Introduccion A Los Sistemas De Refrigeracion Y Climatizacion

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI UNIDAD ACADÉMICA CIENCIAS DE LA INGENIERIA Y APLICADAS INGENIERÍA ELECTROMECANICA

REFRIGERACION Y AIRE ACONDICIONADO TEMA: INTRODUCCION A LOS ISTEMAS DE REFRIGERACION Y CLIMATIZACION REALIZADO POR: Castellano Vinicio Erazo Juan Gualancañay Darwin Misse Stefanía CICLO: Octavo LATACUNGA-ECUADOR 2015

OBJETIVOS Objetivo General Investigar acerca de los sistemas de refrigeración y climatización, en fuentes bibliográficas confiables y libros referentes al tema, con el objetivo de conocer las definiciones, características y aplicaciones principales de cada uno de estos sistemas. Objetivos Específicos -

Analizar cada uno de los temas, para poder dar un concepto correcto acerca de cada uno de

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los mismos. Identificar las características fundamentales de cada sistema, para así no tener crear una

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confusión en la exposición. Establecer ejemplos de aplicaciones, para mejorar el estudio e identificación de cada uno de los temas investigados.

DESARROLLO Refrigeración Los denominados sistemas frigoríficos o sistemas de refrigeración corresponden a arreglos mecánicos que utilizan propiedades termodinámicas de la materia para trasladar energía térmica en forma de calor entre dos o más focos, conforme se requiera. Están diseñados primordialmente para disminuir la temperatura del producto almacenado en cámaras frigoríficas o cámaras de refrigeración las cuales pueden contener una variedad de alimentos o compuestos químicos, conforme especificaciones. Sistemas de refrigeración conforme zonas de frio Los sistemas de refrigeración -implementados tanto en plantas frigoríficas como en refrigeradores domésticos- pueden catalogarse primeramente conforme las denominadas "zonas de frío" o temperaturas de frío para las cuales estos estén diseñados. Una zona de frío Es el clásico arreglo en el cual el sistema opera bajo una sola temperatura de régimen de frío, es decir, entre una temperatura de condensación y una sola temperatura de vaporación del refrigerante. Dos o más zonas de frío Es aquel sistema en el cual el refrigerante -condensado a una sola temperatura- se evapora a distintos valores en función de distintos procesos. A modo de ejemplo, y para una planta frigorífica,

una cámara de congelado y una cámara de productos frescos requieren distintas temperaturas de régimen y, por lo tanto, distintas temperaturas de evaporación del refrigerante. Sistemas de refrigeración conforme alimentación de refrigerante Expansión seca (DX) Se les denomina sistemas de expansión seca, -o directa- a los sistemas frigoríficos en los cuales la evaporación del refrigerante se lleva a cabo a través de su recorrido por el evaporador, encontrándose este en estado de mezcla en un punto intermedio de este. Estos sistemas, si bien son los más comunes, suelen ser de menor capacidad que los de recirculación de líquido. Con recirculación de líquido Lo que diferencia a los sistemas de recirculación de líquido a los de expansión directa es que el flujo másico de líquido a los evaporadores supera con creces al flujo de vapor producido en el evaporador. Es común el apelativo de “sobrealimentación de líquido” para los evaporadores de estos sistemas. Estos sistemas son preferentemente utilizados en aplicaciones industriales, con un número considerable de evaporadores y operando a baja temperatura.

Para que un sistema de refrigeración funcione correctamente y el ciclo frigorífico se lleve a cabo, hacen falta una serie de componentes indispensables para que el refrigerante cambie de estado dentro del circuito y “fabricar el frío” sea posible. De esta manera construimos un Sistema de

Refrigeración para electrodomésticos como neveras, cámaras frigoríficas, aire acondicionado y cualquier sistema de producción de frío. Receptor (depósito) Su función consiste en proporcionar el almacenamiento para el líquido procedente del condensador para que haya un suministro constante de líquido para el evaporador, según las necesidades del mismo. Línea de líquido Su función consiste en llevar el refrigerante líquido desde el receptor hacia el control de flujo de refrigerante. Control de flujo de refrigerante Sus funciones consisten en medir la cantidad adecuada de refrigerante que va hacia el evaporador y en reducir la presión del líquido que entra en el evaporador, para que así el líquido se evapore en el evaporador a la temperatura baja deseada. Evaporador Su función consiste en proporcionar una superficie de transferencia de calor a través de la cual el calor pasa del ambiente refrigerado al refrigerante evaporado. Línea de aspiración Su función consiste en llevar el vapor de presión baja desde el evaporador hacia la entrada de aspiración del compresor. Compresor Sus funciones consisten en extraer el vapor del evaporador y en aumentar la temperatura y presión del vapor para que éste pueda condensarse con los medios de condensación normalmente disponibles. Línea de descarga Su función es entregar el vapor a presión alta y temperatura alta desde el compresor hasta el condensador. Condensador

Su función es proporcionar una superficie de intercambio de calor a través de la cual el calor pasa del vapor refrigerante caliente a un medio de condensación (aire o agua, generalmente).

