Refrigeración Industrial
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Transcript of Refrigeración Industrial
Introducción
Este informe está dirigido para personas que busquen ampliar o no saben sobre el tema de
refrigeración, con lo cual el lector no necesita tener una gran especialización en la lectura de esta
información.
Es una presentación generalizada basada en recopilaciones, no un texto dirigido a expertos sino que
busca generar en el lector interés y motivación para provocar ganas de informarse más sobre el tema,
puesto que todo lo que se hablará a continuación evita desarrollos matemáticos abstractos y está
confeccionado con el simple hecho de informar.
Este trata sobre aires acondicionados, refrigeración industrial y reguladores, ya que la provincia de
Mendoza es una zona donde estos sistemas abundan en las industrias o locales de trabajo y es bueno
conocer las características para saber elegir bien cuál utilizar o para toda persona que sienta curiosidad.
Está dividido en tres partes: la primer parte desarrolla los aspectos de la refrigeración industrial
dando definiciones y explicando sus componentes .En segundo lugar se especifica el funcionamiento,
fluidos que emplean, mantenimiento e instalación de aires acondicionados industriales. Y por último se
presentan los reguladores que estos sistemas utilizarán.
También hemos anexado la bibliografía para aquel que esté interesado en tener un conocimiento
más amplio en el tema.
Refrigeración Industrial
La refrigeración industrial es la aplicación de conocimientos técnicos en la ejecución,
mantenimiento, instalación, diseño y planeamiento de sistemas termodinámicos.
Esta se utiliza en los procesos de enfriamiento, acondicionamiento de sistemas, equipos,
instalaciones y componentes industriales, como así también la aplicación de todo lo referido a la ciencia
termodinámica para enfriar y optimizar la temperatura ambiental o la temperatura de todo lo
nombrado anteriormente.
Es de vital importancia hablar de ella porque en la actualidad representa un gran recurso para el
comercio, la medicina, la industria, entre otros, como por ejemplo para almacenar y cuidar los alimentos
por más tiempo que el natural, guardar medicamentos, mantener máquinas, confort ambiental, etc.
Como estudiantes debemos tenerla muy en cuenta, pues a la hora de salir al ámbito laboral es muy
posible estar ligado a ella, ya que en cualquier industria es necesaria para el bienestar del personal,
mantenimiento de máquinas, manipulación de alimentos; pero sin dejar de tener en cuenta que un mal
uso puede contaminar y perjudicar al ambiente.
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Psicometría
Es la ciencia que se encarga de aquellos aspectos que intervienen en el confort de las personas este
es uno los objetivos de la refrigeración industrial.
Cuando nos referimos al confort hablamos de todo aquello que da placer y hace sentir bien a los
seres humanos.
Es muy importante lograr buenas condiciones de confort, ya que el ser humano es afectado
directamente por esto, un ejemplo de buen confort es sentirse cómodo en un ambiente tanto laboral
como personal.
Para que haya confort deben cumplirse los siguientes factores:
-Temperatura, humedad, movimiento del aire.
La temperatura es muy importante en el confort, pues es en mayor medida lo que nos hace
sentir bien o mal, en las industrias una buena temperatura es lograda a través de aires acondicionados y
ventiladores, aunque también podría usarse máquinas que regulen la temperatura como un sistema de
calderas.
La humedad: es la cantidad de agua que posee el aire, por lo tanto es necesario tenerla en
cuenta para un buen confort.
Esta debe estar en su medida justa ya que la alta humedad provoca mayor temperatura
en nuestro cuerpo, nos hace sentir agobiados, cansados y podemos llegar hasta deshidratarnos, lo
mismo si tenemos poca humedad.
Para regular la humedad se utiliza la función deshumidificación que viene en los aires
acondicionados que logra sacar la humedad del ambiente (dry).
Movimiento del Aire: Es necesario que el aire circule, porque si en un lugar hay mucho aire
estancado y es muy caliente genera incomodidad, por lo tanto es necesario poseer una buena
ventilación, ya que el aire frío al ser más denso hace que el aire caliente se eleve y sea expulsado
dejando el ambiente a una temperatura adecuada es a lo que se denomina convección y si deseamos
una temperatura elevada invierte el ciclo termodinámico.
Relaciones psicométricas:
Presión y temperatura: Para un buen confort es necesario que estén igualadas la presión y la
temperatura, si lo logramos podemos obtener un buen confort esto se puede lograr con un correcto
funcionamiento del aire acondicionado.
