Manualdeservicio

SiS-14C

Equipos declimatizacin yrefrigeracin

Prefacio

Este libro de texto est redactado para su utilizacin enlas clases del instituto destinadas a los tcnicosprincipiantes y de nivel intermedio.A pesar de que el contenido y las expresiones a vecespueden resultar inadecuados, los conocimientos y losconceptos elementales necesarios se presentan de talforma que se puedan comprender fcilmente.Esperamos que este libro de texto le resulte de granutilidad y eficiencia.

1Contenido

Captulo 1 .........Principios fundamentales de refrigeracin ........................... 3

Captulo 2 .........Tabla Mollier .......................................................................31

Captulo 3 .........Clasificacin de los acondicionadores de aire .................... 49

Captulo 4 .........Componentes .........................................................................59

Captulo 5 .........Cableado elctrico .................................................................83

Captulo 6 .........Obras bsicas .........................................................................97

Captulo 7 ......... Instalacin ............................................................................131

Captulo 8 ......... Funcionamiento de prueba ................................................. 155

Captulo 9 .........Deteccin y reparacin de fallos ........................................173

Captulo 10 .......Tabla sicromtrica ............................................................... 193

Captulo 11 .......Clculo de carga de refrigeracin simple .......................... 203

Captulo 12 .......Apndice ............................................................................... 209

Captulo 13 .......Explicaciones suplementarias ............................................ 247

31Captulo 1 Principios fundamentales de refrigeracin

1.1 Presin ...................................................................................................................................... 4

1.1.1 Masa ............................................................................................................................... 4

1.1.2 Fuerza y peso ................................................................................................................ 5

1.1.3 Qu es la presin? ................................................................................................... 5

1.1.4 Unidades de presin ..................................................................................................... 6

1.1.5 Ley de Pascal ................................................................................................................. 6

1.1.6 Presin atmosfrica ...................................................................................................... 7

1.1.7 Vaco ............................................................................................................................... 7

1.1.8 Conversin de las unidades de presin ...................................................................... 7

1.1.9 Presin absoluta y presin manomtrica ................................................................... 9

1.2 Calor y temperatura ................................................................................................................. 9

1.2.1 Qu es el Calor? ...................................................................................................... 9

1.2.2 Flujo de calor ................................................................................................................. 9

1.2.3 Transferencia de calor ................................................................................................ 10

1.2.4 Qu es la Temperatura? ........................................................................................ 10

1.2.5 Escalas termomtricas ............................................................................................... 10

1.2.6 Cero absoluto .............................................................................................................. 11

1.2.7 Escalas de temperatura absoluta .............................................................................. 11

1.2.8 Frmulas de conversin de temperatura .................................................................. 12

1.2.9 Unidades de calor ....................................................................................................... 13

1.2.10 Trabajo, energa y potencia ........................................................................................ 15

1.3 Calor sensible y calor latente ................................................................................................ 16

1.3.1 Tres estados fsicos ..................................................................................................... 16

1.3.2 Cambio de fase del agua ............................................................................................ 17

1.3.3 Saturacin, recalentamiento y subenfriamiento ...................................................... 18

1.3.4 Temperatura de saturacin ........................................................................................ 19

1.3.5 Calor sensible y calor latente ..................................................................................... 21

1.3.6 Clculo de la cantidad de calor .................................................................................. 22

1.4 Refrigeracin .......................................................................................................................... 23

1.4.1 Qu significa Refrigeracin y Climatizacin? ................................................. 23

1.4.2 Aislacin trmica ........................................................................................................ 23

1.4.3 Carga trmica .............................................................................................................. 23

1.4.4 Refrigerante ................................................................................................................. 23

1.4.5 Principio de refrigeracin ........................................................................................... 24

1.4.6 Ciclo de refrigeracin ................................................................................................. 29

1.4.7 Piezas principales del sistema de refrigeracin ....................................................... 29

1.4.8 Lado bajo y lado alto .................................................................................................. 30

4Captulo 1 Principios fundamentales de refrigeracin

Para estudiar la refrigeracin y la climatizacin, es impor-tante dominar los principios fundamentales de la fsica y dela termodinmica que se explican en este captulo.A las personas que ya se familiarizaron con estos principiosfundamentales, este captulo les servir de repaso o dematerial de referencia. Las unidades constituyen un temaimportante de este captulo. Se utilizan varias unidadessegn las aplicaciones y las regiones y por ahora no se halogrado la unificacin de las mismas en el mundo. Elsistema yarda/libra sigue en uso en varios pases, al tiempoque las industrias japonesas de refrigeracin yclimatizacin utilizan el sistema mtrico.Adems, el sistema mtrico comprende varios tipos desistemas. Para luchar contra la confusin causada por ladiversidad de unidades, se presenta y apoya ampliamenteel sistema internacional de unidades (SI) En este libro detexto, sin embargo, se explican todas las unidades delsistema mtrico que se utilizan habitualmente, porqueconsideramos que es demasiado precoz adoptarexclusivamente el sistema mtrico SI, ya que este sistemano se utiliza en los manmetros, catlogos de productos ymateriales tcnicos que los tcnicos de servicio utilizan ensu trabajo diario.Para que las personas familiarizadas con el sistema yarda/libra puedan leer este libro de texto, se explican lasfrmulas de conversin de las unidades del sistemamtrico convencional a las del sistema yarda/libra, ascomo al sistema mtrico S.I. que ser necesario en unfuturo cercano.

Agua

Las relaciones entre gramos, kilogramos y otras unidadesse indican en la Tabla 1-1.

Tabla 1-1

Sistema mtrico convencional ysistema mtrico SI Sistema yarda/libra

! Las unidades mtricas convencionales y las unidadesmtricas S.I. de masa son las mismas.

Para convertir de una unidad a otra, utilice las frmulassiguientes:

Para convertir gramos en kilogramos

Para convertir gramos en onzas

Para convertir kilogramos en gramos

Para convertir kilogramos en libras

Para convertir onzas en gramos

Para convertir onzas en libras

Para convertir libras en kilogramos

Para convertir libras en onzas

Ejemplo Convierta 200 g en kg

Solucin

Ejemplo Convierta 500 g en oz

Solucin

Ejemplo Convierta 4kg en g

Solucin

Ejemplo Convierta 4kg en lb

Solucin

Ejemplo Convierta 50oz en g

Solucin

Ejemplo Convierta 200oz en lb

Solucin

Ejemplo Convierta 80lb en kgSolucin :

Ejemplo Convierta 5lb en oz

Solucin

1.1 Presin

1.1.1 Masa

Masa ............ La masa es la cantidad de materiaen una sustancia medida en gramos ykilogramos.

Gramo(g) ..... Un centmetro cbico (cm3) de agua a latemperatura de mayor densidad tieneuna masa de 1 g (Ver Fig. 1-1).

51.1.2 Fuerza y peso

Fuerza...Una fuerza se define como un impulso o unatraccin. Es todo lo que tiene tendencia a poner un cuerpoen movimiento, a detener un cuerpo en movimiento o acambiar la direccin del movimiento. Una fuerza tambinpuede cambiar el tamao o la forma de un cuerpo.

Peso...El peso es la fuerza ms conocida. El peso de uncuerpo es una medida de la fuerza ejercida sobre el cuerpopor la fuerza de gravedad de la tierra. (Ver Fig. 1-2)

Las unidades de fuerza son el kilogramo fuerza en elsistema mtrico convencional, el newton [N] en el sistemamtrico S.I.y la libra fuerza [lbf] en el sistema yarda / libra.

Kilogramo fuerza [kgf]...Un kilogramo fuerza es la fuerza degravedad de un objeto que tiene una masa de 1 kg. Lafuerza de gravedad da una aceleracin de 9,807 metros porsegundo por segundo al objeto. [Ver Fig. 1-3 (a)]

Newton [N]...Un newton es la fuerza que, cuando se aplicaa un cuerpo que tiene una masa de 1kg, proporciona unaaceleracin de un metro por segundo por segundo.[Ver Fig. 1-3 (b)]

Las relaciones entre kilogramo fuerza y libra fuerza seindican en la Tabla 1-2.

Peso Constante del muelle

Masa

Fuerza de gravedad9,807m/s2

Tierra

Masa: 1kg

Aceleracin:9,807m/s2

Fuerza: 1kgf

Masa: 1kg

Aceleracin:1m/s2

Fuerza: 1N

Tabla 1-2

Sistema mtricoconvencional

Sistema mtrico S.I. Sistema yarda libra

PresinFuerza totalSuperficie total

Donde

Superficie total

Fuerza total Superficie unidad

Presin

Un bloque de hielo (slido) ejerce una presin sobre susoporte. El agua (lquido) ejerce una presin sobre los ladosy la parte inferior de su contenedor. El vapor (gas) ejerceuna presin sobre toda la superficie de su contenedor.(Ver Fig. 1-6)

! Generalmente se abrevia kilogramo fuerza comokilogramo, o libra fuerza como libra. Se hace esto inclusocon sus smbolos kgf como kg, o lbf como lf.Los aparatos de medicin indican generalmente lasunidades de masa. En este captulo debe entender bienla diferencia entre peso y masa.

1.1.3 Qu es la presin?

Presin...La presin es la fuerza por la superficie. Puededescribirse como una medida de la intensidad de fuerza enun punto dado sobre la superficie de contacto. Puesto quela fuerza se distribuye de manera uniforme sobre unasuperficie dada, la presin en cualquier punto sobre lasuperficie de contacto es la misma y puede calcularsedividiendo la fuerza total ejercida por la superficie total enla cual se aplica dicha fuerza. Esta relacin se expresa porla ecuacin siguiente. (Ver Fig. 1-5)

6Bloque de hielo Agua Vapor

1.1.4 Unidades de presin

Las unidades de presin son el kilogramo fuerza porcentmetro cuadrado [kgf/cm2] en el sistema mtricoconvencional, el pascal [Pa), el kilopascal [kPa] en elsistema mtrico S.I. y la libra por pulgada cuadrada [psi] enel sistema yarda libra.

Kilogramo fuerza por centmetro cuadrado [kgf/cm2]...Unslido que pesa 1kgf con una superficie inferior a1cm2 ejerce una presin de 1kgf/cm2 sobre unasuperficie plana. [Ver Fig. 1-7 (a)]

Pascal [Pa]...Un pascal es un newton por metro cuadrado.[Ver Fig- 1-7 (b)]1 kilopascal [kPa] = 1000 Pa

Libras por pulgada cuadrada [psi]...Un slido que pesa 1 lbcon una superficie de 1pulg.2 ejerce una presin de 1psi sobre una superficie plana. [Ver Fig. 1-7 (c)]

Fuerza (Peso) =1kgf

Superficie inferior

Presin:

! Como las unidades de peso, las unidades de presin tambinse abrevian: kilogramo fuerza por centmetro cuadrado seabrevia en kilogramo por centmetro cuadrado, y libra fuerzapor pulgada cuadrada se abrevia en libra por pulgadacuadrada. Sus smbolos tambin se abrevian: kgf/cm2 en kg/cm2 y lbf/pulg.2 en lb/pulg.2. En los manmetros generalmenteutilizados por los tcnicos de servicio slo se indica kg/cm2 olb/pulg.2. No hay ningn problema en considerar que kg/cm2 olb/pulg2 son equivalentes respectivamente a kgf/cm2 o lbf/pulg2.

