2. Prefacio
Este libro de texto está redactado para su utilización en
las clases del instituto destinadas a los técnicos
principiantes y de nivel intermedio.
A pesar de que el contenido y las expresiones a veces
pueden resultar inadecuados, los conocimientos y los
conceptos elementales necesarios se presentan de tal
forma que se puedan comprender fácilmente.
Esperamos que este libro de texto le resulte de gran
utilidad y eficiencia.
3. Contenido
Capítulo 1 ......... Principios fundamentales de refrigeración ........................... 3
Capítulo 2 ......... Tabla “Mollier” ....................................................................... 31
Capítulo 3 ......... Clasificación de los acondicionadores de aire .................... 49
Capítulo 4 ......... Componentes ......................................................................... 59
Capítulo 5 ......... Cableado eléctrico ................................................................. 83
Capítulo 6 ......... Obras básicas ......................................................................... 97
Capítulo 7 ......... Instalación ............................................................................ 131
Capítulo 8 ......... Funcionamiento de prueba ................................................. 155
Capítulo 9 ......... Detección y reparación de fallos ........................................ 173
Capítulo 10 ....... Tabla sicrométrica ............................................................... 193
Capítulo 11 ....... Cálculo de carga de refrigeración simple .......................... 203
Capítulo 12 ....... Apéndice ............................................................................... 209
Capítulo 13 ....... Explicaciones suplementarias ............................................ 247
4.
5. Capítulo 1 Principios fundamentales de refrigeración
1.1 Presión ...................................................................................................................................... 4
1.1.1 Masa ............................................................................................................................... 4
1.1.2 Fuerza y peso ................................................................................................................ 5
1
1.1.3 ¿Qué es la “presión”? ................................................................................................... 5
1.1.4 Unidades de presión ..................................................................................................... 6
1.1.5 Ley de Pascal ................................................................................................................. 6
1.1.6 Presión atmosférica ...................................................................................................... 7
1.1.7 Vacío ............................................................................................................................... 7
1.1.8 Conversión de las unidades de presión ...................................................................... 7
1.1.9 Presión absoluta y presión manométrica ................................................................... 9
1.2 Calor y temperatura ................................................................................................................. 9
1.2.1 ¿Qué es el “Calor”? ...................................................................................................... 9
1.2.2 Flujo de calor ................................................................................................................. 9
1.2.3 Transferencia de calor ................................................................................................ 10
1.2.4 ¿Qué es la “Temperatura”? ........................................................................................ 10
1.2.5 Escalas termométricas ............................................................................................... 10
1.2.6 Cero absoluto .............................................................................................................. 11
1.2.7 Escalas de temperatura absoluta .............................................................................. 11
1.2.8 Fórmulas de conversión de temperatura .................................................................. 12
1.2.9 Unidades de calor ....................................................................................................... 13
1.2.10 Trabajo, energía y potencia ........................................................................................ 15
1.3 Calor sensible y calor latente ................................................................................................ 16
1.3.1 Tres estados físicos ..................................................................................................... 16
1.3.2 Cambio de fase del agua ............................................................................................ 17
1.3.3 Saturación, recalentamiento y subenfriamiento ...................................................... 18
1.3.4 Temperatura de saturación ........................................................................................ 19
1.3.5 Calor sensible y calor latente ..................................................................................... 21
1.3.6 Cálculo de la cantidad de calor .................................................................................. 22
1.4 Refrigeración .......................................................................................................................... 23
1.4.1 ¿Qué significa “Refrigeración” y “Climatización”? ................................................. 23
1.4.2 Aislación térmica ........................................................................................................ 23
1.4.3 Carga térmica .............................................................................................................. 23
1.4.4 Refrigerante ................................................................................................................. 23
1.4.5 Principio de refrigeración ........................................................................................... 24
1.4.6 Ciclo de refrigeración ................................................................................................. 29
1.4.7 Piezas principales del sistema de refrigeración ....................................................... 29
1.4.8 Lado bajo y lado alto .................................................................................................. 30
3
6. Capítulo 1 Principios fundamentales de refrigeración
Para estudiar la refrigeración y la climatización, es impor- Tabla 1-1
tante dominar los principios fundamentales de la física y de
Sistema métrico convencional y
la termodinámica que se explican en este capítulo. Sistema yarda/libra
sistema métrico SI
A las personas que ya se familiarizaron con estos principios
fundamentales, este capítulo les servirá de repaso o de
material de referencia. Las unidades constituyen un tema
importante de este capítulo. Se utilizan varias unidades
según las aplicaciones y las regiones y por ahora no se ha
logrado la unificación de las mismas en el mundo. El
sistema yarda/libra sigue en uso en varios países, al tiempo ! Las unidades métricas convencionales y las unidades
que las industrias japonesas de refrigeración y métricas S.I. de masa son las mismas.
climatización utilizan el sistema métrico.
Además, el sistema métrico comprende varios tipos de Para convertir de una unidad a otra, utilice las fórmulas
sistemas. Para luchar contra la confusión causada por la siguientes:
diversidad de unidades, se presenta y apoya ampliamente
el sistema internacional de unidades (SI) En este libro de Para convertir gramos en kilogramos
texto, sin embargo, se explican todas las unidades del
sistema métrico que se utilizan habitualmente, porque
Para convertir gramos en onzas
consideramos que es demasiado precoz adoptar
exclusivamente el sistema métrico SI, ya que este sistema
no se utiliza en los manómetros, catálogos de productos y
materiales técnicos que los técnicos de servicio utilizan en Para convertir kilogramos en gramos
su trabajo diario.