Punto de rocío y humedad relativa: entre 7,22 º y 18,33 º Celsius la humedad relativa del ambiente
se duplica en este aumento o variación de temperatura.
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Es necesario equilibrar la variación de temperatura, esta relación está dada por algunas tablas que
se encuentran en las industrias, por lo tanto según la variación que haya es necesario realizar cambios
en la temperatura para lograr el confort deseado.
El punto de rocío va de la mano con la humedad relativa, es el punto en cual la temperatura es la
deseada y tiene bajo contenido de humedad.
Fuentes de efecto refrigerante:
Aguas de pozo: es necesario enfriar las aguas de pozo, que son las aguas que se guardan en
depósitos subterráneos y por efectos de la temperatura de la tierra en gran parte del año suelen estar
muy calientes, por lo que es necesario utilizar dispositivos para enfriarlos tales son: deshumectador de
agua, refrigeradores de pozo y condensación en el agua.
Hielo: Es de poco uso, ya que es difícil de trabajar y no es económico, es mayormente utilizado en
zonas frías, generalmente para enfriar los equipos y maquinarias, en las zonas cálidas es difícil de
encontrar pero se utilizan tanques para su almacenamiento.
Sistemas y funcionamiento:
Bomba de calor: Utiliza un ciclo de refrigeración invertido, pero son bombas mecánicas que son
impulsadas a través de motores eléctricos, estas bombas a través de movimiento enfrían aguas
contenidas en tanques y estas son llevadas en cañerías a recipientes en los cuales se almacena líquido y
queda guardado para enfriar, es el sistema principal.
Equipos: La maquinaria para las bombas de calor consiste en: un grupo moto-compresor (el que
comprime el fluido), un equipo de absorción de temperatura, un condensador para expulsar el calor y
todo el equipo necesario para realizar una buena refrigeración.
Fuentes de calor: Son solo tres las efectivas, el agua, el aire y la tierra, por lo tanto cualquiera de los
tres nos sirven para hacer fluir agua en una cañería, para luego enfriar con aire o trabajar con la energía
de la tierra.
Tuberías de refrigeración
Instalaciones de refrigeración con acumuladores de frío: Es necesario lograr un equilibrio entre
refrigeración y su costo, estas instalaciones son muy efectivas, sin embargo generan gran costo de
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electricidad, por lo cual es necesario utilizarlas durante un tiempo determinado, consisten en tanques
que
Tuberías de Agua: Las tuberías de agua son muy eficientes para el transporte del fluido líquido,
generalmente son de PVC, hormigón o fibrocemento, este último el más utilizado en la actualidad.
El uso de las tuberías es el transporte del fluido ya refrigerado, con lo cual se consigue enfriar los
equipos, a través del intercambio de calor.
Dimensionamiento de tuberías: Sus dimensiones están dadas por tablas, pues no hay un
procedimiento matemático que nos ayude a calcular la dimensión, por lo cual una correcta selección
depende de la utilización que se le va a dar a la tubería, ya sea de uso estructural o transporte de fluido.
Ventiladores
Descripción de un ventilador: Un ventilador es una turbo máquina que impulsa un fluido que es gas,
con una determinada potencia con el objetivo de ventilar y enfriar o calentar una zona.
Sus partes constituyentes son el eje principal, las palas o paletas, un motor eléctrico, y las rejillas
protectoras.
Están los ventiladores del tipo axial o centrífugo. En los ventiladores centrífugos el flujo de aire o gas
transportado es movido en dirección perpendicular al eje de rotación, en cambio en los axiales es en
dirección paralela al eje que lo hace rotar.
AIRES ACONDICIONADOS
El acondicionamiento de aire es un proceso mediante el cual se enfría, limpia y circula el aire,
controlando a la vez su humedad. Por lo tanto, los sistemas de acondicionamiento son los aparatos que
satisfacen la función de acondicionar el aire.
Existen tres tipos de sistemas de acondicionamiento:
1-Sistemas Todo-Aire:
Es muy similar al Sistema Todo Aire, solo que esta vez el agua entra en juego. El aire ingresa por las
persianas y circula por el sistema pasando por el deshumectador. Este contiene agua y es ella el que
enfría el aire según la temperatura del agua, que la determina la bomba de agua y la máquina de
refrigeración (en el invierno se utiliza el calentador o rociadores que utilizan el mismo proceso). Luego
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este pasa por los conductos hasta llegar al ventilador, el cual lo conducirá por las salidas que estén
colocadas y saldrá a la habitación.