1.1.5 Ley de Pascal

Ley de Pascal...La presin aplicada sobre un fluidoencerrado se transmite de forma igual en todas lasdirecciones.

La Fig. 1-9 ilustra la ley de Pascal. Muestra un cilindro llenode fluido con diferentes formas de cmaras.Se instala un pistn en un cilindro pequeo que se conectaa un cilindro mayor. Se aplica una fuerza al pistn en elcilindro ms pequeo. Los manmetros de presin indicanque la presin se transmite igualmente en todas lasdirecciones y cmaras sin que importen el tamao y laforma de las cmaras.

Fuerza (Peso) =1N

Superficie inferior

Presin:

Fuerza (Peso) =1lbfFuerza

Pistn

71.1.6 Presin atmosfrica

Presin atmosfrica...La Tierra est rodeada de unaenvoltura de atmsfera o aire. El aire tiene un peso yejerce una presin sobre la superficie de la tierra. Lapresin ejercida por la atmsfera se denominapresin atmosfrica.

El peso de una columna de aire que tiene una base de 1centmetro cuadrado y que se extiende desde la superficiede la tierra a nivel del mar hasta los lmites superiores de laatmsfera es de 1,033kgf (14,70lbf). Por lo tanto, la presinsobre la superficie de la tierra a nivel del mar que resultadel peso de la atmsfera es de 1,033kgf/cm2 (14,70lbf/cm2)(Ver Fig. 1-10)

Barmetro...Para medir en forma experimental la presinatmosfrica, se utiliza un barmetro. Un barmetrosimple consiste en un tubo de vidrio sellado en unextremo y abierto en el otro. Se rellena el tubo conmercurio, luego se sella el extremo abierto con undedo y se lo coloca en un recipiente con mercurio.Cuando se saca el dedo, el mercurio desciende alnivel correspondiente a la presin atmosfrica. Laaltura de la columna de mercurio es de 760mm(29,92 pulg.) a nivel del mar en condiciones estndar.(Ver Fig. 1-11)

Presinatmosfrica

vaco

Mercurio (Hg)

Sistemas mtricos convencionales

La presin atmosfrica se expresa de diferentes formas:Presin atmosfrica = 1,033kgf/cm2

= 1atm= 760mmHg= 101,3kPa= 14,70lbf/pulg2 (psi)= 29,92 pulg Hg

Sistema mtrico S.I. Sistema yarda libra

1.1.7 Vaco

Vaco..Las presiones inferiores a la presin atmosfrica sellaman vaco.

Vaco absoluto...Una presin que ya no puede reducirsems se llama vaco absoluto.

Vaco imperfecto...Una presin inferior a la presinatmosfrica, sin ser un vaco absoluto, se llama vacoimperfecto.

El vaco absoluto se expresa de diferentes formas, tal comose indica a continuacin.Vaco absoluto = 0 kgf/cm2

= 0 mmHg= 0 Pa= 0 psi= 0 pulg.Hg

Molculas

Presinatmosfrica

Vacoimperfecto

Vacoabsoluto

1.1.8 Conversin de las unidades de presin

La Tabla 1-3 indica las relaciones entre kgf/cm2, kPa, psi yotras unidades.

Tabla 1-3

760mm (29,92 pulg.)

8Para convertir de una unidad a otra, utilice las frmulassiguientes:

Para convertir kgf/cm2 en atm

Para convertir atm en kgf/cm2

Para convertir kgf/cm2 en mmHg

Para convertir mmHg en kgf/cm2

Para convertir kgf/cm2 en kPa

Para convertir kPa en kgf/cm2

Para convertir kgf/cm2 en psi

Para convertir psi en kgf/cm2

Para convertir kPa en psi

Para convertir psi en kPa

Para convertir psi en pulg. Hg

Para convertir pulg. Hg en psi

Ejemplo Convierta 20kgf/cm2 en atm

Solucin

Ejemplo Convierta 2 atm en kgf/cm2

Solucin

Ejemplo Convierta 1,5kgf/cm2 en mmHg

Solucin

Ejemplo Convierta 745mmHg en kgf/cm2

Solucin

Ejemplo Convierta 12kgf/cm2 en kPa

Solucin

Ejemplo Convierta 105kPa en kgf/cm2

Solucin

Ejemplo Convierta 20kgf/cm2 en psi

Solucin

Ejemplo Convierta 300psi en kgf/cm2

Solucin

Ejemplo Convierta 150kPa en psi

Solucin

Ejemplo Convierta 40psi en pKa

Solucin

Ejemplo Convierta 28psi en pulg. Hg

Solucin

Ejemplo Convierta 62 pulg. Hg en psi

Solucin

9Presinatmosfrica

Vacoabsoluto

Presin absoluta Presin atmosfrica

o Lectura manomtrica

Presin absoluta

Lectura manomtrica

Ejemplo : Un manmetro de presin indica 18kgf/cm2.Cul es la presin absoluta en este caso?

Solucin : La presin absoluta = 18 + 1,03= 19,03 kgf/cm2

Ejemplo : Un manmetro compuesto instalado en eltubo de aspiracin indica 200mmHg.Cul es la presin absoluta?

Solucin : Presin absoluta = 760 200 = 560mmHg

1.2 Calor y temperatura

1.2.1 Qu es el Calor?

El calor es una forma de energa. Est relacionado con lavibracin o el movimiento molecular. Una molcula es lapartcula ms pequea en la que se puede descomponercualquier sustancia, conservando su identidad qumica.Cuando se calienta una sustancia, las molculas se muevenrpidamente. Cuando se enfra una sustancia, sumovimiento disminuye. Cuando se quita todo el calor deuna sustancia, se detiene todo el movimiento molecular. Enotros trminos, cuando se calienta una sustancia, se aadecalor, y cuando se enfra se quita calor. (Ver Fig. 1-14)

Molcula

Sustanciams fra

Sustanciams caliente

Calor

1.1.9 Presin absoluta y presin manomtrica

Presin manomtrica...La presin manomtrica es lapresin indicada por el manmetro. Es importante entenderque los manmetros estn calibrados para una lectura cerode la presin atmosfrica. Los manmetros slo miden ladiferencia de presin entre la presin total del fluido en elrecipiente y la presin atmosfrica.Las presiones manomtricas se expresan en kgf/cm2G opsig.

Presin absoluta...La presin absoluta es la presin totalo la presin verdadera de un fluido. Cuando la presin deun fluido es superior a la presin atmosfrica, la presinabsoluta se determina aadiendo la presin atmosfrica ala presin manomtrica. Cuando la presin del fluido esinferior a la presin atmosfrica, la presin absoluta sedetermina restando la presin manomtrica de la presinatmosfrica.Para la resolucin de la mayora de los problemas depresin y volumen o cuando se utiliza la tabla Mollier, esnecesario utilizar las presiones absolutas.

Las presiones absolutas se expresan en kgf/cm2abs opsia.Sin embargo, se omiten generalmente las letras G, g,abs o a, salvo cuando resulta necesario discriminar lapresin manomtrica y la presin absoluta.

1.2.2 Flujo de calor

El calor siempre fluye desde una sustancia ms caliente haciauna ms fra. Lo que sucede es que las molculas que semueven ms rpidamente transmiten algo de su energa a lasmolculas que se mueven ms lentamente. Por lo tanto, lasmolculas ms rpidas ralentizan un poco su movimientomientras que las ms lentas lo aceleran un poco. (Ver Fig. 1-15)

10

Radiacin

Calentador elctrico

Conveccin

Agua

Conduccin

Quemador

1.2.4 Qu es la Temperatura?

Temperatura...La temperatura mide la intensidad del calor oel nivel del calor de una sustancia. La temperatura sola noproporciona la cantidad de calor en una sustancia, sino queindica el grado de calor o lo caliente o fra que est unasustancia o un cuerpo.

Es importante no utilizar las palabras calor ytemperatura a la ligera.

Calor

Temperatura Termmetro

1.2.5 Escalas termomtricas

La escala de temperatura ms comn en el sistema mtricoes la de Celsius, que tambin se llama a veces escala decentgrados. La otra escala termomtrica comn en elsistema yarda libra es la de Fahrenheit. El sistema mtricoS.I. utiliza la escala de Kelvin, que se explica en el punto1.2.7. La graduacin de los termmetros de estas dosescalas se determina por la temperatura del hielo en fusiny la del agua hirviendo.

Centgrado...En la escala de Centgrados, la temperatura delhielo en fusin o temperatura de congelacin del agua esde 0C. La temperatura del agua hirviendo es de 100C. Hay100 espacios o grados en la escala entre las temperaturasde congelacin y de ebullicin.

Fahrenheit...En el termmetro Fahrenheit, la temperaturadel hielo en fusin o temperatura de congelacin del aguaes de 32F. La temperatura de ebullicin del agua es de212F. Esto deja 180 espacios o grados entre la temperaturade congelacin y la de ebullicin.

! Los puntos de congelacin y ebullicin se basan en lastemperaturas de congelacin y ebullicin del agua a unapresin atmosfrica estndar.

100 espacios

Punto de ebullicin

Centgrado Fahrenheit

Punto de congelacin

180 espacios

Calor

1.2.3 Transferencia de calor

El calor se transmite de un cuerpo a otro segn losmtodos siguientes.

Radiacin...El calor se transfiere en forma de movimientode onda similar a las ondas luminosas en las que la energase transmite de un cuerpo a otro sin necesidad de que hayauna materia intermediaria. (Ver Fig. 1-16(a))

Conduccin...Es el flujo de calor entre las partes de unasustancia. El flujo tambin puede ser de una sustancia a otracuando las mismas estn en contacto directo. (Ver Fig. 1-16(b))

Conveccin...Es el desplazamiento del calor de un lugar aotro mediante un fluido o el aire. (Ver Fig. 1-16(b))

Algunos sistemas de transferencia de calor utilizan unacombinacin de estos tres mtodos.

11

1.2.6 Cero absoluto

Cero absoluto...El cero absoluto es la temperatura en la quese detiene el movimiento molecular. Es la temperatura msbaja posible. En este punto no queda ningn calor en lasustancia.

Cero absoluto

Kelvin Rankine

1.2.7 Escalas de temperatura absoluta

Las dos escalas de temperatura absoluta se utilizan en trabajoscon temperaturas extremadamente bajas o para resolverproblemas termodinmicos. El sistema mtrico convencional yel sistema mtrico S.I. utilizan la escala Kelvin, mientras que elsistema yarda libra utiliza la escala Rankine.

