UNIVERSIDAD FERMIN TOROVICERRECTORADO ACADEMICOFACULTAD DE INGENIERIA

Refrigeracion

Autor: Alvimar Vargas: 23849955Qu es refrigeracinLa refrigeracin es el proceso de reduccin y mantenimiento de la temperatura (a un valor menor a la del medio ambiente) de un objeto o espacio. La reduccin de temperatura se realiza extrayendo energa del cuerpo, generalmente reduciendo su energa trmica, lo que contribuye a reducir la temperatura de este cuerpo.La refrigeracin implica transferir la energa del cuerpo que pretendemos enfriar a otro, aprovechando sus propiedades termodinmicas. La temperatura es el reflejo de la cantidad o nivel de energa que posee el cuerpo, ya que el fro propiamente no existe, los cuerpos solo tienen ms o menos energa trmica. De esta manera enfriar corresponde a retirar Energa (calor) y no debe pensarse en trminos de " producir fro o agregar froHistoriaEl arte de la refrigeracin basado en el hielo natural es muy antiguo y se practic mucho antes de construirse cualquier mquina trmica. Hay escritos chinos, anteriores al primer milenio a. J.C. que describen ceremonias religiosas para llenar en invierno y vaciar en verano stanos de hielo. Los antiguos romanos utilizaban el hielo de los Apeninos, y segn Las mil y una noches, en la Edad Media caravanas de camellos transportaban hielo desde el Lbano a los palacios de los califas en Damasco y Bagdad.Los griegos y los romanos compriman la nieve en pozos aislados con pasto, paja y ramas de rboles. La nieve comprimida se converta en hielo para ser usado en pocas de mayor calor. Esta prctica la describe Peclet y ha llegado hasta casi mediados del siglo XX en algunas zonas rurales catalanas, donde existan los llamados pous de gla. Estos pozos se construan en laderas umbras de los montes, de forma cnica con la base en la superficie y con un pozuelo en el fondo separado por una rejilla y en forma que se pudiese recoger y verter fuera el agua producida por la fusin de hielo. A medida que se iba echando la nieve o el hielo en estos pozos, se rociaban con agua helada y, una vez llenos, se cubran su boca con paja y tablas que aislaban el hielo del calor exterior; as conservaban hielo preparado en invierno.En el siglo XVII, las mezclas refrigerantes son utilizadas en la investigacin cientfica por Robert Boyle y por el astrnomo fsico francs Philippe Laire ms tarde, en el siglo XVIII, numerosos fsicos y qumicos emplean mezclas refrigerantes en el laboratorio.Destaca en su estudio Antoine Baum, farmacutico y catedrtico del Collge de Pharmacie de Pars desde 1758, y miembro de la Academia de Ciencias desde 1771, que invent la escala de aremetro de su nombre, en 1760; e investig sobre la fabricacin de porcelana. Tambin fund industrias para producir cloruro amnico y acetato de plomo, y prepar frmulas magistrales conocidas. Public Disertation sur l'ther en 1757 y Chimie experimentale et raisone entre otras obras.En sus escritos expone, adems, que sobre la misma poca, form hielo artificial gracias a que el ether expuesto al aire se evapora con la mayor prontitud y produce al evaporarse un fro muy sensible en el cuerpo que se evapora.Estas mezclas permitieron experimentos a bajas temperaturas y as, en 1715, utilizando una mezcla de nieve y nitrato amnico, Fahrenheit estableca el cero de su termmetro; en 1760 von Braun congel el mercurio a -40?C, etc.En el siglo XIX numerosos cientficos como: von Karsten en 1840, Hanemann en 1864, Rdorff en 1869, Pfandler en 1875 y Brendel en 1892 estudiaron las leyes que rigen las mezclas frigorficas, y las mezclas de hielo y sal comn, que permiten disminuir la temperatura hasta -20?C, se emplearon corrientemente para congelar productos alimenticios, y todava en 1904, Emilio Carbonell y en 1912, Jos Gres, registraron patentes espaolas de mezclas refrigerantes para conservar alimentos.Estos mtodos sin embargo, son discontinuos y de capacidad muy limitada, por lo que no se puede hablar de refrigeracin hasta la invencin de los mtodos continuos, de dos tipos bsicos: consumidores de trabajo y consumidores de calor.La refrigeracin mecnica, es decir producida