El Sistema Agua-Aire, tal como lo menciona su nombre cuenta con dos fluidos esenciales. Pero a
diferencia del anterior sistema, este no usa líquido refrigerante, si no que utiliza el agua como
calentador y enfriador del aire.
Tiene una instalación más compleja, se coloca la caja central, donde se encuentra el motor,
precalentador, filtro, deshumidificador y precalentador, luego en una caja aparte conectada
directamente al deshumectador se ubica la bomba de agua con su máquina refrigerante, calentadores y
los circuitos por donde correrá el agua.
Estos sistemas tienen un solo conducto de transmisión de aire con salidas de distribución. Utilizan el
aire exterior como medio refrigerante, entonces no es necesario gastar mucha energía.
Se usan en lugares chicos, entonces no es necesario mantenerlo encendido todo el tiempo sino
que se puede encender en caso de ser necesario. También, no hace mucho ruido cuando funciona ya
que la mecánica del sistema puede instalarse en un lugar distinto al local acondicionado.
El mecanismo se resume en enfriar o calefaccionar el aire a través de pre calentadores
eléctricos, calefactores o ventiladores refrigerantes, utilizando el aire que proviene del exterior y
enviándolos por dos salidas separadas para poder cubrir toda el área.
Para funcionar, el principal factor utilizado es el aire proveniente del exterior, además se utiliza un
fluido especial, llamado líquido refrigerante, que enfría el aire a la temperatura deseada.
Antes de instalar cualquier tipo de aire acondicionado se debe pensar en varias cosas que
influyen en el sistema: se debe tener en cuenta la capacidad financiera del cliente, el espacio para el que
será destinado, las condiciones climáticas externas que afectan al edificio, las condiciones internas
(ocupantes, iluminación y otras fuentes de calor) que también afectan a la temperatura y saber que se
desea lograr para saber que tipo de sistema instalar.
Su instalación es la más sencilla, comparada con los demás sistemas, ya que se usan para
espacios reducidos como locales comerciales, oficinas, etc.
Primero se colocan las tomas de aire exterior donde se desea colocar el sistema, luego se coloca la
caja central sobre el techo o la pared donde se ubica el filtro de aire, aparato deshumidificador,
ventilador circulante de aire y por último el motor y la boca de salida. Luego a partir de la boca de salida
se pueden instalar una o dos líneas de salida las cuales envuelven al lugar.
Su mantenimiento es muy sencillo ya que todos los elementos se encuentran centrados en un
mismo lugar.
Se debe limpiar cada semana el filtro de aire y en caso de ser necesario comprar uno nuevo, lo cual
ocurre generalmente una vez al año. También se debe verificar que el deshumectador posea el líquido
refrigerante en buen estado y cantidad. Y que no existan circuitos quemados o defectuosos en el motor.
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Handbook of air conditioning system design 1999 (Pág. 10-5)
2- Sistemas Agua-Aire
Para que este sistema funcione se emplean dos procesos: El primero tiene que ver con el agua, la
temperatura que tenga el agua será la misma que tendrá el aire, el agua circula por circuitos conectados
y es lo que hace que el aire se enfríe o se caliente.
Después el aire que proviene del exterior entra en sistema, y al pasar por los circuitos de agua
toma la temperatura que el fluido tenga, y este pasará al local destinado para acondicionar.
El Sistema de Agua y Expansión Directa utilizan solo dos fluidos, uno es el agua y el otro es aire.
Pero esta vez el factor principal es el agua, ya que de ella depende todo el sistema.
Su instalación se divide en dos partes, pero que están dentro de la misma caja central. Primero
se coloca el motor que hará que funcione las dos partes, luego es cuando se coloca el calentador de
agua y la máquina de refrigeración con sus respectivos conductos que se conectarán a la parte donde se
ubica el contenedor y expansor de aire, donde éste será distribuido a placer del cliente.
El mantenimiento de este sistema es el más complicado ya que al estar dividido en dos partes
pero colocados en el mismo lugar hace que todo sea más difícil. Por ese motivo lo primero que se
verifica es el calentador y la máquina de refrigeración ya que la mayoría de los problemas son causados
por fallas en esta parte, por su puesto también se hay que fijarse que los conductos no estén pinchados.