Kelvin [K]...La escala Kelvin utiliza las mismas divisionesque la escala Celsius. El cero en la escala Kelvin (0K) es de273 grados bajo 0C.

Rankine [R]...La escala Rankine utiliza las mismasdivisiones que la escala Fahrenheit. El cero en la escalaRankine (0R) es de 460 grados bajo 0F.

12

Para convertir grados Celsius en gradosFahrenheit.

Para convertir grados Fahrenheit en gradosCelsius.

Para convertir grados Celsius en gradosKelvin.

Para convertir grados Kelvin en gradosCelsius

Para convertir grados Fahrenheit en gradosRankine.

Para convertir grados Rankine en gradosFahrenheit.

Ejemplo Convierta 40C en grados Fahernheit

Solucin

Ejemplo Convierta 50F en grados Celsius

Solucin

Ejemplo Convierta -20C en grados Kelvin

Solucin

Ejemplo Convierta 400 K en grados Celsius

Solucin

Ejemplo Convierta 20F en grados Rankine

Solucin

Ejemplo Convierta 200R en grados Fahrenheit

Solucin

1.2.8 Frmulas de conversin de temperatura

A veces resulta necesario convertir una temperatura de unaescala a otra. A continuacin, se indican las frmulas para ello.

13

1.2.9 Unidades de calor

Como ya lo explicamos, un termmetro slo mide laintensidad de calor, pero no mide una cantidad. Sinembargo, cuando se trabaja con calor, a menudo esnecesario determinar cantidades de calor. Obviamente, serequieren unidades de calor. Existen varias unidades decalor. El sistema mtrico convencional utiliza la calora [cal]o la kilocalora [kcal]. El sistema mtrico S.I. utiliza los julios[J] y kilojulio [kJ]. El sistema yarda libra utiliza la Britishthermal unit [Btu].

Calora [cal]...La cantidad de calor requerida o extrada paraaumentar o reducir en 1C la temperatura de 1g de agua esigual a 1cal. [Ver Fig 1-22(a)]

Kilocalora [kcal)...La cantidad de calor requerida o extradapara aumentar o reducir en 1C la temperatura de 1kg deagua es igual a 1kcal. [Ver Fig. 1-22(b)]

Julio [J]...La cantidad de calor requerida para aumentar en1C la temperatura de 1g de agua es equivalente a 4,187J.La cantidad de calor extrada para reducir en 1C latemperatura de 1g de agua tambin es equivalente a4,187J. [Ver Fig. 1-22(a)]

Kilojulio [kJ]...La cantidad de calor requerida o extradapara aumentar o reducir de 1C la temperatura de 1kg deagua es equivalente a 4,187kJ. [Ver Fig. 1-22(b)]

British thermal unit [Btu]...La cantidad de calor extradapara reducir en 1F la temperatura de 1lb de agua esequivalente a 1Btu. [Ver Fig. 1-22(c)]

La relacin entre cal, kcal y otras unidades se indica en laTabla 1-4.

Calor Calor Calor Calor Calor

Calor

Calor

Calor Calor Calor Calor Calor

Calor

Calor

Cunto?

1 grado

1g de agua

Quemador

1cal o 4,187J aadido

1lb de agua

1Btu aadida

1kg de agua

1 grado

1kcal o 4,187J aadido

Sistema mtrico convencional Sistema mtrico S.I. Sistema yarda libra

1 grado

Tabla 1-4

14

Para convertir una unidad en otra, utilice las conversionessiguientes.

Para convertir caloras en kilocaloras

Para convertir kilocaloras en caloras

Para convertir kilocaloras en kilojulios

Para convertir kilojulios en kilocaloras

Para convertir kilocaloras en Britishthermal units

Para convertir British thermal units enkilocaloras

Para convertir British thermal units enkilojulios

Para convertir kilojulios en Britishthermal units

Para convertir julios en kilojulios

Para convertir kilojulios en julios

Ejemplo Convierta 2500cal en kcal

Solucin

Ejemplo Convierta 5kcal en cal

Solucin

Ejemplo Convierta 5kcal en kJ

Solucin

Ejemplo Convierta 100kJ en kcal

Solucin

Ejemplo Convierta 2500kcal en Btu

Solucin

Ejemplo Convierta 20.000Btu en kcal

Solucin

Ejemplo Convierta 25.000Btu en kJ

Solucin

Ejemplo Convierta 500kJ en Btu

Solucin

Ejemplo Convierta 8000J en kJ

Solucin

Ejemplo Convierta 2kJ en J

Solucin

15

Energa elctrica

Trabajo = Fuerza x Distancia= 1kgf x 1m = 1kgf.m

Fuerza

Fuerza

Trabajo = Fuerza x Distancia= 1N x 1m = 1Nm = 1J

Fuerza: 1kgf

Fuerza: 1N

Energa mecnica Energa trmica

Sistema mtrico convencional Sistema mtricoS.I. Sistema yarda libra

Energa mecnicaEnergaelctrica Energa trmica

Energa mecnica,elctrica y trmica Energa mecnica Energa trmica

1.2.10 Trabajo, energa y potencia

Trabajo...El trabajo es la fuerza multiplicada por la distanciapor la que se desplaza.

Las unidades de trabajo son el kilogramo fuerza metro [kgfm] en el sistema mtrico convencional, el julio [J] en elsistema mtrico S.I. y el pie-libra fuerza [ft-lbf] en elsistema yarda libra.

Kilogramo fuerza metro [kgf-m]...El kilogramo fuerza metroes la cantidad de trabajo efectuado por una fuerza de 1kgfque desplaza 1m su punto de aplicacin. [Ver Fig. 1-23(a)]

Julio [J]...El julio es la cantidad de trabajo efectuado poruna fuerza de 1N que desplaza 1m su punto de aplicacin.[Ver Fig. 1-23(b)]

Energa...La energa es la capacidad o aptitud para efectuarun trabajo.En el trabajo de refrigeracin, se deben considerar trasformas comunes de energa, relacionadas entre s: energamecnica, elctrica y trmica.El estudio de la refrigeracin trata principalmente de laenerga trmica, pero sta se produce generalmentemediante una combinacin de energa elctrica y mecnica.En una unidad refrigerante, la energa elctrica fluye por unmotor elctrico y esta energa elctrica se transforma enenerga mecnica que se utiliza para hacer girar uncompresor. El compresor comprime el vapor a una presiny temperatura elevadas, transformando la energamecnica en energa trmica. (Ver Fig. 1-24)Se utilizan varias unidades para medir la energa mecnica,trmica y elctrica. La Tabla 1-5 indica las relaciones entreestas unidades.

Potencia...La potencia es el cociente entre el trabajorealizado y el tiempo empleado en realizarlo.

Las unidades de potencia son el kilogramo fuerza metro porsegundo [kgfm/s] en el sistema mtrico convencional,kilovatios (kw) en el sistema mtrico S.I. y la fuerza pie librapor segundo [ft.lbf/s] en el sistema yarda libra.Tambin existen otras unidades adems de lasmencionadas. La Tabla 1-6 indica la relacin entre estasunidades.

Tabla 1-5

16

Sistema mtrico convencional Sistema mtrico S.I. Sistema yarda libra

Hielo Agua Vapor

Lquidos Evaporacin

Gases

Condensacin

SublimacinSlidos

Solid

ifica

cin

Fusi

n

Estos cambios de estado se producen bajo las mismascombinaciones de temperatura y presin para cadasustancia dada.

Tabla 1-6

! Esta seccin sirve para entender que el calor es una forma deenerga que puede convertirse en otras formas y viceversa.Muchas unidades de conversin representadas en esta seccinse utilizan para calcular cargas y determinar la capacidad de unequipo destinado a aplicaciones de refrigeracin especficas.

1.3 Calor sensible y calor latente

1.3.1 Tres estados fsicos

Las sustancias existen en tres estados, y ello en funcin desu temperatura, presin y contenido trmico. Por ejemplo,el agua a presin atmosfrica estndar es un slido (hielo)a una temperatura inferior a 0C (32F), un lquido (agua) apartir de 0C (32F) hasta 100C (212F). A partir de 100C(212F) se transforma en gas (vapor). (Ver Fig. 1-25)

Slidos ...Un slido es cualquier sustancia fsica queconserva su forma incluso cuando no est en un envase. Secompone de miles de millones de molculas, todasexactamente del mismo tamao, masa y forma. Lasmolculas permanecen en la misma posicin relativa conrespecto a las otras y estn en la condicin de vibracinrpida. Cuanto ms baja es la temperatura, ms lentamentevibran las molculas. Cuanto ms alta es la temperatura,ms rpida es la vibracin. Las molculas son atradasfuertemente una hacia la otra. Se necesita una fuerzaconsiderable para separarlas. (Ver Fig. 1-26(a))

Lquidos ...Un lquido es cualquier sustancia fsica que cobralibremente la forma de su envase. Sus molculas sonatradas fuertemente entre s. Imagine las molculas comosi estuvieran nadando entre sus compaeras sin jamssepararse de ellas. Cuanto ms alta es la temperatura, msrpidamente nadan las molculas. [Ver Fig. 1-26(b)]

Gases ...Un gas es cualquier sustancia fsica que debeencerrarse en un recipiente sellado para evitar que seescape a la atmsfera. Las molculas tienen poca oninguna atraccin entre ellas, y vuelan en lnea recta.Rebotan unas contra otras, contra otras sustancias o contralas paredes del recipiente. [Ver Fig. 1-26 ( c)]

La mayora de las sustancias cambian su estado fsico conla adicin o extraccin de calor.Causas de adicin de calor

slidos que se transforman en lquidos...Fusin slidos que se transforman en gases...Sublimacin lquidos que se transforman en gases...Evaporacin

Causas de extraccin de calor gases que se transforman en lquidos...Condensacin lquidos que se transforman en slidos...Solidificacin

(Ver Fig. 1-27)

Tabla 1- 6

1.3.1 Tres estados fsicos

17

Tem

pera

tura

[C

]

Hielopicado

Vapor

Quemador

Hielopicadoy agua

Agua Agua yvapor

de A a B

Hielopicado

Vapor

P= presin atmosfrica

de B a C de C a D de D a E de E a F

Temperatura de fusin Temperatura desolidificacin

Temperatura deebullicin

Temperatura decondensacin

! A presin constante

Agua

1.3.2 Cambio de fase del agua

Suponga que se debe calentar hielo picado a -50C en unrecipiente mantenido sobre una llama de gas. Cuando seaplica el calor, la temperatura del hielo picado aumentahasta que el hielo empieza a derretirse. Luego, latemperatura se mantiene a 0C mientras queda algunacantidad de hielo. Finalmente, todo el hielo picado setransforma en agua a una temperatura de 0C. Obviamente,el gas que se quema proporciona calor al hielo. Perocuando la temperatura deja de aumentar, adnde va estecalor? La respuesta es que el hielo se est derritiendo.Cambia de slido a lquido. Ahora bien, para cambiar deslido a lquido, cualquier sustancia necesita la aplicacinde calor.Cuando el hielo picado se ha derretido completamente, laaplicacin posterior de calor aumenta la temperatura hastaque el agua comienza a hervir. Luego la temperatura dejade aumentar y se mantiene a 100C mientras hierve elagua. Finalmente el agua se transforma en vapor a 100C.Para cambiar una sustancia de lquido a vapor, tambin serequiere la aplicacin de calor.Cuando el agua se ha evaporado por completo, unaaplicacin posterior de calor al vapor a 100C aumenta latemperatura del vapor.