Lado de alta y baja Un sistema de refrigeración se divide en dos partes según la presión que el refrigerante ejerce en estas dos partes. Lado de baja La parte de baja presión del sistema se compone del control de flujo de refrigerante, el evaporador y la línea de aspiración. La presión que ejerce el refrigerante en estas partes es la presión baja necesaria para que el refrigerante se evapore en el evaporador. Esta presión se conoce como “presión baja”, “presión del lado baja”, “presión de aspiración” o “presión de evaporación“. Lado de alta La parte de alta presión del sistema se compone del compresor, la línea de descarga, el condensador, el receptor y la línea de líquido. La presión que ejerce el refrigerante en esta parte del sistema es la presión alta necesaria para la condensación del refrigerante en el condensador. Esta presión se llama “presión alta”, “presión de descarga” o “presión de condensación”. Los puntos divisorios ente los lados de presión alta y baja del sistema son el control de flujo de refrigerante, donde la presión del refrigerante se reduce de la presión de condensación a la presión de evaporación, y las válvulas de descarga en el compresor, a través de las cuales el vapor de alta presión se expulsa después de la compresión.

Refrigerante R22 El R22 o clorodifluorometano es un gas incoloro comúnmente utilizado para los equipos de refrigeración, en principio por su bajo punto de fusión, (-157°C). 

Densidad tres veces la del aire; en estado líquido 1,2 veces la del agua.



A 20°C tiene una presión de saturación de 9,1 bares (dato importante para el trabajo en las instalaciones de refrigeración, pues una medida esencial que es la presión del circuito, depende de la temperatura ambiente).

El R22 era hasta hace poco el gas refrigerante más utilizado en el sector del aire acondicionado, tanto para instalaciones de tipo industrial como domésticas, aunque está prohibido su distribución por ser altamente perjudicial para la capa de ozono. Actualmente ha sido sustituido por el R407C o más modernamente por el R410A. Los sustitutos del R22 cumplen ciertas características: 

No dañan la capa de ozono

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Tienen bajo efecto invernadero

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No son tóxicos ni inflamables



Son estables en condiciones normales de presión y temperatura

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Son eficientes energéticamente

Sistema de refrigeración por absorción Un método alternativo de refrigeración es por absorción. Sin embargo este método por absorción solo se suele utilizar cuando hay una fuente de calor residual o barata, por lo que la producción de

frío es mucho más económica y ecológica, aunque su rendimiento es bastante menor. En estos sistemas la energía suministrada es, en primer lugar, energía térmica. El refrigerante no es comprimido mecánicamente, sino absorbido por un líquido solvente en un proceso exotérmico y transferido a un nivel de presión superior mediante una simple bomba. La energía necesaria para aumentar la presión de un líquido mediante una bomba es despreciable en comparación con la energía necesaria para comprimir un gas en un compresor. A una presión superior, el refrigerante es evaporado desorbido del líquido solvente en un proceso endotérmico, o sea mediante calor. A partir de este punto, el proceso de refrigeración es igual al de un sistema de refrigeración por compresión. Por esto, al sistema de absorción y desorción se le denomina también "compresor térmico". En este sistema de refrigeración por absorción, al igual que en el de compresión se aprovecha que ciertas sustancias absorben calor al cambiar de estado líquido a gaseoso. En el caso de los ciclos de absorción se basan físicamente en la capacidad de absorber calor que tienen algunas sustancias, tales como el agua y algunas sales como el bromuro de litio, al disolver, en fase líquida, vapores de otras sustancias tales como el amoniaco y el agua, respectivamente. Más en detalle, el refrigerante se evapora en un intercambiador de calor, llamado evaporador, el cual enfría un fluido secundario, para acto seguido recuperar el vapor producido disolviendo una solución salina o incorporándolo a una masa líquida. El resto de componentes e intercambiadores de calor que configuran una planta frigorífica de absorción, se utilizan para transportar el vapor absorbido y regenerar el líquido correspondiente para que la evaporación se produzca de una manera continua.