Para que las personas familiarizadas con el sistema yarda/
libra puedan leer este libro de texto, se explican las Para convertir kilogramos en libras
fórmulas de conversión de las unidades del sistema
métrico convencional a las del sistema yarda/libra, así
Para convertir onzas en gramos
como al sistema métrico S.I. que será necesario en un
futuro cercano.
Para convertir onzas en libras
1.1 Presión
Para convertir libras en kilogramos
1.1.1 Masa
Masa ............ La masa es la cantidad de materia Para convertir libras en onzas
en una sustancia medida en gramos y
kilogramos.
Gramo(g) ..... Un centímetro cúbico (cm3) de agua a la
temperatura de mayor densidad tiene Ejemplo Convierta 200 g en kg
una masa de 1 g (Ver Fig. 1-1). Solución
Ejemplo Convierta 500 g en oz
Solución
Ejemplo Convierta 4kg en g
Solución
Ejemplo Convierta 4kg en lb
Solución
Agua Ejemplo Convierta 50oz en g
Solución
Ejemplo Convierta 200oz en lb
Solución
Ejemplo Convierta 80lb en kg
Las relaciones entre gramos, kilogramos y otras unidades Solución :
se indican en la Tabla 1-1. Ejemplo Convierta 5lb en oz
Solución
4
7. 1.1.2 Fuerza y peso Tabla 1-2
Fuerza...Una fuerza se define como un impulso o una Sistema métrico Sistema métrico S.I. Sistema yarda libra
tracción. Es todo lo que tiene tendencia a poner un cuerpo convencional
en movimiento, a detener un cuerpo en movimiento o a
cambiar la dirección del movimiento. Una fuerza también
puede cambiar el tamaño o la forma de un cuerpo.
Peso...El peso es la fuerza más conocida. El peso de un
cuerpo es una medida de la fuerza ejercida sobre el cuerpo
por la fuerza de gravedad de la tierra. (Ver Fig. 1-2)
Las unidades de fuerza son el kilogramo fuerza en el ¿
sistema métrico convencional, el newton [N] en el sistema
¿
métrico S.I.y la libra fuerza [lbf] en el sistema yarda / libra.
Kilogramo fuerza [kgf]...Un kilogramo fuerza es la fuerza de
gravedad de un objeto que tiene una masa de 1 kg. La
fuerza de gravedad da una aceleración de 9,807 metros por
segundo por segundo al objeto. [Ver Fig. 1-3 (a)]
! Generalmente se abrevia kilogramo fuerza como
Newton [N]...Un newton es la fuerza que, cuando se aplica kilogramo, o libra fuerza como libra. Se hace esto incluso
a un cuerpo que tiene una masa de 1kg, proporciona una con sus símbolos “kgf” como “kg”, o “lbf” como “lf”.
aceleración de un metro por segundo por segundo. Los aparatos de medición indican generalmente las
[Ver Fig. 1-3 (b)] unidades de masa. En este capítulo debe entender bien
la diferencia entre peso y masa.
Las relaciones entre kilogramo fuerza y libra fuerza se
indican en la Tabla 1-2. 1.1.3 ¿Qué es la “presión”?
Presión...La presión es la fuerza por la superficie. Puede
describirse como una medida de la intensidad de fuerza en
Peso Constante del muelle un punto dado sobre la superficie de contacto. Puesto que
la fuerza se distribuye de manera uniforme sobre una
superficie dada, la presión en cualquier punto sobre la
superficie de contacto es la misma y puede calcularse
Masa dividiendo la fuerza total ejercida por la superficie total en
la cual se aplica dicha fuerza. Esta relación se expresa por
Fuerza de gravedad
9,807m/s2
la ecuación siguiente. (Ver Fig. 1-5)
Tierra
Donde Presión
Fuerza total
Superficie total
Aceleración:
9,807m/s2
Masa: 1kg Fuerza: 1kgf
Superficie total
Presión
Fuerza total Superficie unidad
Aceleración:
1m/s2
Masa: 1kg Fuerza: 1N Un bloque de hielo (sólido) ejerce una presión sobre su
soporte. El agua (líquido) ejerce una presión sobre los lados
y la parte inferior de su contenedor. El vapor (gas) ejerce
una presión sobre toda la superficie de su contenedor.
(Ver Fig. 1-6)
5
8. ¿
¿
Bloque de hielo Agua Vapor
1.1.4 Unidades de presión ! Como las unidades de peso, las unidades de presión también
se abrevian: kilogramo fuerza por centímetro cuadrado se
Las unidades de presión son el kilogramo fuerza por abrevia en kilogramo por centímetro cuadrado, y libra fuerza
centímetro cuadrado [kgf/cm2] en el sistema métrico por pulgada cuadrada se abrevia en libra por pulgada
convencional, el pascal [Pa), el kilopascal [kPa] en el cuadrada. Sus símbolos también se abrevian: kgf/cm2 en kg/
sistema métrico S.I. y la libra por pulgada cuadrada [psi] en cm2 y lbf/pulg.2 en lb/pulg.2. En los manómetros generalmente
el sistema yarda libra. utilizados por los técnicos de servicio sólo se indica kg/cm2 o
lb/pulg.2. No hay ningún problema en considerar que kg/cm2 o
Kilogramo fuerza por centímetro cuadrado [kgf/cm2]...Un lb/pulg2 son equivalentes respectivamente a kgf/cm2 o lbf/pulg2.
sólido que pesa 1kgf con una superficie inferior a
1cm2 ejerce una presión de 1kgf/cm2 sobre una 1.1.5 Ley de Pascal
superficie plana. [Ver Fig. 1-7 (a)]
Ley de Pascal...La presión aplicada sobre un fluido
Pascal [Pa]...Un pascal es un newton por metro cuadrado. encerrado se transmite de forma igual en todas las
[Ver Fig- 1-7 (b)] direcciones.