Si esto esta en buenas condiciones se pasa al próximo sector donde las probabilidades de fallas se
centran en el motor, filtro y ventilador, y luego solo por precaución se revisan las salidas expansores de
aire, que muy rara vez son las perjudicadas.
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Handbook of air conditioning system design 1999 (Pág. 11-2)
3- Sistemas de Agua y Expansión Directa
Para que este sistema funcione se emplean dos procesos:
El primero tiene que ver con el agua, la temperatura que tenga el agua será la misma que tendrá el
aire, el agua circula por circuitos conectados y es lo que hace que el aire se enfríe o se caliente.
Después el aire que proviene del exterior entra en sistema, y al pasar por los circuitos de agua
toma la temperatura que el fluido tenga, y este pasará al local destinado para acondicionar.
El Sistema de Agua y Expansión Directa utilizan solo dos fluidos, uno es el agua y el otro es aire.
Pero esta vez el factor principal es el agua, ya que de ella depende todo el sistema.
Su instalación se divide en dos partes, pero que están dentro de la misma caja central. Primero
se coloca el motor que hará que funcione las dos partes, luego es cuando se coloca el calentador de
agua y la máquina de refrigeración con sus respectivos conductos que se conectarán a la parte donde se
ubica el contenedor y expansor de aire, donde éste será distribuido a placer del cliente.
El mantenimiento de este sistema es el más complicado ya que al estar dividido en dos partes
pero colocados en el mismo lugar hace que todo sea más difícil. Por ese motivo lo primero que se
verifica es el calentador y la máquina de refrigeración ya que la mayoría de los problemas son causados
por fallas en esta parte, por su puesto también se hay que fijarse que los conductos no estén pinchados.
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Si esto esta en buenas condiciones se pasa al próximo sector donde las probabilidades de fallas se
centran en el motor, filtro y ventilador, y luego solo por precaución se revisan las salidas expansores de
aire, que muy rara vez son las perjudicadas.
Handbook of air conditioning system design 1999 (Pág. 12-3, 4)
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Reguladores de Presión
Reguladores para acondicionamiento del aire
El control de lo equipos para mantener unas condiciones correctas del aire involucra la
regulación del funcionamiento de tres componentes: el ventilador de interior, el compresor, y el
ventilador de exterior.
a)-El ventilador de interior debe estar funcionando cuando se ponga en marcha el compresor y
siempre que éste se encuentre funcionando.
b)-El ventilador de exterior debe funcionar siempre que lo haga el compresor.
c)-El ventilador de interior puede tener un conmutador de funcionamiento permanente en el
termostato. En tal posición, el ventilador funcionará sin descanso y el compresor y el ventilador de
exterior se pondrán en marcha y se detendrán según sea necesario.
El circuito de baja tensión es el que alimenta a los distintos dispositivos consumidores de
energía del sistema de control, que ponen en marcha los motores del compresor y de los ventiladores y
los detienen. Estos dispositivos de baja tensión utilizan poca corriente. La potencia del transformador de
control suele ser de 40 VA, lo que significa que la intensidad de la mayor corriente que puede entregar
este transformador, a través de su secundario, será de 1,7 A. Si el circuito de control consume una
corriente de intensidad superior a este valor, la tensión del transformador empezará a caer y éste se
pondrá caliente. Si la situación apuntada es la habitual, lo que hay que hacer es instalar un
transformador capaz de entregar una potencia mayor.
Reguladores de Funcionamiento de los Sistemas Antiguos Refrigerados por Aire
El termostato de habitación mide y regula temperatura ambiental. Este no es un dispositivo que
consuma energía, sino que la transfiere a los que sí la consumen. Es sensible a los cambios de
temperatura gracias al elemento bimetálico que tiene bajo su tapa. Los primeros termostatos eran de
mayor tamaño que los actuales.
Reguladores de Seguridad de los Sistemas Antiguos Refrigerados por Aire
Con objeto de proteger el sistema, un regulador de baja presión hace que el compresor deje de
aspirar cuando la presión con la que succiona baja por debajo de un punto predeterminado. Si el
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sistema pierde todo o parte de su contenido de refrigerante, la parte del sistema de baja presión puede
evolucionar hasta el vacío si no se dispone de un regulador de baja presión.