consumiendo trabajo con una mquina funcionando continuamente, se obtuvo por diversos caminos pero todos basndose en la expansin de un fluido, que puede efectuarse sin cambio de fase (despresurizacin de un gas) o, lo ms frecuente, con cambio de fase (evaporacin de un lquido), que a su vez se haya recalentado a la presin atmosfrica o menor.A pesar de que los primeros intentos de obtener fro mecnico fueron por evaporacin de un lquido voltil, la primera mquina realmente operativa fue de expansin de aire.Por este motivo se denomina mquina frigorfica de compresinEn la literatura anglosajona, la primicia de la obtencin de fro por evaporacin se adjudica a William Cullen (Hamilton 1712 - Glasgow 1790), hijo de un abogado, que recibi una educacin cientfica tan avanzada como lo permita la poca, en laUniversidad de Glasgow y en el Colegio de Mdicos y Cirujanos en Glasgow.Hacia 1750 se interes en el fenmeno de la evaporacin de lquidos y realiz muchas experiencias en las que herva lquidos bajo vaco, usando la mejor bomba de vaco que pudo obtener; as observ que, independientemente de las condiciones ambientales, se poda producir hielo mecnicamente, evaporando lquidos voltiles, y en 1755, ocupando la ctedra de Qumica, public en Edimburgo un trabajo cientfico titulado Essay on Cold Producedby Evaporating Fluids, en el que escribi:En un experimento hecho con ter nitroso, cuando el calor del aire estaba alrededor de los 43?F, colocamos la vasija que contena ter dentro de otra, un poco mayor, que contena agua. Despus de hacer vaco y que las vasijas hubieran permanecido unos minutos en el mismo, encontramos la mayor parte del agua congelada y que la vasija que contena ter estaba rodeada de una gruesa y firme capa de hielo.Sin embargo, Cullen exploto su descubrimiento ni construyo mquinas para elaborar hielo, a pesar de poseer ter nitroso que, en un vaco elevado, hervira a una temperatura suficientemente baja como para congelar el agua, y disponer de la bomba con la que podan hacer vaco continuamente.Se hicieron otros descubrimientos en la misma lnea; y as, alrededor de 1761, Joseph Black, alumno de Cullen, desarroll su la teora del calor latente de fusin y evaporacin, que, adems de su importancia en el desarrollo de la teora del calrico, clarific el papel desempeado por el calor en los cambios de estado de la materia.Pocos aos despus, en 1744, Priestley descubri el amonaco y el dixido de carbono, que mostraron poseer propiedades termodinmicas convenientes para serusados en refrigeracin. Es notable que tanto Black como Priestley fueran amigos de James Watt, el hombre que tanto contribuy al desarrollo de la 1 mquina trmica, lade vaporSegn las fuentes anglosajonas, que no citan a Frobenius ni a Beaume, aos ms tarde, en 1777, otro mdico ingles Edward Gerald Nairne quien tambin destac en el estudio de fenmenos elctricos, publicando obras sobre electricidad como Descripcin de la mquina elctrica, 1787, mejor el aparato de Cullen aadiendo un pequeo recipiente con cido sulfrico dentro de la campana de vaco, para absorber vapor de agua y acelerar el proceso. Sucesivas mejoras de este dispositivo fueron realizadas en 1810 por Sir John Leslie y en 1824 por John VallanceNinguno de estos aparatos pas de la etapa de laboratorio, y hasta 1866 no se consigui un aparato de uso comercial con este sistema, el que patent Edmond Carr, cuyo hermano mayor Ferdinand invent la mquina de absorcinEdmond Carr hizo prctica su mquina moviendo el cido sulfrico por medio de un brazo conectado al mbolo de la bomba de vaco, que estaba accionada a mano. Con esto consegua evitar la dilucin superficial del cido y aumentar la absorcin.El aparato se empleaba para enfriar garrafas de agua; el cuello de la garrafa se adaptaba al tubo de aspiracin de la bomba, en 2 3 minutos la temperatura del agua descenda de 30C a 0C y llegaba a congelarse completamente de 20 a 25 minutos. El xito de este aparato, en el mbito domstico y de restauracin, fue muy grande.Todos los intentos que siguieron utilizando este sistema, para conseguir, una mquina de mayor tamao y funcionamiento no