1 kilopascal [kPa] = 1000 Pa La Fig. 1-9 ilustra la ley de Pascal. Muestra un cilindro lleno
de fluido con diferentes formas de cámaras.
Libras por pulgada cuadrada [psi]...Un sólido que pesa 1 lb Se instala un pistón en un cilindro pequeño que se conecta
con una superficie de 1pulg.2 ejerce una presión de 1 a un cilindro mayor. Se aplica una fuerza al pistón en el
psi sobre una superficie plana. [Ver Fig. 1-7 (c)] cilindro más pequeño. Los manómetros de presión indican
que la presión se transmite igualmente en todas las
direcciones y cámaras sin que importen el tamaño y la
Fuerza (Peso) =1kgf
forma de las cámaras.
Superficie inferior
Presión:
Fuerza (Peso) =1N
Superficie inferior
Presión:
Pistón
Fuerza (Peso) =1lbf
Fuerza
6
9. 1.1.6 Presión atmosférica La presión atmosférica se expresa de diferentes formas:
Presión atmosférica = 1,033kgf/cm2
Presión atmosférica...La Tierra está rodeada de una = 1atm
envoltura de atmósfera o aire. El aire tiene un peso y = 760mmHg
ejerce una presión sobre la superficie de la tierra. La = 101,3kPa
presión ejercida por la atmósfera se denomina = 14,70lbf/pulg2 (psi)
presión atmosférica. = 29,92 pulg Hg
El peso de una columna de aire que tiene una base de 1
centímetro cuadrado y que se extiende desde la superficie
de la tierra a nivel del mar hasta los límites superiores de la
atmósfera es de 1,033kgf (14,70lbf). Por lo tanto, la presión 1.1.7 Vacío
sobre la superficie de la tierra a nivel del mar que resulta
del peso de la atmósfera es de 1,033kgf/cm2 (14,70lbf/cm2) Vacío..Las presiones inferiores a la presión atmosférica se
(Ver Fig. 1-10) llaman vacío.
Vacío absoluto...Una presión que ya no puede reducirse
Barómetro...Para medir en forma experimental la presión
más se llama vacío absoluto.
atmosférica, se utiliza un barómetro. Un barómetro
Vacío imperfecto...Una presión inferior a la presión
simple consiste en un tubo de vidrio sellado en un
atmosférica, sin ser un vacío absoluto, se llama vacío
extremo y abierto en el otro. Se rellena el tubo con
imperfecto.
mercurio, luego se sella el extremo abierto con un
dedo y se lo coloca en un recipiente con mercurio.
El vacío absoluto se expresa de diferentes formas, tal como
Cuando se saca el dedo, el mercurio desciende al
se indica a continuación.
nivel correspondiente a la presión atmosférica. La
Vacío absoluto = 0 kgf/cm2
altura de la columna de mercurio es de 760mm
= 0 mmHg
(29,92 pulg.) a nivel del mar en condiciones estándar.
= 0 Pa
(Ver Fig. 1-11)
= 0 psi
= 0 pulg.Hg
Presión
atmosférica
Moléculas
vacío Presión Vacío Vacío
atmosférica imperfecto absoluto
760mm (29,92 pulg.)
1.1.8 Conversión de las unidades de presión
Mercurio (Hg)
La Tabla 1-3 indica las relaciones entre kgf/cm2, kPa, psi y
otras unidades.
Tabla 1-3
Sistemas métricos convencionales Sistema métrico S.I. Sistema yarda libra
7
10. Para convertir de una unidad a otra, utilice las fórmulas
siguientes:
Para convertir kgf/cm2 en atm Ejemplo Convierta 20kgf/cm2 en atm
Solución
Para convertir atm en kgf/cm2 Ejemplo Convierta 2 atm en kgf/cm2
Solución
Para convertir kgf/cm2 en mmHg Ejemplo Convierta 1,5kgf/cm2 en mmHg
Solución
Para convertir mmHg en kgf/cm2 Ejemplo Convierta 745mmHg en kgf/cm2
Solución
Para convertir kgf/cm2 en kPa Ejemplo Convierta 12kgf/cm2 en kPa
Solución
Para convertir kPa en kgf/cm2 Ejemplo Convierta 105kPa en kgf/cm2
Solución
Para convertir kgf/cm2 en psi Ejemplo Convierta 20kgf/cm2 en psi
Solución
Para convertir psi en kgf/cm2 Ejemplo Convierta 300psi en kgf/cm2
Solución
Para convertir kPa en psi Ejemplo Convierta 150kPa en psi
Solución
Para convertir psi en kPa Ejemplo Convierta 40psi en pKa
Solución
Para convertir psi en pulg. Hg Ejemplo Convierta 28psi en pulg. Hg
Solución
Para convertir pulg. Hg en psi Ejemplo Convierta 62 pulg. Hg en psi
Solución
8
11. 1.1.9 Presión absoluta y presión manométrica Ejemplo : Un manómetro de presión indica 18kgf/cm2.
Presión manométrica...La presión manométrica es la ¿Cuál es la presión absoluta en este caso?
presión indicada por el manómetro. Es importante entender Solución : La presión absoluta = 18 + 1,03
que los manómetros están calibrados para una lectura cero = 19,03 kgf/cm2
de la presión atmosférica. Los manómetros sólo miden la
diferencia de presión entre la presión total del fluido en el Ejemplo : Un manómetro compuesto instalado en el
recipiente y la presión atmosférica. tubo de aspiración indica 200mmHg.
Las presiones manométricas se expresan en “kgf/cm2G” o ¿Cuál es la presión absoluta?
