Es similar al anterior pero con átomos de hidrógeno en sumolécula. La presencia de Hidrógeno le confiere menosestabilidad, en consecuencia, se descompondrá en la parteinferior de la atmósfera y no llegará a la estratosfera. Posee unpotencial reducido de destrucción de la capa de ozono.

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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, R-141b).

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Los nuevos refrigerantes (HFC) tenderán a sustituir a los CFC y HCFC:

CFC/HCFC → HFC

Limpieza : R-11 (R-141b)

Temp.Media: R-12R(134a/R-409/R-600a)

Temp.Baja : R-502 (R-404a/R-408)

Aire Acond : R-22 (R-407c/R-410A)

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¿Qué refrigerantes son los más utilizados en equipos de aire acondicionado ?

Los más utilizados son el R22, R-134a, R407C y el R410A.El R22 es el refrigerante más utilizado actualmente en el sector del aire acondicionado, tanto para instalaciones de tipo industrial como domesticas. El R134a se utiliza normalmente en grandes equipos de enfriamiento de aire. El R407C se utiliza normalmente en enfriadoras de agua de mediana y pequeña potencia además de equipos splits (partidos). Equipos de precision.•El R410A se utiliza actualmente en equipos splits .

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El Agujero en la Capa de Ozono

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En el FUTURO de entre las tecnologías de refrigeración conactivación térmica destaca la REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN porser ampliamente conocida y estar desarrollada, utilizada en todotipo de aplicaciones refrigeración y aire acondicionado en diferentessectores industrial y de servicios (comercial, residencial..)

Estará disponible comercialmente en toda la gama de potenciaspueden utilizar diferentes fuentes térmicas de activación calorresidual, termo-solar, combustión, proceso...

Se caracterizan por su fiabilidad y flexibilidad de funcionamiento (mantienen prestaciones a carga parcial )

Utilizan refrigerantes naturales ( no CFC ni HFCs)

Finalmente:

El fin es vivir y trabajar en ambientes con confort climático

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El fin es vivir y trabajar en ambientes con confort climático

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Bibliografía

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Catálogo de los principales fabricantes de equipos de Aire Acondicionado.

Publicaciones de la Ashrae.

Manual de Aire Acondicionado. Carrier. Ed. Marcombo, 1996. Capítulo 9-12.

Air conditioning. Principles and Systems. Edward G. Pita. Ed. Prentice-Hall, 1998.

Manual de Refrigeración Industrial, by Stoecker.

Presentación del ing. Ernesto Sanguinetti en congreso CIAR IX del 2007

Presentación del Ing. Luis Yamada en diversos congresos.

Refrigeración y Aire Acondicionado en Perú. Su historia y sus aplicaciones. Por Hugo Córdova. En actual edición 2009.