Temperatura de fusin...La temperatura a la cual un slidose transforma en lquido se llama temperatura de fusino punto de fusin.

Temperatura de ebullicin...La temperatura a la cual unlquido se transforma en vapor se llama temperatura deebullicin, a veces tambin llamada punto de ebullicin,temperatura de evaporacin, temperatura deevaporacin o temperatura de saturacin.

La explicacin de arriba se refiere al caso en el cual seincorpora calor a una sustancia. Si se extrae calor de lasustancia, el proceso se invierte. Por ejemplo, el vapor secondensa y el lquido se solidifica por extraccin de calor.

Temperatura de condensacin...La temperatura a la cual unvapor se transforma en lquido se llama temperatura decondensacin o temperatura de saturacin.

Temperatura de solidificacin...La temperatura a la cual unlquido se transforma en slido se llama la temperatura desolidificacin.

18

1.3.3 Saturacin, recalentamiento y subenfriamiento

Lquido de saturacin...Cuando se aumenta la temperaturade un lquido hasta la temperatura de saturacin, o seacuando cualquier calor adicional aplicado al lquidoprovoca la evaporacin de una parte del mismo, se diceque el lquido est saturado. Este lquido se llama lquidosaturado.

Vapor saturado...Cuando se baja la temperatura de unvapor hasta la temperatura de saturacin, o sea cuandocualquier enfriamiento posterior del vapor provoca lacondensacin de una parte del vapor, se dice que el vaporest saturado. Este vapor se llama vapor saturado.Un vapor saturado puede tambin describirse como unvapor procedente de un lquido que se evapora mientras latemperatura y presin del vapor son las mismas que las dellquido saturado del que procede.

Vapor recalentado...Cuando se aumenta la temperatura deun vapor por encima de la temperatura de saturacin, sedice que el vapor est recalentado y se llama vaporrecalentado.Para recalentar un vapor, es necesario separar el vapor dellquido que se evapora. Mientras el vapor sigue en contactocon el lquido, permanece saturado. Por lo tanto, cualquiercalor aadido a la mezcla lquido-vapor aumenta laevaporacin de lquido y no recalienta el vapor.

Lquido subenfriado...Si, despus de la condensacin, seenfra un lquido de tal forma que se reduzca sutemperatura por debajo de la temperatura de saturacin, sedice que el lquido est subenfriado. Cualquier lquido acualquier temperatura superior a la temperatura de fusines un lquido subenfriado.

La cantidad de recalentamiento o subenfriamiento sedetermina por la aplicacin de la ecuacin siguiente:

Cantidad de recalentamiento (S.H.) = temperatura del vaporrecalentado temperatura de saturacin correspondiente ala presin

cantidad de subenfriamiento (S.C) = temperatura desaturacin correspondiente a la presin temperatura dellquido subenfriado.

Ejemplo : Dar la cantidad de recalentamiento de unvapor (agua) a 120C, 1atm.

Solucin : Temperatura de saturacin = 100CS. H.= 120C - 100C = 20C

Ejemplo : Dar la cantidad de subenfriamiento deagua a 60C, 1atm

Solucin : S.C.= 100C -60C = 40C

CalefaccinRefrigeracin

Lquidosubenfriado

Mezcla lquido-vapor

Vaporrecalentado

Lquido Vapor

Lquidosaturado

Vaporsaturado

Tem

pera

tura

Cantidad derecalentamiento

Cantidad desubenfriamiento

Calor sensible Calor latente Calor sensible

19

1.3.4 Temperatura de saturacin

La temperatura de saturacin es diferente para cadasustancia. El agua hierve a 100C, el alcohol se evapora a78C y el R-22 a 40,8C a la presin atmosfrica.La temperatura de saturacin de un lquido o de un vaporcambia con la presin. Cuando aumenta la presin,aumenta la temperatura de saturacin. Cuando se reduce lapresin, tambin baja la temperatura de saturacin.Por ejemplo, la temperatura de saturacin del agua a lapresin atmosfrica (1.03kgf/cm2abs) es de 100C. Si lapresin sobre el agua aumenta a 2,0kgf/cm2abs, latemperatura de saturacin del agua aumenta a 119C. Porotra parte, si se reduce la presin sobre el agua de 1,03kgf/cm2abs a 0,5kgf/cm2abs, la nueva temperatura desaturacin del agua ser de 81C.

Grfico de saturacin...La Fig. 1-31 indica la relacin entrela presin y la temperatura del agua y del R-22. Este grficose llama grfico de saturacin. Es muy til para obtenerlas informaciones siguientes:(1) Para conocer el estado fsico de una sustancia

Si la interseccin de las lneas de temperatura ypresin estn a la izquierda de la curva de saturacin,se dice que la sustancia est subenfriada.

Si la interseccin est a la derecha de la curva, se diceque la sustancia est recalentada.

Si la interseccin est exactamente en curva, se diceque la sustancia est saturada. [Ver Fig. 1-32(a)]

(2) Para obtener la temperatura de saturacincorrespondiente a la presin La temperatura de saturacin es la temperatura en la

interseccin de la lnea de presin y de la curva desaturacin. [Ver Fig. 1-32(b)]

(3) Para obtener la presin de saturacin correspondiente ala temperatura La presin de saturacin es la presin en la

interseccin de la lnea de temperatura y de la curva desaturacin . [Ver Fig. 1-32(b)]

(4) Para encontrar la cantidad de S.H. y S.C. La distancia entre el punto del estado y la curva de

saturacin representa la cantidad de S.H. o de S.C. [VerFig. 1-32 (c)]

Utilice la tabla de saturacin indicada en la Tabla 1-7 enlugar de la tabla de saturacin descrita anteriormente paramejorar la precisin de lectura, lo cual resulta muy til paralos servicios de posventa.Presin absoluta (kgf/cm2abs)

Zona

de

lqui

do s

uben

fria

do d

e

R-22Zona de vaporrecalentado de R-

22Zona de lquidosubenfriado de

aguaAgua

Zona de vapor recalentado deagua

Temperatura (C)

Pres

in

abso

luta

A: Lquidosubenfriado

B: Lquido o vaporsaturado

C: Vaporrecalentado

Temperatura

Pres

in

abso

luta

Temperatura

Pres

in

abso

luta

Temperatura

20

Tabla 1-7 Tabla de saturacin (R-22)

Presin Temperaturade

saturacin

Presin Temperaturade

saturacin

Presin Temperaturade

saturacin

Presin Temperaturade

saturacin

Presin Temperaturade

saturacin

Presin Temperaturade

saturacin

Ejemplo Cul es la temperatura de saturacin correspondiente a la presin de 18kgf/cm2G?

Solucin La tabla 1-7 indica que la temperatura de saturacin es de 48,25C.

21

1.3.5 Calor sensible y calor latente

La Fig. 1-33 indica el diagrama de contenido de calor-temperatura de 1kg de agua calentado desde -50C hastaun vapor a 150C a la presin atmosfrica.(1) Desde A hasta B, se aadieron 25,2kcal para aumentar la

temperatura del hielo de -50C hasta 0C.(2) Desde B hasta C, se aadieron 79,6kcal para fundir el

hielo sin cambio de temperatura.(3) Desde C hasta D, se aadieron 100kcal para calentar el

agua hasta su punto de ebullicin (de 0C a 100C)(4) Desde D hasta E, se aadieron 539kcal para transformar

el agua en vapor sin cambiar su temperatura.(5) Desde E hasta F, se aadieron 22,1kcal para aumentar la

temperatura del vapor de 100C a 150C.En este ejemplo, El calor requerido para aumentar la temperatura del

hielo se llama calor sensible. (de A a B) El calor requerido para transformar el hielo en agua se

llama calor latente de fusin. (de B a C) El calor requerido para aumentar la temperatura del

agua tambin se llama calor sensible. (de C a D) El calor requerido para transformar el agua en vapor se

llama calor latente de evaporacin. (de D a E)Cuando se invierte el proceso: El calor que se extrae para cambiar el vapor en agua se

llama calor latente de condensacin. (de E a D) El calor que se extrae para reducir la temperatura del

agua se llama calor sensible. (de D a C) El calor que se extrae para transformar el agua en hielo

se llama calor latente de solidificacin. (de C a B) El calor que se extrae para reducir la temperatura del

hielo se llama calor sensible. (de B a A)

Calor sensible...Cuando se calienta una sustancia y latemperatura aumenta cuando se aade calor, el aumentode calor se llama calor sensible. Asimismo, cuando seextrae calor de una sustancia cuando la temperaturadesciende, el calor extrado tambin se llama calorsensible. [Ver Fig. 1-34(a)]

El calor que produce un cambio de temperatura de unasustancia se llama calor sensible.

Calor latente...Ya hemos establecido que todas lassustancias puras pueden cambiar de estado. Los slidos sevuelven lquidos, los lquidos se vuelven gases, etc. Serequiere la adicin o extraccin de calor para producir estoscambios. El calor que causa estos cambios se llama calorlatente. (Ver Fig. 1-34(b))

El calor que produce un cambio de estado sin cambio detemperatura se llama calor latente.

Tem

pera

tura

(C

)

Hielopicado

QuemadorAgua

Vapor

Calor

Sustancia Sustancia

(a) Ningn cambio de estado fsico

Calor Ningn cambio detemperatura

Sustancia Sustancia

(b) Cambio del estado fsico

22

1.3.6 Clculo de la cantidad de calor

Calor especfico...El calor especfico de una sustancia es lacantidad de calor que se debe aadir o extraer para hacervariar en un grado Celsius la temperatura de un kilogramode la sustancia.

Observe que por la definicin de kcal, el calor especfico delagua es de 1kcal por kilogramo por grado Celsius.El calor requerido para producir un cambio de temperaturaen las sustancias cambia segn los tipos y cantidades desustancias. La Tabla 1-8 indica el calor especfico de variassustancias comunes.

Tabla 1-8

Sustancia

Calor especficoSistema mtrico

convencional y sistemayarda libra

Sistema mtrico S.I.

Nota: Los valores arriba mencionados deben utilizarse para los clculos queno implican un cambio de estado.

! El calor especfico de cualquier materia tambin vara enla escala de temperatura. La variacin es tan pequeaque se puede considerar que el calor especfico es unvalor constante en la mayora de los clculos.