“psig”. Solución : Presión absoluta = 760 –200 = 560mmHg
Presión absoluta...La presión absoluta es la presión “total”
o la presión “verdadera” de un fluido. Cuando la presión de
un fluido es superior a la presión atmosférica, la presión
absoluta se determina añadiendo la presión atmosférica a 1.2 Calor y temperatura
la presión manométrica. Cuando la presión del fluido es
inferior a la presión atmosférica, la presión absoluta se 1.2.1 ¿Qué es el “Calor”?
determina restando la presión manométrica de la presión El calor es una forma de energía. Está relacionado con la
atmosférica. vibración o el movimiento molecular. Una molécula es la
Para la resolución de la mayoría de los problemas de partícula más pequeña en la que se puede descomponer
presión y volumen o cuando se utiliza la tabla Mollier, es cualquier sustancia, conservando su identidad química.
necesario utilizar las presiones absolutas. Cuando se calienta una sustancia, las moléculas se mueven
Las presiones absolutas se expresan en “kgf/cm2abs” o rápidamente. Cuando se enfría una sustancia, su
“psia”. movimiento disminuye. Cuando se quita todo el calor de
Sin embargo, se omiten generalmente las letras “G”, “g”, una sustancia, se detiene todo el movimiento molecular. En
“abs” o “a”, salvo cuando resulta necesario discriminar la otros términos, cuando se calienta una sustancia, se añade
presión manométrica y la presión absoluta. calor, y cuando se enfría se quita calor. (Ver Fig. 1-14)
Molécula
1.2.2 Flujo de calor
Presión
atmosférica
El calor siempre fluye desde una sustancia más caliente hacia
una más fría. Lo que sucede es que las moléculas que se
mueven más rápidamente transmiten algo de su energía a las
moléculas que se mueven más lentamente. Por lo tanto, las
moléculas más rápidas ralentizan un poco su movimiento
mientras que las más lentas lo aceleran un poco. (Ver Fig. 1-15)
Sustancia Sustancia
Vacío más fría más caliente
absoluto
Presión absoluta Presión atmosférica
o Lectura manométrica
Presión absoluta
Calor
Lectura manométrica
9
12. 1.2.3 Transferencia de calor
El calor se transmite de un cuerpo a otro según los Calor
métodos siguientes.
Radiación...El calor se transfiere en forma de movimiento
de onda similar a las ondas luminosas en las que la energía
se transmite de un cuerpo a otro sin necesidad de que haya
una materia intermediaria. (Ver Fig. 1-16(a)) Temperatura Calor
Termómetro
Conducción...Es el flujo de calor entre las partes de una
sustancia. El flujo también puede ser de una sustancia a otra
cuando las mismas están en contacto directo. (Ver Fig. 1-16(b))
Convección...Es el desplazamiento del calor de un lugar a
otro mediante un fluido o el aire. (Ver Fig. 1-16(b))
1.2.5 Escalas termométricas
Algunos sistemas de transferencia de calor utilizan una
La escala de temperatura más común en el sistema métrico
combinación de estos tres métodos.
es la de Celsius, que también se llama a veces escala de
centígrados. La otra escala termométrica común en el
sistema yarda libra es la de Fahrenheit. El sistema métrico
ión
Radiac S.I. utiliza la escala de Kelvin, que se explica en el punto
1.2.7. La graduación de los termómetros de estas dos
escalas se determina por la temperatura del hielo en fusión
y la del agua hirviendo.
Centígrado...En la escala de Centígrados, la temperatura del
hielo en fusión o temperatura de congelación del agua es
de 0°C. La temperatura del agua hirviendo es de 100°C. Hay
100 espacios o grados en la escala entre las temperaturas
de congelación y de ebullición.
Calentador eléctrico
Fahrenheit...En el termómetro Fahrenheit, la temperatura
del hielo en fusión o temperatura de congelación del agua
cció n es de 32°F. La temperatura de ebullición del agua es de
Conve
212°F. Esto deja 180 espacios o grados entre la temperatura
de congelación y la de ebullición.
! Los puntos de congelación y ebullición se basan en las
temperaturas de congelación y ebullición del agua a una
presión atmosférica estándar.
Agua
Condu
cción
Punto de ebullición
Quemador
100 espacios 180 espacios
1.2.4 ¿Qué es la “Temperatura”?
Temperatura...La temperatura mide la intensidad del calor o
el nivel del calor de una sustancia. La temperatura sola no
proporciona la cantidad de calor en una sustancia, sino que
indica el grado de calor o lo caliente o fría que está una
sustancia o un cuerpo.
Punto de congelación
Es importante no utilizar las palabras “calor” y
“temperatura” a la ligera.
Centígrado Fahrenheit
10
13. 1.2.6 Cero absoluto
Cero absoluto...El cero absoluto es la temperatura en la que
se detiene el movimiento molecular. Es la temperatura más
baja posible. En este punto no queda ningún calor en la
sustancia.
1.2.7 Escalas de temperatura absoluta
Las dos escalas de temperatura absoluta se utilizan en trabajos
con temperaturas extremadamente bajas o para resolver
problemas termodinámicos. El sistema métrico convencional y
el sistema métrico S.I. utilizan la escala Kelvin, mientras que el
sistema yarda libra utiliza la escala Rankine.
Kelvin [K]...La escala Kelvin utiliza las mismas divisiones
que la escala Celsius. El cero en la escala Kelvin (0K) es de
273 grados bajo 0°C.
Rankine [R]...La escala Rankine utiliza las mismas
divisiones que la escala Fahrenheit. El cero en la escala
Rankine (0R) es de 460 grados bajo 0°F.
Cero absoluto
Kelvin Rankine
11
14. 1.2.8 Fórmulas de conversión de temperatura
A veces resulta necesario convertir una temperatura de una
escala a otra. A continuación, se indican las fórmulas para ello.
