Cómo se logra enfriar el interior de un ambiente confinado? 04/10/2009 Hi-Tech Refrigeración s.a. Ing. Hugo Córdova 1

Transcripción

1 Cómo se logra enfriar el interior de un ambiente confinado? 04/10/2009 Hi-Tech Refrigeración s.a. Ing. Hugo Córdova 1

2 PRINCIPIO DE LA REFRIGERACION En 1852, William Thomson (Lord Kelvin) inventó el principio de la refrigeración. Con el objetivo de conseguir un ambiente frio, el científico creó un circuito frigorífico hermético basado en la absorción del calor a través de un gas refrigerante. Para ello, se basó en 3 principios: El calor se transmite de la temperatura más alta a la más baja, como cuando enfriamos un café introduciendo una cuchara de metal a la taza y ésta absorbe el calor. El cambio de estado del líquido a gas absorbe calor. Por ejemplo, si humedecemos la mano en alcohol, sentimos frío en el momento en que éste se evapora, puesto que absorbe el calor de nuestra mano. La presión y la temperatura están directamente relacionadas. En un recipiente cerrado, como una olla, necesitamos proporcionar menor cantidad de calor para llegar a la misma temperatura que en uno abierto. 2

3 El efecto de Joule-Thomson o efecto Joule-Kelvin En Física, es el proceso en el cual la temperatura de un sistema disminuye o aumenta al permitir que el sistema se expanda libremente manteniendo la entalpía constante. Fue descrito por James Prescott Joule y William Thomson, el primer Barón Kelvin, quienes establecieron el efecto en 1852 modificando un experimento previo de Joule en el que un gas se expandía manteniendo constante su energía interna. 01/09/2009 Hi-Tech Refrigeración s.a. 3

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5 Sistema por Compresión de Vapor: Instalación Básica con 4 componentes 5

6 CICLO DE COMPRESIÓN Compresor Es el corazón de todo sistema de Aire Acondicionado, su función es la de absorber el refrigerante que se encuentra a en estado de gas caliente a una temperatura de 7.2 C y 68 PSIG de presión y comprimirlo hasta convertirlo en gas sobre calentado a una temperatura de 54.4 C y 211 PSIG de presión. 6

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8 CICLO DE CONDENSACIÓN Condensador Es un intercambiador de calor cuya función es la de transferir el calor del refrigerante hacia un medio enfriante que puede ser el aire exterior o agua. En este proceso el refrigerante cede calor pasando de gas sobrecalentado (54.4 C y 211 PSIG) a liquido sub enfriado (35 C y 211 PSIG) El medio enfriante absorbe calor elevando su temperatura. 8

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10 CICLO DE EXPANSIÓN Dispositivo de Expansión Su función es la de expandir el refrigerante pasando de liquido sub enfriado (35 C y 211 PSIG) hasta liquido (1.7 C y 68 PSIG) 10

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12 CICLO DE EVAPORACIÓN Evaporador Es un intercambiador de calor cuya función es la de transferir el calor del ambiente a enfriar hacia el refrigerante liquido. Durante este proceso el refrigerante absorbe calor y pasa de estado de liquido (1.7 C y 68 PSIG) hacia un estado de gas caliente (7.2 C y 68 PSIG). El ambiente a enfriar cede calor y baja su temperatura (20 C). 12

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14 Instalación doméstica CONDENSADOR CAPILAR FILTRO SECADOR LINEA DE LIQUIDO EVAPORADOR LINEA DE DESCARGA COMPRESOR LINEA DE ASPIRACION CONEXION ELECTRICA CONEXIÓN DE SERVICIO 14

15 Instalación típica 10 C 30 C bs 23 C 20 C 45 C 30 C 15

16 Sistema de Refrigeración y Aire Acondicionado 04/10/2009 Hi-Tech Refrigeración s.a. Ing. Hugo Córdova 16

17 Compresores Tipo Reciprocante: Herméticos Semi-herméticos Abiertos Tipo Rotativos De Tornillo De espiral ó Scroll Tipo Centrífugo 17