Se puede calcular la cantidad de calor que se debe aadir oextraer de una masa de materia dada para ocasionar uncambio especfico en su temperatura. Se utiliza la ecuacinsiguiente:

Qs = M C(t2-t1)Donde Qs = Cantidad de calor absorbida o

expulsada por la sustanciaM = Masa de la sustanciaC = Calor especfico de la sustanciat2 = Temperatura finalt1 = Temperatura inicial

Ejemplo : Encuentre la cantidad de calor, en kcal, quese debe aadir a un bloque de cobre de 20kg para que pase de 30C a 250C.

Solucin : El calor especfico del cobre= 0,095kcal/kgC

Qs= 20kg x 0,095 kcal/kgC x (250-30)C= 418 kcal

El calor latente requerido para un cambio de fase en lassustancias tambin difiere para cada materia. La Tabla 1-9proporciona la lista del calor latente deevaporacin(condensacin) de varias sustancias.

Tabla 1-9

Calor latente de evaporacin (condensacin)

El valor del calor latente de cualquier lquido particularvara en funcin de la presin ejercida sobre dicho lquido.Cuando la presin aumenta, el valor del calor latentedisminuye.

La cantidad de calor que se debe aadir o extraer decualquier masa de materia dada para provocar un cambioespecfico de estado puede calcularse con la ecuacinsiguiente:

QL = M hDonde QL = la cantidad de calor absorbida o expulsada por

la sustanciaM = Masa de la sustanciah = Calor latente de la sustancia

Sustancia Sistema mtricoconvencionalSistema mtrico

S.I. Sistema yarda libra

Ejemplo : Encuentre la cantidad de calor en kcal quese debe aadir para evaporar 10 kg de aguaa 100C.

Solucin : El calor latente de evaporacin del agua= 539kcal/kg

QL = 10kg x 539 kcal/kg = 5390 kcal

Agua

Hielo

Madera

Hierro

Mercurio

Alcohol

Cobre

Agua aaaa

aaaa

aaaa

23

Calo

r

Espacio refrigerado

Refrigeracin

Calo

r

Hum

edad

Polv

o

DistribucinEspacio climatizado

Climatizacin

Zona de temperatura alta

Calor

Calor

Calor

CalorCalor

Zona de temperaturabaja

Zona detemperaturabaja

Aislacin

Carga trmica total

Exterior Interior

Calor

1.4 Refrigeracin

1.4.1 Qu se entiende por Refrigeracin y Climatizacin?

Refrigeracin...Se define como el proceso de reduccin ymantenimiento de la temperatura de un espacio o materiapor debajo de la temperatura del entorno.

Climatizacin...Se define como el proceso de tratamientodel aire destinado a controlar simultneamente suhumedad, limpieza, distribucin y temperatura para resp-onder a las exigencias del espacio climatizado.La climatizacin constituye una parte de la refrigeracin enun sentido amplio.

1.4.2 Aislacin trmica

Dado que el calor siempre circula desde una zona detemperatura alta hacia una zona de temperatura ms baja,siempre hay un flujo continuo en la zona refrigerada queprocede del entorno ms caliente.Para limitar casi al mnimo el flujo de calor en el espaciorefrigerado, es necesario aislar el espacio del entorno conun buen material de aislacin contra el calor.

1.4.3 Carga trmica

Carga trmica...La intensidad con la que se debe extraer elcalor del espacio o material refrigerado para producir omantener la temperatura deseada se llama la carga trmica.

En la mayora de las aplicaciones de refrigeracin, la cargatrmica total sobre el equipo de refrigeracin es la sumadel calor que penetra en el espacio refrigerado a travs delos muros aislados, el calor que penetra en el espacio porlas puertas abiertas y el calor que se debe extraer delproducto de refrigeracin para reducir la temperatura delmismo a las condiciones de espacio o almacenamiento. Elcalor proporcionado por las personas que trabajan en losambientes refrigerados, los motores, las luces y otrosequipos elctricos tambin contribuyen a la carga exigida alequipo de refrigeracin.

1.4.4 Refrigerante

Para reducir o mantener la temperatura de un espacio pordebajo de la temperatura del entorno, se debe extraer calordel espacio, y transferirlo a otro cuerpo cuya temperaturasea inferior a la del espacio refrigerado. Esto es lo que haceel refrigerante.

Refrigerante...Un refrigerante es un calorfero que desplazael calor de un espacio que se debe refrigerar hacia elexterior. En lo que concierne al ciclo de vapor-compresin,el refrigerante es el fluido operante del ciclo quealternativamente evapora y condensa cuando absorbe oexpulsa el calor.Generalmente los fluidos que tienen las propiedadessiguientes son considerados aptos para su utilizacin comorefrigerante.

24

(1) Barato(2) No venenoso(3) No explosivo(4) No corrosivo(5) No inflamable(6) Estable (inerte)(7) Elevado calor latente de evaporacin(8) Fcil de evaporar y condensar(9) Fcil de detectar fugas

Se han utilizado muchas sustancias como refrigerante.Anteriormente, los refrigerantes ms comunes fueron elaire, el amonaco, el bixido de azufre, el bixido decarbono y el cloruro de metilo.Actualmente, los refrigerantes hidrocarbnicos fluorados seutilizan exclusivamente en los sistemas de climatizacin. LaTabla 1-10 presenta la lista de los refrigeranteshidrocarbnicos fluorados utilizados en los productosDaikin.

AmoniacoBixido de azufreCloruro de metilo

FLON

FLO

N

Smbolo delrefrigerante

Nombre

Tricloromonofluorometano

Diclorodifluorometano

Monoclorodifluorometano

Mezcla azeotrpica del 48,8%de R-22 y 51,2% de R-115

Diclorotetrafluoroetano

Frmulaqumica

Tipo decompresor

Centrfugo

De pistnRotativo

De pistnRotativo

De pistn

RotativoDe pistn

Centrfugo

Aplicacin

Sistemas de climatizacin grandes

Pequeos refrigeradores domsticosMostradores para alimentos congeladosClimatizacin residencial y comercialClimatizacin de vehculos

Climatizacin residencial y comercialPlantas de congelacin de alimentos, almacenamiento ymostradores para alimentos congelados y muchas otrasaplicaciones que requieren temperaturas medias y bajas

Mostradores de alimentos congelados y helados, almacenes yplantas de alimentos congelados, mostradores detemperaturas medias

Sistemas de baja temperatura

Enfriadores para taxis

Sistemas de climatizacin grandes

1.4.5 Principio de refrigeracin

(1) Refrigeracin con agua enfriada Suponga que se coloca1kg de agua a 0C en un recipiente abierto dentro de unespacio aislado que tiene una temperatura inicial de25C. Durante un cierto lapso de tiempo el calor fluirdel espacio a 25C hacia el agua a 0C, de tal forma quela temperatura del espacio va a disminuir. Sin embargo,para cada kcal de calor que absorbe el agua del espacio,la temperatura del agua va a aumentar 1C, de tal formaque la temperatura del espacio disminuye mientrasaumenta la temperatura del agua. Ya no habrtransferencia de calor cuando la temperatura del agua ydel espacio sean exactamente iguales. (Ver Fig. 1-40)

Desventajas No es posible obtener temperaturas ms bajas que l

a del agua enfriada. La refrigeracin no es continua. Es imposible controlar la temperatura del ambiente.

Espaciocon 25C

Agua de 0C, 1kg

Calor

Espaciocon 20C

Agua de 20C, 1kg

Tabla 1-10

25

Para obtener una refrigeracin continua, se debe enfriary hacer circular constantemente el agua. (Ver Fig. 1-41)Algunos tipos de climatizaciones adoptan este mtodo.

(2) Refrigeracin con hieloSuponga ahora que hay 1kg de hielo a 0C en lugar delagua. Esta vez, la temperatura del hielo no cambiamientras absorbe el calor del espacio. El hielo slo pasade slido a lquido mientras su temperatura siguesiendo de 0C. El calor absorbido por el hielo hace queste se transforme en agua de drenaje y el efectorefrigerante es continuo hasta que el hielo se derritetotalmente. (Ver Fig. 1-42)

Desventajas Tambin es imposible obtener temperaturas bajas Es necesario reponer frecuentemente el suministro

de energa. Es difcil controlar el flujo de refrigeracin, por lo que

tambin resulta difcil mantener la temperatura deseada.

(3) Sistema de refrigeracin mecnico! Refrigeracin mediante utilizacin de un refrigerante

lquidoUn espacio aislado puede refrigerarse adecuadamentepermitiendo la evaporacin de R-22 lquido en unrecipiente ventilado hacia el exterior, tal como lo indicala Fig. 1-43. Dado que el R-22 tiene una presin inferior ala presin atmosfrica, su temperatura de saturacin esde 40,8C. Al evaporarse a una temperatura tan baja, elR-22 absorbe pronto el calor del espacio a 25C a travsde las paredes del recipiente. El calor absorbido por ellquido de evaporacin abandona el espacio por elvapor que se escapa de la ventilacin abierta. Dado quela temperatura del lquido permanece constante duranteel proceso de evaporacin, la refrigeracin continahasta que se haya evaporado todo el lquido.

Cualquier recipiente, tal como el recipiente mostrado enla Fig.1-43 en el cual se evapora un refrigerante se llamaun evaporador.

" Control de la temperatura de evaporacinLa temperatura a la cual el lquido se evapora en elevaporador puede controlarse mediante el control de lapresin del vapor sobre el lquido. Por ejemplo, seinstala una vlvula de mano en la lnea de ventilacin yse cierra parcialmente dicha ventilacin para que elvapor no pueda escaparse libremente del evaporador. Alajustar cuidadosamente la vlvula de ventilacin pararegular el flujo de vapor que sale del evaporador, sepuede controlar la presin del vapor sobre el lquido yproducir la evaporacin del R-22 a cualquiertemperatura deseada entre 40,8C y los 25C de latemperatura del ambiente.

# Mantenimiento de una evaporacin continuaLa evaporacin continua del lquido en el evaporadorrequiere un suministro continuo de lquido de rellenocuando la cantidad de lquido en el evaporador debepermanecer constante. Un mtodo para rellenar elsuministro de lquido en el evaporador consiste enutilizar una vlvula de boya, tal como se muestra en laFig. 1-45.

Ambientede 25C

Calor

Salida

Agua enfriada

Entrada

Hielo 0C, 1kg

Drenaje

No hay mstransferenciade calor

VentilacinPresinatmosfrica

Vlvula de mano

CalorAmbientede 25C

Ambientede 15C

Calor

Ambientede 25C

Ambientede 25C

Calor

26

La accin del conjunto de boya consiste en mantener unnivel constante de lquido en el evaporador, dejandofluir el lquido hacia el evaporador a partir del cilindrocon un caudal similar al del vaciado del lquido en elevaporador debido a la evaporacin.

Todos los aparatos, tales como la vlvula de boya,utilizados para regular el flujo de refrigerante lquido enel evaporador se denominan como control de flujo derefrigerante.