Para convertir grados Celsius en grados Ejemplo Convierta 40°C en grados Fahernheit
Fahrenheit.
Solución
Ejemplo Convierta 50°F en grados Celsius
Para convertir grados Fahrenheit en grados
Celsius. Solución
Ejemplo Convierta -20°C en grados Kelvin
Para convertir grados Celsius en grados
Solución
Kelvin.
Ejemplo Convierta 400 K en grados Celsius
Para convertir grados Kelvin en grados
Solución
Celsius
Ejemplo Convierta 20°F en grados Rankine
Para convertir grados Fahrenheit en grados
Solución
Rankine.
Ejemplo Convierta 200R en grados Fahrenheit
Para convertir grados Rankine en grados
Solución
Fahrenheit.
12
15. 1.2.9 Unidades de calor
Como ya lo explicamos, un termómetro sólo mide la
intensidad de calor, pero no mide una cantidad. Sin
embargo, cuando se trabaja con calor, a menudo es Calor Calor Calor Calor Calor
necesario determinar cantidades de calor. Obviamente, se
requieren unidades de calor. Existen varias unidades de Calor Calor
calor. El sistema métrico convencional utiliza la caloría [cal]
Calor Calor
o la kilocaloría [kcal]. El sistema métrico S.I. utiliza los julios
[J] y kilojulio [kJ]. El sistema yarda libra utiliza la British Calor Calor Calor Calor Calor
thermal unit [Btu].
Caloría [cal]...La cantidad de calor requerida o extraída para
aumentar o reducir en 1°C la temperatura de 1g de agua es ¿Cuánto?
igual a 1cal. [Ver Fig 1-22(a)]
Kilocaloría [kcal)...La cantidad de calor requerida o extraída
para aumentar o reducir en 1°C la temperatura de 1kg de
1 grado
agua es igual a 1kcal. [Ver Fig. 1-22(b)]
Julio [J]...La cantidad de calor requerida para aumentar en
1°C la temperatura de 1g de agua es equivalente a 4,187J.
1g de agua
La cantidad de calor extraída para reducir en 1°C la
temperatura de 1g de agua también es equivalente a Quemador
4,187J. [Ver Fig. 1-22(a)]
1cal o 4,187J añadido
Kilojulio [kJ]...La cantidad de calor requerida o extraída
para aumentar o reducir de 1°C la temperatura de 1kg de
agua es equivalente a 4,187kJ. [Ver Fig. 1-22(b)] 1 grado
British thermal unit [Btu]...La cantidad de calor extraída
para reducir en 1°F la temperatura de 1lb de agua es
equivalente a 1Btu. [Ver Fig. 1-22(c)] 1kg de agua
La relación entre cal, kcal y otras unidades se indica en la
Tabla 1-4.
1kcal o 4,187J añadido
1 grado
1lb de agua
1Btu añadida
Tabla 1-4
Sistema métrico convencional Sistema métrico S.I. Sistema yarda libra
13
16. Para convertir una unidad en otra, utilice las conversiones
siguientes.
Para convertir calorías en kilocalorías Ejemplo Convierta 2500cal en kcal
Solución
Para convertir kilocalorías en calorías Ejemplo Convierta 5kcal en cal
Solución
Para convertir kilocalorías en kilojulios Ejemplo Convierta 5kcal en kJ
Solución
Para convertir kilojulios en kilocalorías Ejemplo Convierta 100kJ en kcal
Solución
Para convertir kilocalorías en British Ejemplo Convierta 2500kcal en Btu
thermal units
Solución
Para convertir British thermal units en Ejemplo Convierta 20.000Btu en kcal
kilocalorías
Solución
Para convertir British thermal units en Ejemplo Convierta 25.000Btu en kJ
kilojulios
Solución
Para convertir kilojulios en British Ejemplo Convierta 500kJ en Btu
thermal units
Solución
Para convertir julios en kilojulios Ejemplo Convierta 8000J en kJ
Solución
Para convertir kilojulios en julios Ejemplo Convierta 2kJ en J
Solución
14
17. 1.2.10 Trabajo, energía y potencia
Trabajo...El trabajo es la fuerza multiplicada por la distancia
por la que se desplaza.
Las unidades de trabajo son el kilogramo fuerza metro [kgf
m] en el sistema métrico convencional, el julio [J] en el
Fuerza
sistema métrico S.I. y el pie-libra fuerza [ft-lbf] en el
sistema yarda libra.
Kilogramo fuerza metro [kgf-m]...El kilogramo fuerza metro
Fuerza: 1kgf
es la cantidad de trabajo efectuado por una fuerza de 1kgf
que desplaza 1m su punto de aplicación. [Ver Fig. 1-23(a)] Trabajo = Fuerza x Distancia
= 1kgf x 1m = 1kgf.m
Julio [J]...El julio es la cantidad de trabajo efectuado por
una fuerza de 1N que desplaza 1m su punto de aplicación.
[Ver Fig. 1-23(b)]
Energía...La energía es la capacidad o aptitud para efectuar
un trabajo.
En el trabajo de refrigeración, se deben considerar tras
formas comunes de energía, relacionadas entre sí: energía Fuerza
mecánica, eléctrica y térmica.
El estudio de la refrigeración trata principalmente de la
energía térmica, pero ésta se produce generalmente Fuerza: 1N
mediante una combinación de energía eléctrica y mecánica. Trabajo = Fuerza x Distancia
En una unidad refrigerante, la energía eléctrica fluye por un = 1N x 1m = 1Nm = 1J
motor eléctrico y esta energía eléctrica se transforma en
energía mecánica que se utiliza para hacer girar un
compresor. El compresor comprime el vapor a una presión
y temperatura elevadas, transformando la energía
mecánica en energía térmica. (Ver Fig. 1-24) Energía eléctrica
Se utilizan varias unidades para medir la energía mecánica,
térmica y eléctrica. La Tabla 1-5 indica las relaciones entre
estas unidades.