18 Compresor Reciprocante ó Alternativo Este tipo de compresor mueve un pistón hacia delante en un cilindro mediante una varilla de conexión y un cigüeñal. Si sólo se usa un lado del pistón para la compresión, se describe como una acción única. Si se utilizan ambos lados del pistón, las partes superior e inferior, es de doble acción. La configuración de un compresor Reciprocante puede ser de un único cilindro para baja presión/bajo volumen, hasta una configuración de varias etapas capaz de comprimir a muy altas presiones. 18

19 Compresores Reciprocantes Herméticos Semi Herméticos Abiertos 19

20 Compresor Rotativo Tornillo El compresor de tornillo es un compresor de desplazamiento con pistones en un formato de tornillo; este es el tipo de compresor predominante en uso en la actualidad. Las piezas principales del elemento de compresión de tornillo comprenden rotores machos y hembras que se mueven unos hacia otros mientras se reduce el volumen entre ellos y el alojamiento. La relación de presión de un tornillo depende de la longitud y perfil de dicho tornillo y de la forma del puerto de descarga. El tornillo no está equipado con ninguna válvula y no existen fuerzas mecánicas para crear ningún desequilibrio. Por tanto, puede trabajar a altas velocidades de eje y combinar un gran caudal con unas dimensiones exteriores reducidas 20

21 Compresor Rotativo Tornillo 21

22 Compresor Rotativo Scroll El principio básico de compresión Scroll se basa en la interacción de una espiral fija con otra móvil, ambas idénticas y desfasadas entre si 180. La espiral móvil orbita, siguiendo la trayectoria fijada por la espiral fija y se mantiene unida a esta última gracias a la acción de la fuerza centrífuga. Así es como, desde la periferia, se van formando compartimientos de gas que son desplazados hacia el centro de las espirales, contrayéndose su volumen y aumentando la presión y temperatura, hasta producirse la descarga por el centro. Habrá seis compartimientos operando permanentemente, por lo que la compresión es siempre continúa y uniforme. 22

23 Compresor Rotativo Scroll Vistas de las espirales del compresor Scroll en diversas etapas de la compresión 23

24 Compresor Rotativo Scroll 24

25 Compresor Centrifugo El compresor centrífugo es una turbo máquina que consiste en un rotor que gira dentro de una carcasa provista de aberturas para el ingreso y egreso del fluído. El rotor es el elemento que convierte la energía mecánica del eje en cantidad de movimiento y por tanto energía cinética del fluído. En la carcasa se encuentra incorporado el elemento que convierte la EC en energía potencial de presión (el difusor) completando así la escala de conversión de energía. El difusor puede ser del tipo de paletas sustancialmente radiales, o de caracol. 25

26 Compresor Centrifugo 26

27 Condensadores Enfriados por aire. Enfriados por Agua. Evaporativos. 27

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29 Condensadores Enfriados por Aire Estático Con Ventilación Forzada 29

30 Serpentin condensador para unidad condensadora tipo split, enfriada por aire. 30

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32 Diversos tipos de serpentines condensadores. 32

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34 Condensadores Evaporativos 34

35 Torres de Enfriamiento 35

36 Unidades Condensadoras 36

37 Dispositivo de Expansión Válvula de Expansión Tubo Capilar Orificio Calibrado Placa de Orificio Válvula de Flotador (Para Sistemas Inundados) 37

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41 Válvula de Expansión Termostática 41

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43 Evaporadores Tipo Expansión Directa (DX) Tipo Casco y Tubo Expansión Directa Inundado 43

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45 Evaporadores 45

46 Diversos tipos de serpentines evaporadores de expansión directa 46

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48 LOS REFRIGERANTES Refrigerante es cualquier cuerpo o substancia que actúa como agente de enfriamiento absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia. 48