! Recuperacin del refrigeranteA la vez por conveniencia y ahorro, no es prcticopermitir que se escape a la atmsfera el vaporrefrigerante. El vapor debe recogerse y volver autilizarse continuamente.Para reutilizarse, el refrigerante debe llegar en formalquida al evaporador, porque slo puede absorber calorpara su evaporacin. Pero como el refrigerante sale delevaporador en forma de vapor, debe reducirsenuevamente a lquido antes de poder reutilizarse.La forma ms sencilla de proceder consiste en conden-sar el refrigerante evaporado cuando abandona elevaporador. Para condensar el refrigerante, el calorlatente entregado por el vapor durante la condensacindebe transferirse a otro medio. Para ello, generalmentese utiliza agua o aire. El aire o el agua deben tener unatemperatura inferior a la temperatura de condensacindel refrigerante. A una presin dada, la temperatura decondensacin y evaporacin de un fluido es la misma.Si un refrigerante se evapora a 10C, se debe condensara la misma temperatura. Por lo tanto, se necesita aire oagua a una temperatura inferior a sta.Obviamente, si el aire o el agua se encuentra a unatemperatura inferior, no se necesita una refrigeracinmecnica.Como la temperatura del aire o del agua disponibles essiempre ms alta que la temperatura del refrigerante enebullicin en el evaporador, no se puede condensar elrefrigerante cuando sale del evaporador. Para condensarel vapor, se debe incrementar su presin hasta un puntoen el cual la temperatura de condensacin est porencima de la temperatura del aire o del aguadisponibles para la condensacin.Por ejemplo, si la presin del vapor es de 17kgf/cm2abs,condensar a una temperatura de 43,5C. Luego, elvapor a 43,5C puede enfriarse por medio del aire o elagua disponibles. Para esto se necesita un compresor.

La bomba utilizada para presurizar y hacer circular elrefrigerante evaporado se llama compresor.

Cualquier recipiente, tal como el mostrado en la Fig. 1-48, en el cual se condensa un refrigerante se denominacondensador.Al haber un compresor, ya no es necesaria la vlvula demano mostrada en la Fig. 1-45. La presin en elevaporador puede controlarse mediante el compresor yel conjunto de vlvula de boya.

Vlvulade boya

Cilindro

Recuperacin

Vapor saturado Vapor saturado

agua, 25C agua, 25C

No hay condensacin(El agua se enfriar)

El vapor se condensar

Compresor

Condensador

Calor

27

! Mejora del intercambio de calorLa eficiencia del intercambio de calor depende de lasuperficie del evaporador y del condensador en el cualse produce el intercambio de calor. Se mejora laeficiencia del intercambio de calor al reemplazar unsimple recipiente por un serpentn, porque la superficiede este ltimo es mayor. [Ver Fig. 1-49(b)]Adems, alponer aletas sobre el serpentn, se logra una mayoreficiencia del intercambio de calor. [Ver Fig. 1-49(c)]El volumen de aire tambin constituye uno de losfactores importantes en el intercambio de calor. Unsuministro de aire por medio de un ventilador elctricohace que la transferencia de calor sea an ms eficiente.[Ver Fig. 1-49(d]Durante la compresin, se efecta un trabajo mecnicode compresin del vapor para obtener una presin msalta. Para ello, el calor entregado por el mediocondensador en el condensador es la suma del calorabsorbido en el evaporador y del calor de compresincorrespondiente al trabajo mecnico del compresor. Poresta razn, el tamao del condensador generalmente essuperior al del evaporador. (Ver Fig. 1-50)

" Ahora, el refrigerante que fluye del condensador haciael cilindro se encuentra completamente en estadolquido (condensado) y est listo para volver a circularhacia el evaporador.Cualquier recipiente, tal como el mostrado en la Fig. 1-51, en el cual un refrigerante condensado se almacena,se denomina receptor.

# La vlvula de expansin, tal como la que se muestra enla Fig. 1-51, se utiliza generalmente en lugar delconjunto de vlvula de boya. Ahora se ha completado elsistema de refrigeracin.

Calor

Serpentn

Ventilador Aletas

Calor de compresin

Compresor Condensador

Evaporador

Calor absorbido

Calorexpulsado

Ventilador

28

Fig. 1-52 Ciclo de refrigeracin

Control de flujo

Aire de salida

Ventilador

Evaporador

Receptor

Aire de entrada

Compresor

Condensador

Expansin

Aire de entrada

Aire de salida

Evaporacin Compresin Condensacin

Lado alto

Lquidosubenfriado

Mezcla lquido-vapor Vapor recalentado Vapor recalentado Mezclalquido-vapor

Lquidosubenfriado

Lado altoLado bajo

Temperatura deevaporacin

Temperatura decondensacin

Ventilador

29

1.4.6 Ciclo de refrigeracin

Ciclo de refrigeracin...Cuando el refrigerante circula en elsistema, pasa por diversos cambios de estado o condicin,cada uno de ellos cambios se denomina un proceso. Elrefrigerante comienza en un estado o condicin inicial, pasapor una serie de procesos segn una secuencia definida, yvuelve a su condicin inicial. Esta serie de procesos sedenomina ciclo de refrigeracin. El ciclo de refrigeracinsimple se compone de cuatro procesos fundamentales.

(1) Expansin(2) Evaporacin(3) Compresin(4) Condensacin

(1) ExpansinAl principio, el refrigerante lquido a temperatura ypresin altas fluye del receptor por el tubo de lquidohacia el control de flujo de refrigerante.La presin del lquido se reduce a la presin delevaporador cuando el lquido pasa por el control deflujo de refrigerante, de tal forma que la temperatura desaturacin del refrigerante que entra en el evaporadores inferior a la temperatura del ambiente refrigerado.Una parte del lquido se evapora al pasar por el controlde refrigerante para reducir la temperatura del lquidohasta la temperatura de evaporacin.

(2) EvaporacinEn el evaporador, el lquido se evapora a unatemperatura y presin constantes, mientras el calornecesario para el suministro de calor latente deevaporacin pasa de las paredes del evaporador haciael lquido que se evapora.Todo el refrigerante se evapora en el evaporador y serecalienta en el extremo del evaporador.Pese a que la temperatura del vapor aumenta un pocoen el extremo del evaporador debido alrecalentamiento, la presin del vapor no vara.Aunque el vapor absorbe el calor del aire que rodea lalnea de aspiracin, que aumenta su temperatura ydisminuye ligeramente su presin debido a la prdidapor friccin en la lnea de aspiracin, estos cambios noson importantes para la explicacin de un ciclo derefrigeracin simple.

(3) CompresinPor la accin del compresor, el vapor que resulta de laevaporacin se lleva por la lnea de aspiracin desde elevaporador hacia la entrada de aspiracin delcompresor.En el compresor, la temperatura y presin del vaporaumentan debido a la compresin. El vapor de altatemperatura y alta presin se descarga del compresoren la lnea de descarga.

(4) CondensacinEl vapor fluye por la lnea de descarga hacia elcondensador donde evacua calor hacia el airerelativamente fro que el ventilador del condensadorhace circular a travs del condensador.Cuando el vapor caliente evacua calor hacia el aire msfro, su temperatura se reduce a la nueva temperaturade saturacin que corresponde a la nueva presin, y elvapor se condensa, volviendo as al estado lquido.Antes de que el refrigerante alcance el fondo delcondensador, se condensa todo el vapor y luego sesubenfra.

A continuacin, el lquido subenfriado pasa al receptor yqueda listo para volver a circular.

1.4.7 Piezas principales del sistema de refrigeracin

Las piezas principales del sistema de refrigeracin semencionan a continuacin.(1) Receptor

Su funcin consiste en proporcionar el almacenamientopara el lquido procedente del condensador para quehaya un suministro constante de lquido para elevaporador, segn las necesidades del mismo.

(2) Lnea de lquidoSu funcin consiste en llevar el refrigerante lquidodesde el receptor hacia el control de flujo derefrigerante.

(3) Control de flujo de refrigeranteSus funciones consisten en medir la cantidad adecuadade refrigerante que va hacia el evaporador y en reducirla presin del lquido que entra en el evaporador, paraque as el lquido se evapore en el evaporador a latemperatura baja deseada.

(4) EvaporadorSu funcin consiste en proporcionar una superficie detransferencia de calor a travs de la cual el calor pasadel ambiente refrigerado al refrigerante evaporado.

(5) Lnea de aspiracinSu funcin consiste en llevar el vapor de presin bajadesde el evaporador hacia la entrada de aspiracin delcompresor.

(6) CompresorSus funciones consisten en extraer el vapor delevaporador y en aumentar la temperatura y presin delvapor para que ste pueda condensarse con los mediosde condensacin normalmente disponibles.

(7) Lnea de descargaSu funcin es entregar el vapor a presin alta ytemperatura alta desde el compresor hasta elcondensador.

(8) CondensadorSu funcin es proporcionar una superficie detransferencia de calor a travs de la cual el calor pasadel vapor refrigerante caliente a un medio decondensacin.

30

1.4.8 Lado bajo y lado alto

Un sistema de refrigeracin se divide en dos partes segnla presin que el refrigerante ejerce en estas dos partes.

Lado bajo...La parte de presin baja del sistema secompone del control de flujo de refrigerante, el evaporadory la lnea de aspiracin. La presin que ejerce elrefrigerante en estas partes es la presin baja necesariapara que el refrigerante se evapore en el evaporador. Estapresin se conoce como presin baja, presin del ladobajo, presin de aspiracin o presin deevaporacin.

Lado alto...La parte de presin alta del sistema se componedel compresor, la lnea de descarga, el condensador, elreceptor y la lnea de lquido. La presin que ejerce elrefrigerante en esta parte del sistema es la presin altanecesaria para la condensacin del refrigerante en elcondensador. Esta presin se llama presin alta, presinde descarga o presin de condensacin.

Los puntos divisorios entre los lados de presin alta y bajadel sistema son el control de flujo de refrigerante, donde lapresin del refrigerante se reduce de la presin decondensacin a la presin de evaporacin, y las vlvulas dedescarga en el compresor, a travs de las cuales el vapor depresin alta se expulsa despus de la compresin.