Potencia...La potencia es el cociente entre el trabajo
Energía mecánica Energía térmica
realizado y el tiempo empleado en realizarlo.
Las unidades de potencia son el kilogramo fuerza metro por
segundo [kgfm/s] en el sistema métrico convencional,
kilovatios (kw) en el sistema métrico S.I. y la fuerza pie libra
por segundo [ft.lbf/s] en el sistema yarda libra.
También existen otras unidades además de las
mencionadas. La Tabla 1-6 indica la relación entre estas
unidades.
Tabla 1-5
Sistema métrico
Sistema métrico convencional Sistema yarda libra
S.I.
Energía Energía mecánica,
Energía mecánica eléctrica Energía térmica eléctrica y térmica Energía mecánica Energía térmica
15
18. Tb1 1- 6
aa-
l6
Tabla
Sistema métrico convencional Sistema métrico S.I. Sistema yarda libra
! Esta sección sirve para entender que el calor es una forma de
energía que puede convertirse en otras formas y viceversa.
Muchas unidades de conversión representadas en esta sección
se utilizan para calcular cargas y determinar la capacidad de un
equipo destinado a aplicaciones de refrigeración específicas.
1.3 Calor sensible y calor latente
1.1.3.1 Teet destados físicos
.1
3 Tresofio
r ssa s c s
í
s Hielo Agua Vapor
Las sustancias existen en tres estados, y ello en función de
su temperatura, presión y contenido térmico. Por ejemplo,
el agua a presión atmosférica estándar es un sólido (hielo)
a una temperatura inferior a 0°C (32°F), un líquido (agua) a
partir de 0°C (32°F) hasta 100°C (212°F). A partir de 100°C
(212°F) se transforma en gas (vapor). (Ver Fig. 1-25)
Sólidos ...Un sólido es cualquier sustancia física que
conserva su forma incluso cuando no está en un envase. Se
compone de miles de millones de moléculas, todas
exactamente del mismo tamaño, masa y forma. Las
moléculas permanecen en la misma posición relativa con
respecto a las otras y están en la condición de vibración
rápida. Cuanto más baja es la temperatura, más lentamente
vibran las moléculas. Cuanto más alta es la temperatura,
más rápida es la vibración. Las moléculas son atraídas
fuertemente una hacia la otra. Se necesita una fuerza
considerable para separarlas. (Ver Fig. 1-26(a))
Líquidos ...Un líquido es cualquier sustancia física que cobra
libremente la forma de su envase. Sus moléculas son
atraídas fuertemente entre sí. Imagine las moléculas como
si estuvieran nadando entre sus compañeras sin jamás
separarse de ellas. Cuanto más alta es la temperatura, más
rápidamente nadan las moléculas. [Ver Fig. 1-26(b)]
Gases ...Un gas es cualquier sustancia física que debe
encerrarse en un recipiente sellado para evitar que se
escape a la atmósfera. Las moléculas tienen poca o
ninguna atracción entre ellas, y vuelan en línea recta. Líquidos
Ev
Rebotan unas contra otras, contra otras sustancias o contra
ap
las paredes del recipiente. [Ver Fig. 1-26 ( c)]
or
ón
ac
si
Co
ón
ió
Fu
La mayoría de las sustancias cambian su estado físico con
n
ci
nd
ca
en
ifi
la adición o extracción de calor.
lid
sa
So
ció
Causas de adición de calor
n
• sólidos que se transforman en líquidos...Fusión Sólidos Sublimación Gases
• sólidos que se transforman en gases...Sublimación
• líquidos que se transforman en gases...Evaporación
Causas de extracción de calor
• gases que se transforman en líquidos...Condensación Estos cambios de estado se producen bajo las mismas
• líquidos que se transforman en sólidos...Solidificación combinaciones de temperatura y presión para cada
(Ver Fig. 1-27) sustancia dada.
16
19. 1.3.2 Cambio de fase del agua
Suponga que se debe calentar hielo picado a -50°C en un
recipiente mantenido sobre una llama de gas. Cuando se
aplica el calor, la temperatura del hielo picado aumenta
hasta que el hielo empieza a derretirse. Luego, la
Temperatura [°C]
temperatura se mantiene a 0°C mientras queda alguna
cantidad de hielo. Finalmente, todo el hielo picado se
transforma en agua a una temperatura de 0°C. Obviamente,
el gas que se quema proporciona calor al hielo. Pero
cuando la temperatura deja de aumentar, ¿adónde va este
calor? La respuesta es que el hielo se está derritiendo.
Cambia de sólido a líquido. Ahora bien, para cambiar de
sólido a líquido, cualquier sustancia necesita la aplicación
de calor.
Cuando el hielo picado se ha derretido completamente, la
aplicación posterior de calor aumenta la temperatura hasta
que el agua comienza a hervir. Luego la temperatura deja
de aumentar y se mantiene a 100°C mientras hierve el
agua. Finalmente el agua se transforma en vapor a 100°C.
Vapor
Para cambiar una sustancia de líquido a vapor, también se Hielo
requiere la aplicación de calor. picado
Cuando el agua se ha evaporado por completo, una
aplicación posterior de calor al vapor a 100°C aumenta la
Agua
temperatura del vapor. Quemador
Hielo Hielo Agua Agua y Vapor
Temperatura de fusión...La temperatura a la cual un sólido picado picado vapor
se transforma en líquido se llama “temperatura de fusión“ y agua
o “punto de fusión”.
de A a B de B a C de C a D de D a E de E a F
Temperatura de ebullición...La temperatura a la cual un
líquido se transforma en vapor se llama “temperatura de P= presión atmosférica
ebullición”, a veces también llamada “punto de ebullición”,
“temperatura de evaporación”, “temperatura de
evaporación” o “temperatura de saturación”.