Ciclo de refrigeración por absorción En los sistemas de refrigeración por absorción se diferencia entre dos circuitos, el circuito del refrigerante entre compresor térmico, condensador y evaporador, y el circuito del solvente entre el absorbedor y el separador. Una ventaja notable de los sistemas de absorción es que el refrigerante no es un fluoroclorocarbono. La mezcla de refrigerante y solvente en aplicaciones de aire acondicionado y para temperaturas mayores a 0°C es agua y bromuro de litio (LiBr). En aplicaciones para temperaturas hasta -60°C es amoniaco (NH 3 ) y agua. Hasta hoy no se han encontrado otras mezclas apropiadas para estas aplicaciones, aunque se están desarrollando sistemas de adsorción , en los que el refrigerante es absorbido en matrices sólidas de ceolitos. Ventajas e inconvenientes de la refrigeración por absorción El rendimiento es menor que en el método por compresión (0,8 frente a 5,5), sin embargo en algunos casos compensa el que la energía proveniente de una fuente calorífica sea más económica, incluso residual o un subproducto destinado a desecharse. También hay que tener en cuenta que el sistema de compresión, utiliza normalmente la energía eléctrica, y cuando ésta llega a la toma de corriente lo hace con un rendimiento inferior al 25% sobre la energía primaria utilizada para generarla, lo que reduce mucho las diferencias de rendimiento. Al calor aportado al proceso de refrigeración se le suma el calor sustraído de la zona enfriada. Con lo que el calor aplicado puede volverse a reutilizar. Sin embargo, el calor residual se encuentra a una

temperatura más baja (a pesar de que la cantidad de calor sea mayor), con lo que sus aplicaciones pueden reducirse. Los aparatos son más voluminosos y requieren inmovilidad (lo que no permite su utilización en automóviles, lo que sería muy conveniente como ahorro de energía puesto que el motor tiene grandes excedentes de energía térmica, disipada en el radiador). Los ciclos de refrigeración que se verifican en la práctica se diferencian del de Carnot en tres aspectos fundamentales: 1. La compresión se suele verificar en la región de sobrecalentamiento (A'B'), ya que resulta prácticamente imposible que la evaporación finalice en el punto A del ciclo de Carnot. Hay que tener en cuenta, además, que la presencia de líquido en el compresor originaría problemas de corrosión. 2. El líquido condensado se somete a un Subenfriamiento (CC') antes de sufrir la correspondiente expansión. 3. El expansor podría ser una turbina; pero el trabajo obtenido resulta mucho menor que el necesario para el compresor. Por este motivo, se opta por eliminar la turbina y sustituirla por un elemento de simple expansión, como puede ser una válvula de estrangulamiento o una válvula de laminación, basadas en la disminución de presión que experimenta un fluido al pasar por un estrechamiento; de esta forma se consigue un ahorro significativo, tanto en inversión de equipo como en su mantenimiento.

La eficiencia de esta máquina frigorífica es:

Que siempre será menor que la eficiencia de Carnot al ser una máquina irreversible.

Climatización El objetivo de la climatización es conseguir el mayor bienestar para las personas y crear un clima confortable en el hogar o lugar de trabajo.

Definiciones Calor: Es una forma especial de la energía, la térmica, que se produce con el movimiento de las moléculas y se transfiere de unos cuerpos a otros. Este proceso se repite constantemente en nuestro entorno y afecta al comportamiento de los cuerpos. La climatización se basa en la transmisión de calor de unos cuerpos a otros. Frío: El frío es la ausencia de calor. Aplicado al ser humano, es la sensación que se experimenta por su pérdida y se nota cuando la temperatura interior del cuerpo es más elevada que la de otros elementos externos. Climatización: Es un proceso de tratamiento del aire destinado a crear un ambiente sano y confortable en todos los espacios interiores. No se trata únicamente de regular la temperatura, frío o calor, sino de controlar la humedad, pureza y circulación del aire para que sean los apropiados para el cuerpo humano. Los equipos de climatización realizan este proceso todas las estaciones del año. Introducción Un sistema de climatización es un conjunto de equipos que tienen como objetivo el control de las siguientes variables propias del local o locales a acondicionar: -

Temperatura seca Humedad Grado de pureza del aire de los locales Velocidad del aire Nivel sonoro producido por los equipos de climatización