31

2Captulo 2 Tabla Mollier

2.1 Tabla Mollier ........................................................................................................................... 32

2.2 Cmo leer la tabla Mollier ..................................................................................................... 33

2.3 Ciclo de refrigeracin en la tabla Mollier ............................................................................. 37

2.3.1 Cmo representar el ciclo de refrigeracin en la tabla Mollier ............................... 37

2.3.2 Cules son las condiciones necesarias par dibujar el ciclo de refrigeracin en la

tabla Mollier ................................................................................................................ 38

2.4 Cmo leer el ciclo de refrigeracin en la tabla Mollier ....................................................... 39

2.4.1 Estado de operacin en cada parte del ciclo de refrigeracin ................................ 39

2.4.2 Efecto refrigerante, equivalente trmico del trabajo de compresin, carga de

condensacin y rendimiento ..................................................................................... 40

2.5 Capacidad del sistema ........................................................................................................... 41

2.6 Deteccin y reparacin de averas en la tabla Mollier ........................................................ 43

2.6.1 Presin de condensacin excesiva ............................................................................ 43

2.6.2 Insuficiente circulacin de refrigerante ..................................................................... 44

2.6.3 Excesiva circulacin de refrigerante ......................................................................... 45

2.6.4 Insuficiente intercambio de calor por el evaporador ............................................... 46

2.6.5 Carga de refrigeracin excesiva ................................................................................ 46

2.6.6 Sistema de compresin anormal .............................................................................. 47

32

Captulo 2 Tabla Mollier

Para encontrar una avera, el tcnico de servicio debedeterminar con precisin lo que est sucediendo en elinterior del sistema de refrigeracin. Como el sistema estsellado, el tcnico utiliza los manmetros para verificar laspresiones y los termmetros para medir las temperaturas.Tambin utiliza un orificio de vidrio para verificar lacantidad de refrigerante cargada y su porcentaje de vaporseco. La mayor parte de la investigacin debe ser lgica. Eltcnico necesita conocer lo que sucede en el interior delsistema y debe visualizar el comportamiento delrefrigerante y lo que est hacienda cada parte del sistema.La tabla Mollier proporciona a los tcnicos de servicio unaayuda valiosa para la realizacin de estas tareas. La tablaMollier tambin se utiliza para calcular las capacidades delos sistemas de refrigeracin. En este captulo se explicanlos elementos fundamentales de la tabla Mollier, que sonnecesarios para los tcnicos de servicio cuando debenanalizar las condiciones del sistema de refrigeracin.

2.1 Tabla Mollier

Tabla Mollier...La tabla Mollier es la tabla en la cual puedenrepresentarse en un punto las condiciones del refrigeranteen cualquier estado termodinmico y en cualquier parte delciclo. A veces esta tabla se menciona como tabla P-h otabla presinentalpa.

Pres

in

abso

luta

P (k

g/cm

2 abs

)

Tabla Mollier

Tabla

Porc

enta

je d

e va

por s

eco

Tem

pera

tura

Volumen especfi

co

Entro

pa

Entalpa i [kcal/kg]

33

2.2 Cmo leer la tabla Mollier

(1) Lneas de presin constante y lneas de entalpaLas lneas horizontales de la Fig. 2-2 son las lneas depresin constante, y las lneas verticales son las lneasde entalpa constante, o sea la cantidad de calorpresente en un kilo de refrigerante.Observe que las presiones son presiones absolutas yque la escala es logartmica.

Entalpa...Aunque la entalpa a veces se define como elcalor total, se define ms correcta y especficamentecomo la suma de toda la energa suministrada por unamasa de materia dada en cualquier condicintermodinmica.La frmula para el clculo de la entalpa se indica acontinuacin.

dondeh : entalpa (kcal/kg)u : energa interna (kcal/kg)p : presin absoluta (kgf/cm2)! : volumen especfico (m3/kg)j : energa mecnica equivalente

(2) Lnea de lquido saturado y lnea de vapor saturadoTal como lo muestra la Fig. 2-3, la tabla se divide en trespartes principales separadas por la lnea de lquidosaturado y la lnea de vapor saturado. (Ver el punto 1.3.3para una explicacin relativa al lquido saturado y alvapor saturado)La parte a la izquierda de la lnea de lquido saturado sellama zona subenfriada. En cualquier punto de la zonasubenfriada, el refrigerante se encuentra en estadolquido y su temperatura es inferior a la temperatura desaturacin correspondiente a su presin.La parte a la derecha de la lnea de vapor saturado sellama zona recalentada. En esta parte, el refrigeranteest en forma de vapor recalentado. La parte central dela tabla, entre las lneas de lquido saturado y de vaporsaturado, se llama zona de cambio de fase, querepresenta el cambio de fase del refrigerante entre losestados lquido y de vapor. En cualquier punto entre lasdos lneas, el refrigerante tiene la forma de una mezclade lquido y vapor.! Tal como se ve en la Fig. 2-3, el punto de unin entre

la lnea de lquido saturado y la lnea de vaporsaturado se llama punto crtico. La temperatura yla presin en este punto se denominanrespectivamente temperatura crtica y presincrtica.

Temperatura crtica...La temperatura crtica de un gas es latemperatura ms elevada a la cual dicho gas puedecondensarse por aplicacin de presin. La temperaturacrtica difiere segn los tipos de gases. (Ver Tabla 2-1)

Presin crtica...La presin crtica es la presin desaturacin de la temperatura crtica.

Pres

in

abso

luta

(kgf

/cm

2 abs

)

Entalpa (kcal/kg)

Pres

in

abso

luta

Zona subenfriada

El refrigerantetiene la formade un lquidosubenfriado

Punto crtico

Zona de cambiode fase

El refrigerante esuna mezcla delquido y vapor

Vapor a lquido

(Condensacin)Lquido a vapor

(Evaporacin)

Lnea de lquido saturado

Zona recalentadaEl refrigerante tiene la formade vapor recalentado

Lnea de vapor saturado

Entalpa

Sustancia

Agua

Dixido de carbono

Amoniaco

Aire

Hidrgeno

Helio

Temperatura crtica(C)

Presin crtica

Tabla 2-1

34

(3) Lneas de vapor seco constanteEl cambio de fase de lquido a vapor se produceprogresivamente de la izquierda a la derecha mientrasque el cambio de fase de vapor a lquido ocurre dederecha a izquierda.La mezcla de lquido y vapor cerca de la lnea de lquidosaturado es casi puro lquido. Al contrario, la mezcla delquido y vapor cerca de la lnea de vapor saturado escasi puro vapor.Las lneas de vapor seco que se extienden desde elpunto crtico hasta el fondo a travs de la seccincentral de la tabla y en forma aproximadamente paralelaa las lneas de lquido y vapor saturados, indican elporcentaje de vapor en la mezcla con incrementos del10%.Por ejemplo, en cualquier punto de la lnea de vaporseco ms cercana a la lnea de lquido saturado, el vaporseco de la mezcla de lquido y vapor (x) es de 0,1, lo quesignifica que el 10% (por peso) de la mezcla es vapor, yel 90% es lquido.

(4) Lneas de temperatura constanteLas lneas de temperatura constante permiten la lecturade la temperatura del refrigerante. Las lneas detemperatura constante en la zona subenfriada songeneralmente verticales en la tabla y paralelas a laslneas de entalpa constante. En la seccin central, dadoque el refrigerante cambia de estado a una temperaturay presin constantes, las lneas de temperatura con-stante son horizontales a travs de la tabla y paralelas alas lneas de presin constante. En la lnea de vaporsaturado, las lneas de temperatura constante vuelven acambiar de direccin, y caen bruscamente hacia elfondo de la tabla en la zona de vapor recalentado.

(5) Lneas de volumen especfico constanteLa lectura de las lneas de volumen especfico constanteproporciona el volumen especfico del refrigerante.Las lneas curvas pero casi horizontales que cruzan lazona de vapor recalentado son las lneas de volumenespecfico constante.

Volumen especfico...El volumen especfico de unamateria es el volumen ocupado por una masa de unkilogramo de la materia, y se expresa en metros cbicospor kilogramo [m3/kg].

(6) Lneas de entropa constanteLa lectura de las lneas de entropa constanteproporciona la entropa del refrigerante. Las lneascurvas que atraviesan en diagonal la zona de vaporrecalentado son las lneas de entropa constante.

Entropa...La entropa de una masa dada de materia encualquier condicin especfica es una expresin del totalde calor transferido a la materia por grado detemperatura absoluta para llevar dicha materia a estacondicin a partir de una condicin inicial consideradacomo el cero de entropa.

Pres

in

abso

luta

EntalpaTodo vapor

Todo lquido

Pres

in

abso

luta

Entalpa

Entalpa

Pres

in

abso

luta

Pres

in

abso

luta

Entalpa

35

! Se puede encontrar el punto de la tabla Mollier querepresenta la condicin del refrigerante en cualquierestado termodinmico particular si se conocen dospropiedades del refrigerante en este estado. Una vezlocalizado el punto de estado en la tabla, la tabla permitedeterminar directamente todas las propiedades delrefrigerante correspondientes a este estado.

Ejemplo

Site los puntos de A a E de la tabla siguiente en la tablaMollier para el R-22 y rellene los espacios en blanco en latabla con las cifras obtenidas de la tabla Mollier. [Si lacolumna no se puede rellenar a partir de la tabla Mollier,rellene con una lnea oblicua (/).]

Presinabsolutakgf/cm2abs

TemperaturaC

Entalpakcal/kg

Entropakcal/kgK

Volumenespecficom3/kg

Vapor seco Estado fsico

Punto A

Punto B

Punto C

Punto D

Punto E

Pres

in

abso

luta

P (k

g/cm

2 abs

)

Tabla

Porc

enta

je d

e va

por s

eco

Tem

pera

tura

Volumen especfi

co

Entro

pa

Entalpa i [kcal/kg]

Tabla 2-2Tabla 2-2

36

Solucin

Presinabsolutakgf/cm2abs

TemperaturaC

Entalpakcal/kg

Entropakcal/kgK

Volumenespecficom3/kg

Vapor seco Estado fsico

Vaporrecalentado

Lquidosubenfriado

Mezcla lquido yvapor

Vaporsaturado

Vaporrecalentado

Punto A

Punto B

Punto C

Punto D

Punto E

Pres

in

abso

luta

P (k

g/cm

2 abs

)

Tabla

Porc

enta

je d

e va

por s

eco

Tem

pera

tura

Volumen especfi

co

Entro

pa

Entalpa i [kcal/kg]

Tabla 2-3

37

Vapor recalentado

Vapor saturado

Lquidosaturado

Evaporador

Presin deaspiracin

Presin dedescarga

Vapor recalentado

Vapor saturado

Lquido saturado

Lquidosubenfriado

Condensador

Vlvula de expansin

Compresor

Diagramas de ciclo

Pres

in

abso

luta

Evaporacin

Entalpa

Pres

in

abso

luta

Compresin

Condensacin

Expansin

Entalpa

Entalpa

Pres

in

abso

luta

Entalpa

Pres

in

abso

luta

2.3 Ciclo de refrigeracin en la tabla Mollier

El ciclo de refrigeracin por compresin de vapor simple secompone de cuatro procesos principales: evaporacin,compresin, condensacin y expansin.(Consulte el punto 1.4)La Fig. 2-10 indica el ciclo de refrigeracin que puederepresentarse en la tabla Mollier, tal como se muestra acontinuacin.

2.3.1 Cmo representar el ciclo de refrigeracin en la tablaMollier

(1) EvaporacinCuando el refrigerante se evapora a una presin con-stante inferior, pasa horizontalmente de A a B. Esta lneaindica la evaporacin del refrigerante, que pasa delquido a vapor en el evaporador. La distancia entre B yC representa el proceso de calefaccin de este vapor enuna condicin de recalentamiento, mientras pasa por elextremo del evaporador y la lnea de aspiracin.(Para simplificar el problema, se ignora la cada depresin entre los puntos B y C.)