La explicación de arriba se refiere al caso en el cual se
incorpora calor a una sustancia. Si se extrae calor de la
sustancia, el proceso se invierte. Por ejemplo, el vapor se
Temperatura de
condensa y el líquido se solidifica por extracción de calor. Temperatura de fusión
solidificación
Temperatura de condensación...La temperatura a la cual un
vapor se transforma en líquido se llama “temperatura de Temperatura de Temperatura de
condensación” o “temperatura de saturación”. ebullición condensación
Temperatura de solidificación...La temperatura a la cual un ! A presión constante
líquido se transforma en sólido se llama la “temperatura de
solidificación”.
17
20. 1.3.3 Saturación, recalentamiento y subenfriamiento
Líquido de saturación...Cuando se aumenta la temperatura
de un líquido hasta la temperatura de saturación, o sea
Calefacción
cuando cualquier calor adicional aplicado al líquido Refrigeración
provoca la evaporación de una parte del mismo, se dice
que el líquido está saturado. Este líquido se llama “líquido Líquido Mezcla líquido- Vapor
saturado”. subenfriado vapor recalentado
Vapor saturado...Cuando se baja la temperatura de un
vapor hasta la temperatura de saturación, o sea cuando
cualquier enfriamiento posterior del vapor provoca la
Líquido Vapor
condensación de una parte del vapor, se dice que el vapor
está saturado. Este vapor se llama “vapor saturado”.
Un vapor saturado puede también describirse como un
vapor procedente de un líquido que se evapora mientras la
temperatura y presión del vapor son las mismas que las del
líquido saturado del que procede. Líquido Vapor
saturado saturado
Vapor recalentado...Cuando se aumenta la temperatura de
un vapor por encima de la temperatura de saturación, se
dice que el vapor está recalentado y se llama “vapor
recalentado”.
Para recalentar un vapor, es necesario separar el vapor del
líquido que se evapora. Mientras el vapor sigue en contacto
con el líquido, permanece saturado. Por lo tanto, cualquier
calor añadido a la mezcla líquido-vapor aumenta la
evaporación de líquido y no recalienta el vapor.
Temperatura
Líquido subenfriado...Si, después de la condensación, se Cantidad de
enfría un líquido de tal forma que se reduzca su recalentamiento
temperatura por debajo de la temperatura de saturación, se Cantidad de
dice que el líquido está “subenfriado”. Cualquier líquido a subenfriamiento
cualquier temperatura superior a la temperatura de fusión
es un líquido subenfriado.
La cantidad de recalentamiento o subenfriamiento se
determina por la aplicación de la ecuación siguiente: Calor sensible Calor latente Calor sensible
Cantidad de recalentamiento (S.H.) = temperatura del vapor
recalentado – temperatura de saturación correspondiente a
la presión
cantidad de subenfriamiento (S.C) = temperatura de
saturación correspondiente a la presión – temperatura del
líquido subenfriado.
Ejemplo : Dar la cantidad de recalentamiento de un
vapor (agua) a 120°C, 1atm.
Solución : Temperatura de saturación = 100°C
S. H.= 120°C - 100°C = 20°C
Ejemplo : Dar la cantidad de subenfriamiento de
agua a 60°C, 1atm
Solución : S.C.= 100°C -60°C = 40°C
18
21. 1.3.4 Temperatura de saturación
La temperatura de saturación es diferente para cada
sustancia. El agua hierve a 100°C, el alcohol se evapora a R-22 22
78°C y el R-22 a –40,8°C a la presión atmosférica. Zona de vapor Zona de líquido
recalentado de R- subenfriado de
La temperatura de saturación de un líquido o de un vapor
Zona de líquido subenfriado de
cambia con la presión. Cuando aumenta la presión,
aumenta la temperatura de saturación. Cuando se reduce la
presión, también baja la temperatura de saturación.
Por ejemplo, la temperatura de saturación del agua a la
presión atmosférica (1.03kgf/cm2abs) es de 100°C. Si la
presión sobre el agua aumenta a 2,0kgf/cm2abs, la
temperatura de saturación del agua aumenta a 119°C. Por agua
Agua
otra parte, si se reduce la presión sobre el agua de 1,03kgf/
cm2abs a 0,5kgf/cm2abs, la nueva temperatura de
saturación del agua será de 81°C. Zona de vapor recalentado de
agua
Gráfico de saturación...La Fig. 1-31 indica la relación entre
la presión y la temperatura del agua y del R-22. Este gráfico Temperatura (°C)
se llama “gráfico de saturación”. Es muy útil para obtener
las informaciones siguientes:
(1) Para conocer el estado físico de una sustancia
• Si la intersección de las líneas de temperatura y
presión están a la izquierda de la curva de saturación,
se dice que la sustancia está subenfriada.
• Si la intersección está a la derecha de la curva, se dice
que la sustancia está recalentada. A: Líquido
subenfriado
Presión absoluta
• Si la intersección está exactamente en curva, se dice B: Líquido o vapor
que la sustancia está saturada. [Ver Fig. 1-32(a)] saturado
C: Vapor
(2) Para obtener la temperatura de saturación recalentado
correspondiente a la presión
• La temperatura de saturación es la temperatura en la
intersección de la línea de presión y de la curva de
saturación. [Ver Fig. 1-32(b)]
(3) Para obtener la presión de saturación correspondiente a Temperatura
la temperatura
• La presión de saturación es la presión en la
intersección de la línea de temperatura y de la curva de
saturación . [Ver Fig. 1-32(b)]
Presión absoluta
(4) Para encontrar la cantidad de S.H. y S.C.