Reguladores de Funcionamiento de Equipos Modernos
El termostato de habitación es mucho más pequeño. Algunos de estos son electrónicos y utiliza
un termistor como elemento sensible a la temperatura. Estos termostatos pueden tener programas
distintos para los ajustes de calefacción y para los de refrigeración. Además transfieren energía a
distintos componentes de un circuito llamado circuito de contacto.
La diferencia entre los contactores modernos y los viejos es que, los primeros tenían dos juegos
de contacto, utilizados para interrumpir, a la vez, los circuitos de común y de régimen permanente del
compresor. Al contrario que los actuales, que sólo tienen un único juego de contacto y solamente
interrumpe el suministro de energía en uno de los circuitos.
Los componentes que se emplean actualmente para poner en marcha y hacer que funcione un
equipo moderno son una capacitancia de régimen de asistencia permanente y un elemento de
asistencia de arranque, como podría ser un dispositivo de coeficiente de temperatura positivo (PTC).
Reguladores de Seguridad de los Equipos Modernos
En los equipos modernos el regulador es el que se encarga de la seguridad, por medio del corte
del funcionamiento del compresor en las siguientes situaciones:
1. Cuando un sistema está operando con una carga de refrigerante baja, los devanados del motor
se sobrecalentarán y el termostato del devanado del motor detendrá el compresor. En este caso, el
termostato está funcionando como una protección. Cuando el motor se pone templado o caliente, el
calor en la masa del motor impide que el regulador cierre sus contactos hasta que el motor se enfríe.
2. Cuando el compresor está sucio, aumenta su contrapresión. Debido al aumento, también se
eleva el consumo de corriente, con lo que el motor se calienta y se detiene debido al corte del motor
por temperatura. en este caso, el termostato de los devanados del motor está funcionando como un
regulador de alta presión, es decir que sigue ofreciendo la misma protección contra ciclos cortos, debido
a la masa del motor.
3. Puede estropearse la capacitancia de régimen permanente, con lo que el compresor consumirá
una corriente de intensidad elevada intentando ponerse en marcha. El motor se calentará y el
termostato del devanado cortará el funcionamiento. En este caso, el termostato actúa como un
dispositivo de protección contra sobrecarga.
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4. Puede que las personas que convivan en la casa “jueguen” con el termostato de temperatura
ambiente en rápidas sucesiones. El compresor intentará ponerse en marcha cada vez, poniéndose lo
bastante caliente como para que el termostato del devanado del motor lo mantenga apagado. En este
caso, el termostato del devanado está actuando como dispositivo de protección contra ciclos de poca
intensidad.
Motores Principales
Los principales motores del sistema son los ventiladores y el compresor. Estos dispositivos consumen
la mayor parte de la energía utilizada en el proceso de acondicionamiento del aire y se alimentan de la
tensión de red, normalmente 220 V en una casa particular. Los reguladores funcionan con 24 V, tanto
por motivo de seguridad como por conveniencia.
La reducción del valor de la tensión la realiza un transformador, colocado en la unidad de
condensación o en el manipulador de aire.
Economía del diseño de equipos
Los primeros sistemas de refrigeración antes por aire eran pesados, voluminosos y difíciles de
manejar. Se utilizan compresores herméticos de baja velocidad (1500 rpm) o compresores abiertos de
transmisión por correas, con R-12 como refrigerante en todo caso.
Los fabricantes de estos equipos se vieron en la necesidad de encontrar maneras más
económicas de construir equipos. Cuando se pudo empezar a disponer del R-22, se pudieron disminuir
las dimensiones de las conducciones de condensadores y evaporar, haciendo, que el equipo fuese más
compacto y ligero, que su almacenamiento y transporte fuera mucho más fácil.
CONCLUSIÓN
En la investigación descubrimos que es una ciencia muy amplia ya que se desprende de la
termodinámica, materia esencial para la carrera que hemos elegido.
Dándonos cuenta también es de vital importancia saber qué tipos de sistemas existen ya que
éstos afectan la situación financiera del cliente y por su puesto que varían según las necesidades
específicas.
De esta manera se puede prevenir problemas de extorsiones y cualquier tipo de
aprovechamiento sobre el cliente.
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BIBLIOGRAFÍA
Tratado Moderno de Acondicionamiento de Aire, Calefacción y Ventilación (Carrier, W. Cherne, Grant W) Editorial Reverté, Barcelona, 1957.Handbook of air conditioning system design (Carrier Air Conditioning Co.) Editorial Mc. Graw-Mill Book
Company, Londres, 1966.
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