49 REFRIGERANTES MÁS COMUNES CFC Cloroflurocarbonos : R-11, R-12. HCFC Hidrocloroflurocarbonos : R-22,R-141b HFC Hidrofluorocarbonos : R-134a,R-141b HC Hidrocarbonos : R-600a, Familia R-400 No Azeotrópicos : R-404A, R-410A, R-407C. Familia R-500 Azeotrópicos: R-502,R-507c, R-509 Refrigerantes Naturales : R-717 (NH3), R-744 (CO2), aire, agua. 49

50 CFC: (Flúor, Carbono, Cloro) Clorofluorocarbono totalmente halogenado, no contiene hidrógeno en su molécula química y por lo tanto es muy estable, esta estabilidad hace que permanezca durante largo tiempo en la atmósfera afectando seriamente la capa de ozono y es una de las causas del efecto invernadero.(r-11, R-12, R- 115). HCFC: (Hidrógeno, Carbono, Flúor, Cloro) Es similar al anterior pero con átomos de hidrógeno en su molécula. La presencia de Hidrógeno le confiere menos estabilidad, en consecuencia, se descompondrá en la parte inferior de la atmósfera y no llegará a la estratosfera. Posee un potencial reducido de destrucción de la capa de ozono. 50

51 HFC: (Hidrógeno, Flúor, Carbono) Es un Fluorocarbono sin cloro con átomos de hidrógeno sin potencial destructor del ozono dado que no contiene cloro. (R- 134a, R-141b). 51

52 Los nuevos refrigerantes (HFC) tenderán a sustituir a los CFC y HCFC: CFC/HCFC HFC Limpieza : R-11 (R-141b) Temp.Media: R-12R(134a/R-409/R-600a) Temp.Baja : R-502 (R-404a/R-408) Aire Acond : R-22 (R-407c/R-410A) 52

53 Qué refrigerantes son los más utilizados en equipos de aire acondicionado? Los más utilizados son el R22, R-134a, R407C y el R410A. El R22 es el refrigerante más utilizado actualmente en el sector del aire acondicionado, tanto para instalaciones de tipo industrial como domesticas. El R134a se utiliza normalmente en grandes equipos de enfriamiento de aire. El R407C se utiliza normalmente en enfriadoras de agua de mediana y pequeña potencia además de equipos splits (partidos). Equipos de precision. El R410A se utiliza actualmente en equipos splits. 53

54 El Agujero en la Capa de Ozono 54

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56 Finalmente: En el FUTURO de entre las tecnologías de refrigeración con activación térmica destaca la REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN por ser ampliamente conocida y estar desarrollada, utilizada en todo tipo de aplicaciones refrigeración y aire acondicionado en diferentes sectores industrial y de servicios (comercial, residencial..) Estará disponible comercialmente en toda la gama de potencias pueden utilizar diferentes fuentes térmicas de activación calor residual, termo-solar, combustión, proceso... Se caracterizan por su fiabilidad y flexibilidad de funcionamiento ( mantienen prestaciones a carga parcial ) Utilizan refrigerantes naturales ( no CFC ni HFCs) 56

57 El fin es vivir y trabajar en ambientes con confort climático 04/10/2009 Hi-Tech Refrigeración s.a. Ing. Hugo Córdova 57

58 El fin es vivir y trabajar en ambientes con confort climático 04/10/2009 Hi-Tech Refrigeración s.a. Ing. Hugo Córdova 58

59 Bibliografía Catálogo de los principales fabricantes de equipos de Aire Acondicionado. Publicaciones de la Ashrae. Manual de Aire Acondicionado. Carrier. Ed. Marcombo, Capítulo Air conditioning. Principles and Systems. Edward G. Pita. Ed. Prentice-Hall, Manual de Refrigeración Industrial, by Stoecker. Presentación del ing. Ernesto Sanguinetti en congreso CIAR IX del 2007 Presentación del Ing. Luis Yamada en diversos congresos. Refrigeración y Aire Acondicionado en Perú. Su historia y sus aplicaciones. Por Hugo Córdova. En actual edición /09/2009 Hi-Tech Refrigeración s.a. Ing. Hugo Córdova 59