Como pueden ser: Aire acondicionado: atmósfera refrescante. Su objetivo es combatir el calor y crear unas condiciones refrescantes y saludables en el hogar. Las propiedades de un gas refrigerante que circula por un circuito cerrado son capaces de absorber el calor no deseado del aire de un recinto y expulsarlo al exterior, donde no molesta. Cuando el aire vuelve a la estancia, tras su paso por la unidad interior, lo hace a menor temperatura y con la humedad apropiada. Bomba de calor: frío en verano, calefacción en invierno. Esto se consigue porque el mecanismo permite invertir el proceso de enfriamiento del aire. Es como si al equipo le diéramos la vuelta y el evaporador, que está en el interior y absorbe el calor, se situara fuera del mismo; y el condensador, que está en el exterior y expulsa el calor, se colocara

dentro del hogar. Como sistema de calefacción resulta económico ya que absorbe parte del calor exterior. Con temperaturas invernales muy bajas pierde algo de eficacia.

Tienen como objetivo extraer la máxima cantidad posible de calor Qf del foco frío, con objeto de mantenerlo a una temperatura Tf inferior a la Tc del medio ambiente, sin importar en absoluto el calor cedido al foco caliente. Sin embargo, existe la posibilidad de utilizar este mismo dispositivo con finalidad de ceder la máxima cantidad posible de calor Qc, a un sistema que actúa como foco caliente, a la temperatura Tc, absorbiendo calor del arnbiente que se encuentra a una temperatura inferior Tf. En este caso, el dispositivo en cuestión recibe el nombre de bomba de calor o termo bomba. .- El funcionamiento de una bomba de calor es completamente análogo al de una máquina frigorífica. .- Como en la bomba de calor lo que interesa es que la cantidad de calor Qc, cedido al foco caliente sea máxima, se define la eficiencia, coeficiente de funcionamiento o coeficiente de operación como:

Nota: Comparando las eficiencias de la bomba de calor y de la máquina frigorífica se observa que

Bomba de calor reversible (equipos de aire acondicionado con bomba de calor) a) Cuando se desea calentar en invierno un recinto determinado -es decir, que el sistema funcione como una bomba de calor-, el intercambiador situado en el interior del recinto deberá actuar como condensador. b) En verano dicho intercambiador funcionará como evaporador, y la instalación se comportará como una máquina frigorífica. De esta manera, se consigue acondicionar térmicamente

un local, dotándolo de confort adecuado que permita el desenvolvimiento de la actividad diaria con el máximo bienestar. Filtros Los filtros de los aparatos climatizadores son piezas importantísimas. Su función principal es eliminar todo tipo de partículas dañinas para la salud. Es conveniente que los filtros sean de calidad, estén bien dispuestos en el equipo y realicen una limpieza excelente. Con el tiempo han evolucionado mucho y hoy están dotados de un alto rendimiento y eficacia. Además cuentan con tratamiento antibacteriano, antimoho y sistemas de purificación del aire. -

Electrostáticos: Potencian la capacidad de filtrado para polvo, polen o bacterias. Las partículas perjudiciales se cargan positivamente y son atraídas mediante electrodos

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negativos, sacándolas del aire. De carbón activado: Absorbe muchos gases orgánicos causantes de los malos olores; también el humo. Los más eficaces también esterilizan el aire. Tienen una duración

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limitada. De tipo seco: Son los filtros de fibras de celulosa, fibra de vidrio o materiales sintéticos. En

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su entramado quedan retenidas las partículas. De tipo viscoso: Un líquido viscoso que recubre el filtro tiene la facultad de dejar atrapadas

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las partículas. De plasma: Es el filtro de tecnología más avanzada, ya que es el único que purifica y desodoriza el aire. Está especialmente indicado para personas que tienen problemas de alergias o asma.

Clasificación Los sistemas de climatización, se clasifican en función del fluido utilizado en los locales a acondicionar, es decir , el fluido que es introducido en los locales y que juntamente con los equipos o elementos terminales han de controlar las variables mencionadas con anterioridad. Pueden distinguirse por tanto los siguientes tipos de sistemas: -

SISTEMAS TODO AIRE, en los que el aire es el único fluido utilizado. SISTEMAS TODO AGUA, en los que es este fluido el único puesto en juego. SISTEMAS AIRE-AGUA, en los que se utilizan aire y agua simultáneamente en el interior

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de los locales. SISTEMAS REFRIGERANTE, en los que el fluido utilizado es un fluido refrigerante.