(2) CompresinEl punto C es la condicin del vapor cuando se desplazaen los compresores y se comprime. Cuando secomprime hacia D, observe que su presin aumentarpidamente y que unas pocas kilocaloras de calor seaaden al vapor mientras se comprime de C a D. Elvapor que sale del compresor est recalentadoconsiderablemente; D representa la condicin del vaporque sale de la vlvula de escape del compresor.

(3) CondensacinLa distancia entre D y E representa el proceso deenfriamiento de este vapor recalentado hasta el puntoen que comienza a condensarse. En E el vapor no estrecalentado y es 100% vapor saturado. La lnea de E a Frepresenta el proceso de condensacin del refrigerante,que pasa de vapor a lquido en el condensador. El puntoF representa la cantidad de calor en el lquido y lapresin ejercida sobre el lquido mientras se forma en elcondensador.De F a G, el calor del lquido se reduce mientras pasa alo largo de la lnea hacia el control de refrigerante.

(4) ExpansinLa lnea de G a A representa la reduccin de presin dellquido mientras pasa a travs del orificio de control derefrigerante. El ciclo est listo para repetirse.

La Fig. 2-12 indica la relacin del ciclo de refrigeracin quemuestra los estados del refrigerante ilustrado en la Fig.2-10,con el ciclo de refrigeracin en el diagrama Molliermostrado en la Fig. 2-11 (que se denomina diagrama deciclo).

38

Fig. 2-12 Ciclo de refrigeracin

Lquidosubenfriado

Vapor y lquidosaturados

Vaporrecalentado

Lado de presin alta

CompresorCompresin

Lado de presin baja

Vapor recalentadoVapor y lquido saturados

Evaporador

Evaporacin

Expansin

Condensacin

Condensador

Vlvula deexpansin

Ejemplo :

Dibuje el ciclo de refrigeracin en la tabla Mollier para el R-22 basndose en las condiciones de operacin siguientes:Condiciones:Temperatura de evaporacin = 5CTemperatura de condensacin = 50CCantidad de recalentamiento = 5CTemperatura del lquido = 45C

Temperaturadel lquido

Temperatura decondensacin

Cantidadde

subenfriamientoPresin decondensacin

Presin deevaporacin

Cantidad de recalentamiento

Temperaturadel vapor deaspiracin

Temperatura deevaporacin

2.3.2 Condiciones necesarias par dibujar el ciclo derefrigeracin en la tabla Mollier

Cuando se dibuja un ciclo de refrigeracin en la tablaMollier, se requieren las cuatro condiciones de operacinsiguientes. En otros trminos, cuando se entienden lascuatro condiciones de operacin, se puede dibujar el ciclode refrigeracin en la tabla Mollier.Condiciones:1. Temperatura de evaporacin y presin de evaporacin2. Temperatura de vapor de aspiracin o cantidad de

recalentamiento del vapor de aspiracin3. Temperatura de condensacin o presin de

condensacin4. Temperatura del lquido que entra en el aparato medidor

o cantidad de subenfriamiento del lquido refrigerante

39

Solucin : Vea la tabla a continuacin.

Presin:P1 = Presin de evaporacinP2 = Presin de condensacinTemperatura:T1 = Temperatura de aspiracinT2 = Temperatura de descargaT3 = Temperatura de condensacinT4 = Temperatura del lquido que entra en el aparato

medidorT5 = Temperatura de evaporacinEntalpa:i1 = Entalpa del vapor de aspiracini2 = Entalpa del vapor de descargai3 = Entalpa del lquido que entra en el aparato medidori4 = Entalpa de la mezcla de lquido y vapor que entra

en el evaporadorVolumen especfico:v1 = Volumen especfico del vapor de aspiracin

Pres

in

abso

luta

P (k

g/cm

2 abs

)

Tabla

Porc

enta

je d

e va

por s

eco

Tem

pera

tura

Volumen especfi

co

Entro

pa

Entalpa i [kcal/kg]

2.4 Lectura del ciclo de refrigeracin en la tablaMollier

2.4.1 Estado de operacin en cada parte del ciclo de refrigeracin

Tal como lo indica la Fig. 2-15, el estado de cada partepuede entenderse.

40

2.4.2 Efecto refrigerante, equivalente trmico del trabajo decompresin, carga de condensacin y rendimiento

(1) Efecto refrigerante (q)El lquido refrigerante que entra en el aparato medidorsituado justo delante del serpentn del evaporador, tieneuna cierta capacidad calorfica (entalpa), que dependede su temperatura de entrada en el serpentn. El vaporque sale del evaporador tambin tiene una capacidadcalorfica dada (entalpa) que depende de sutemperatura. La diferencia entre estas dos capacidadeses la cantidad de trabajo efectuado por cada kilogramode refrigerante cuando pasa por el evaporador y capta elcalor. La cantidad de calor absorbido por cadakilogramo de refrigerante se denomina efectorefrigerante del sistema.Por lo tanto, si i1, i3 e i4 representan respectivamente laentalpa del vapor refrigerante que sale del evaporador,la entalpa del lquido que se acerca al aparato demedicin, la entalpa de la mezcla de lquido y vaporque entra en el evaporador. El efecto refrigerante seexpresa de la forma siguiente:

q = i1 i3 = i1 i4Se puede decir que la operacin de refrigeracin quetiene el mayor efecto refrigerante es la mejor mientrasse utiliza el mismo compresor. (Para los detalles,consulte el punto 2.5)

(2) Equivalente trmico del trabajo de compresin (Aw)El cambio de estado del refrigerante durante el procesode compresin, es decir el aumento de entalpa, seefecta por incorporacin del trabajo de compresin deun motor elctrico que aporta capacidad calorficaproducida por la compresin adiabtica, sin que ingreseni salga ningn calor del refrigerante durante el procesode compresin. Para convertir en capacidad calorfica elvolumen de trabajo (kgf. m/h) requerido para lacompresin por unidad de tiempo, es precisomultiplicarlo por el factor llamado equivalente trmicode trabajo.A = 1/427 (kcal/kgf m). Tambin se obtiene este valorpor la diferencia de entalpas cuando el volumen detrabajo se convierte en capacidad calorfica al dibujar elciclo de refrigeracin en la tabla Mollier. La capacidadcalorfica obtenida es el volumen de trabajo de un motorrequerido para la compresin de 1kg de refrigerantecomo energa trmica.Aw =i2 i1

(3) Carga de condensacin (qc)La capacidad calorfica extrada durante el proceso decondensacin se llama carga de condensacin. Seobtiene restando la entalpa del refrigerante descargadopor el compresor y la del refrigerante que entra en lavlvula de expansin.

(4) Rendimiento (C.O.P.)El rendimiento indica qu capacidad de refrigeracin seobtiene segn la potencia de un motor (equivalentetrmico de trabajo). Al comparar el calor de evaporacin(q) absorbido durante el proceso de evaporacin con lacapacidad calorfica (Aw) requerida para el trabajo decompresin, se entiende que la capacidad calorficaabsorbida durante la refrigeracin es muchas vecessuperior al equivalente trmico de trabajo que se llamarendimiento. Por lo tanto, cuanto mayor es elrendimiento, ms efectiva es la operacin. Esto implicaque existe la posibilidad de ahorrar energa.

qc = i2 i3

Adems, se obtiene sumando el efecto refrigerante (q) yel equivalente trmico (Aw) del trabajo de compresin.De esta forma se equilibra la transferencia de calor delrefrigerante.

qc = q + Aw

41

2.5 Capacidad del sistema

La capacidad de un sistema de refrigeracin es la velocidada la cual extrae el calor del ambiente refrigerado.Generalmente se expresa en kcal por hora.La capacidad de un sistema de refrigeracin mecnicodepende de las condiciones de operacin y se determinamultiplicando el peso de refrigerante en circulacin porunidad de tiempo y por el efecto de refrigeracin de cadakilo en circulacin.

Q = G qDondeQ = Capacidad del sistema por hora (kcal/h)G = Peso del refrigerante en circulacin por hora (kg/h)q = Efecto de refrigeracin para un kilogramo de

refrigerante (kcal/kg)

Peso del refrigerante en circulacinComo el compresor hace circular el refrigerante por elsistema, se debe conocer el peso del refrigerante que elcompresor hace circular.El peso del refrigerante que el compresor hace circular porhora es igual al peso del vapor de aspiracin que elcompresor comprime en una hora. Si se considera que elcompresor tiene una eficiencia del 100% y que el cilindrodel compresor se llena completamente con el vapor deaspiracin en cada carrera descendente del pistn, elvolumen del vapor de aspiracin llevado al cilindro delcompresor y comprimido por hora, es exactamente igual aldesplazamiento del pistn del compresor.(1) Desplazamiento del pistn

El desplazamiento del pistn de un compresor de pistnes el volumen de cilindro total arrastrado por el pistnen cualquier intervalo de tiempo. Generalmente seexpresa en metros cbicos por hora.Para un compresor de pistn de efecto simple, secalcula el desplazamiento del pistn de la formasiguiente:

DondeVp = Desplazamiento del pistn en metros cbicos por

hora [m3/h]D = Dimetro del cilindro (m)L = Longitud de una carrera (m)N = Revoluciones del cigeal por minuto (rpm)Z = Nmero de cilindros

Ejemplo :

Calcule el desplazamiento del pistn de un compresorde dos cilindros que gira a 2900rpm, con un dimetro decilindro de 55mm y una longitud de carrera de 25mm.

Solucin :

(2) Desplazamiento realEn la explicacin anterior, se considera que elcompresor tiene una eficiencia del 100%. Sin embargoesto no corresponde al caso real. Debido a lacompresibilidad del vapor refrigerante y al espaciosuperior entre el pistn y la placa de vlvula delcompresor, el volumen de vapor de aspiracin querellena el cilindro durante una carrera de aspiracin,resulta siempre inferior al volumen del cilindroarrastrado por el pistn. El volumen especfico del vaporque rellena el cilindro es mayor que el del vapor en lalnea de aspiracin. Por estas razones, el volumen realde vapor de aspiracin llevado en el cilindro delcompresor en las condiciones de la lnea de aspiracin,siempre es inferior al desplazamiento del pistn delcompresor. Por lo tanto, la capacidad de refrigeracinreal del compresor siempre es inferior a su capacidadterica.El volumen de vapor de aspiracin real comprimido porhora es el desplazamiento real del compresor. Larelacin del desplazamiento real de un compresor consu desplazamiento de pistn se denomina eficienciavolumtrica total de un compresor.

Donde! v = Eficiencia volumtrica totalVa = Volumen de vapor de aspiracin real comprimidopor horaVp = Desplazamiento del pistn del compresorCuando se conoce la eficiencia volumtrica de uncompresor, se puede obtener el desplazamiento real dela forma sigui