intermitente, tuvieron escaso xito y hubo que esperar hasta 1909, cuando Maurice Leblanc utiliz la evaporacin del agua a baja presin como procedimiento de refrigeracin en las mquinas con eyectores de vapor.Sin embargo, no se reconoce un solo nombre la paternidad de la refrigeracin en la medida en que se le reconoce a Watt la de la mquina de vapor, aunque Oliver Evans, el americano que desarroll la mquina de vapor de alta presin, fue quiz el primero en proponer el uso de ciclos cerrados en refrigeracin; su idea la sugiri en un tratado aparecido en Filadelfia en 1805, en la que describe un ciclo de refrigeracin por compresin y evaporacin de ter etlico.Tambin en las cartas personales de Richard Trevithick, otro de los creadores del generador de vapor a presin, escritas en 1828, se encuentra un ensayo sobre The Production of Artificial Cold. Sin embargo sus ideas no culminaron de forma prctica.Fue otro ingeniero, proveniente del campo de los generadores de vapor quien invent el primer sistema de compresin de vapor, usando vapor condensable, al igual que Cullen y Beaum, como medio refrigerante.El ingeniero americano Jacob Perkins que haba inventado los tubos de agua para generador de vapor que actualmente llevan el nombre de Field, invent la mquina destinada a ser la base de la actual industria de la refrigeracin.CalorEl calor es una cantidad de energa y es una expresin del movimiento de las molculas que componen un cuerpo. Cuando el calor entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando sale, enfriamiento. Incluso los objetos ms fros poseen algo de calor porque sus tomos se estn moviendo. TemperaturaLa temperatura es la medida del calor de un cuerpo (y no la cantidad de calor que este contiene o puede rendir).Diferencias entre calor y temperaturaTodos sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor y temperatura son lo mismo. Sin embargo, esto no es as. El calor y la temperatura estn relacionadas entre s, pero son conceptos diferentes. Como ya dijimos, el calor es la energa total del movimiento molecular en un cuerpo, mientras que la temperatura es la medida de dicha energa. El calor depende de la velocidad de las partculas, de su nmero, de su tamao y de su tipo. La temperatura no depende del tamao, ni del nmero ni del tipo. Por ejemplo, si hacemos hervir agua en dos recipientes de diferente tamao, la temperatura alcanzada es la misma para los dos, 100 C, pero el que tiene ms agua posee mayor El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si aadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye.La temperatura no es energa sino una medida de ella; sin embargo, el calor s es energa. Calor sensible es aquel que recibe un cuerpo o un objeto y hace que aumente su temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto su estado. En general, se ha observado experimentalmente que la cantidad de calor necesaria para calentar o enfriar un cuerpo es directamente proporcional a la masa del cuerpo y a la diferencia de temperaturas Calor latente: es la energa requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de slido a lquido (calor de fusin) o de lquido a gaseoso (calor de vaporizacin). Se debe tener en cuenta que esta energa en forma de calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura.Calor especfico: es una magnitud fsica que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinmico para elevar su temperatura en una unidad. En general, el valor del calor especfico depende del valor de la temperatura inicial. De forma anloga, se define la capacidad calorfica como la cantidad de calor que hay que suministrar a toda la masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Kilocalora: Unidad de energa que se utiliza para definir el aporte calrico de un alimento. Una kilocalora es la cantidad de energa calorfica necesaria para aumentar un grado centgrado (desde 14,5 C a 15,5 C) la temperatura de un gramo de agua pura, a una presin normal de una atmsfera. Una calora (cal) equivale exactamente a 4,1868 julios (J),1 mientras que una kilocalora (Kcal) es exactamente 4,1868 kilojulios (Kj).