SISTEMAS TODO AIRE Los sistemas todo aire, son aquellos que utilizan un caudal de aire, frío o caliente, que es enviado al local a acondicionar, donde directamente se encargará de conseguir la adecuada temperatura,

humedad y limpieza del aire. Las unidades terminales que utiliza este sistema son: unidades de difusión (difusores y rejillas de todo tipo), y en caso necesario, unidades de control de la cantidad de aire a suministrar al local (compuertas o elementos de similar función). Las unidades centralizadas son climatizadores que pueden ser del tipo de expansión directa, o bien un climatizador de agua, en cuyo caso precisa de unidades enfriadoras de agua, bombas de calor aire/agua o agua/agua, o calderas SISTEMAS TODO AGUA Los sistemas todo agua, son aquellos que utilizan como fluido caloportador una corriente de agua, fría o caliente, dependiendo de si el sistema está enfriando o calentando, que es transportada al interior del local a acondicionar, donde una unidad terminal se encargará de aprovechar la temperatura del agua para acondicionar el mencionado local. Los elementos que utilizan los sistemas todo agua son, como elementos terminales los fancoils, y como unidades centralizadas, enfriadoras de agua, bombas de calor aire-agua o agua-agua, y/o calderas. SISTEMAS AIRE-AGUA Los sistemas aire-agua son aquellos que utilizan tanto el medio aire como el medio agua, para ser transportado al local a acondicionar. Son, por tanto, una mezcla de los dos sistemas anteriores (sistemas todo agua y todo aire). Los elementos que utilizan estos sistemas son fan-coils o inductores, que se encargan, mediante el agua que reciben, de calentar o refrigerar el local, y climatizadores que típicamente aportan el aire de ventilación a los locales normalmente ya tratado. Estos sistemas vienen, en muchas ocasiones, impuestos por la normativa (que obliga a la ventilación de locales ), y las necesidades constructivas que impiden en la mayoría de los casos hacer tomas de aire exterior para los fan-coils en fachadas. SISTEMAS DE REFRIGERANTE Los sistemas de refrigerante son aquellos que utilizan al fluido refrigerante como elemento de tratamiento en los locales a acondicionar. En el propio local se dispone de un climatizador de expansión directa que funciona como evaporador del fluido refrigerante en caso de funcionar en el ciclo de frío, o como condensador en el caso de ser una bomba de calor en el periodo de calentamiento. Aplicaciones Los ciclos de refrigeración se usan para producir frío, o dicho de otro modo, extraer calor (bajas temperaturas). Una aplicación inmediata de todos conocida es la conservación de los alimentos, ya sean carnes, vegetales o pescados. Y fue precisamente ésta la primera aplicación que se dio al frío.

Una aplicación más reciente pero ligada con la anterior es la congelación. Además de la industria alimentaria, la producción de frío se aplica en todo tipo de industrias metalúrgicas, mecánicas, químicas, con usos muy variados, tales como el montaje en frío de elementos mecánicos y la licuefacción de gases. Hay que destacar también otros usos más recientes, como el acondicionamiento del aire para confort humano, la criocirugía, la conservación de medicamentos y plasma sanguíneo en medicina, etc. .- La bomba de calor se uso inicialmente para la calefacción, aunque debido a la posibilidad de invertir su funcionamiento, como se ha mencionado anteriormente, en la actualidad se utilizan cómo calefacción en invierno y como sistema de refrigeración en verano (aire acondicionado reversible). Además, en instalaciones, que necesiten a la vez aportaciones de calor y refrigeración, la bomba de calor reversible está especialmente implicada (por ejemplo una situación favorable para la utilización de bombas de calor es la combinación en locales con piscina climatizada y sala de patinaje sobre hielo. El agua de la piscina se calienta debido al aporte de calor que recibe del condensador, que a su vez produce hielo para la pista de patinaje).

CONCLUSIONES -

Se analizó cada uno de los temas, teniendo asi un concepto claro de cada uno de los

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mismos. Se Identificó las características fundamentales de cada sistema y como es su

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funcionamiento. Analizamos cada una de las aplicaciones encontradas y pudimos relacionarlas con cada uno de los sistemas.

BIBLIOGRAFIA    

http://www.biblioteca.org.ar/libros/211440.pdf http://www.fenercom.com/pages/pdf/informacion/formacion/Sistemas-de-Climatizacion.pdf https://www.epatest.com/608/manual/Manual_SP.htm#_Toc274770422 http://www.tuaireacondicionadoweb.com/elementos-principales-del-sistema-de-

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