• La distancia entre el punto del estado y la curva de
saturación representa la cantidad de S.H. o de S.C. [Ver
Fig. 1-32 (c)]
Utilice la tabla de saturación indicada en la Tabla 1-7 en
lugar de la tabla de saturación descrita anteriormente para
Temperatura
mejorar la precisión de lectura, lo cual resulta muy útil para
los servicios de posventa.
Presión absoluta (kgf/cm2abs)
Presión absoluta
Temperatura
19
22. Tabla 1-7 Tabla de saturación (R-22)
Presión Temperatura Presión Temperatura Presión Temperatura Presión Temperatura Presión Temperatura Presión Temperatura
de de de de de de
saturación saturación saturación saturación saturación saturación
Ejemplo Cuál es la temperatura de saturación correspondiente a la presión de 18kgf/cm2G?
Solución La tabla 1-7 indica que la temperatura de saturación es de 48,25°C.
20
23. 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 -50°C hasta
un vapor a 150°C a la presión atmosférica.
(1) Desde A hasta B, se añadieron 25,2kcal para aumentar la
temperatura del hielo de -50°C hasta 0°C.
(2) Desde B hasta C, se añadieron 79,6kcal para fundir el
Temperatura (°C)
hielo sin cambio de temperatura.
(3) Desde C hasta D, se añadieron 100kcal para calentar el
agua hasta su punto de ebullición (de 0°C a 100°C)
(4) Desde D hasta E, se añadieron 539kcal para transformar
el agua en vapor sin cambiar su temperatura.
(5) Desde E hasta F, se añadieron 22,1kcal para aumentar la
temperatura del vapor de 100°C a 150°C.
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 fusión”. (de B a C)
• El calor requerido para aumentar la temperatura del
agua también se llama “calor sensible”. (de C a D)
• El calor requerido para transformar el agua en vapor se Vapor
Hielo
llama “calor latente de evaporación”. (de D a E) picado
Cuando se invierte el proceso:
• El calor que se extrae para cambiar el vapor en agua se Agua
Quemador
llama “calor latente de condensación”. (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 solidificación”. (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 la
temperatura aumenta cuando se añade calor, el aumento
de calor se llama calor sensible. Asimismo, cuando se Ca
lo
extrae calor de una sustancia cuando la temperatura r
desciende, el calor extraído también se llama calor
sensible. [Ver Fig. 1-34(a)]
El calor que produce un cambio de temperatura de una
sustancia se llama calor sensible. Sustancia Sustancia
Calor latente...Ya hemos establecido que todas las
sustancias puras pueden cambiar de estado. Los sólidos se
vuelven líquidos, los líquidos se vuelven gases, etc. Se (a) Ningún cambio de estado físico
requiere la adición o extracción de calor para producir estos
cambios. El calor que causa estos cambios se llama calor
latente. (Ver Fig. 1-34(b)) Ca
lo
r Ningún cambio de
El calor que produce un cambio de estado sin cambio de temperatura
temperatura se llama calor latente.
Sustancia Sustancia
(b) Cambio del estado físico
21
24. 1.3.6 Cálculo de la cantidad de calor El calor latente requerido para un cambio de fase en las
sustancias también difiere para cada materia. La Tabla 1-9
Calor específico...El calor específico de una sustancia es la proporciona la lista del calor latente de
cantidad de calor que se debe añadir o extraer para hacer evaporación(condensación) de varias sustancias.
variar en un grado Celsius la temperatura de un kilogramo
de la sustancia. Tabla 1-9
Calor latente de evaporación (condensación)
Observe que por la definición de kcal, el calor específico del
Sistema métrico Sistema métrico
agua es de 1kcal por kilogramo por grado Celsius. Sustancia
convencional S.I.
Sistema yarda libra
El calor requerido para producir un cambio de temperatura
en las sustancias cambia según los tipos y cantidades de
Agua a a a
sustancias. La Tabla 1-8 indica el calor específico de varias
a a a
sustancias comunes.
a a a
Tabla 1-8 a a a
Calor específico
Sistema métrico
Sustancia convencional y sistema Sistema métrico S.I.
El valor del calor latente de cualquier líquido particular
yarda libra varía en función de la presión ejercida sobre dicho líquido.
Cuando la presión aumenta, el valor del calor latente
Agua disminuye.
Hielo
Madera La cantidad de calor que se debe añadir o extraer de
Hierro cualquier masa de materia dada para provocar un cambio
Mercurio específico de estado puede calcularse con la ecuación
Alcohol siguiente:
Cobre QL = M • h
Nota: Los valores arriba mencionados deben utilizarse para los cálculos que Donde QL = la cantidad de calor absorbida o expulsada por
no implican un cambio de estado. la sustancia
M = Masa de la sustancia
! El calor específico de cualquier materia también varía en h = Calor latente de la sustancia
la escala de temperatura. La variación es tan pequeña
que se puede considerar que el calor específico es un
valor constante en la mayoría de los cálculos.
Ejemplo : Encuentre la cantidad de calor en kcal que
Se puede calcular la cantidad de calor que se debe añadir o se debe añadir para evaporar 10 kg de agua
extraer de una masa de materia dada para ocasionar un a 100°C.
cambio específico en su temperatura. Se utiliza la ecuación Solución : El calor latente de evaporación del agua
siguiente: = 539kcal/kg
Qs = M • C(t2-t1) QL = 10kg x 539 kcal/kg = 5390 kcal
Donde Qs = Cantidad de calor absorbida o
expulsada por la sustancia
M = Masa de la sustancia
C = Calor específico de la sustancia
t2 = Temperatura final
t1 = Temperatura inicial
Ejemplo : Encuentre la cantidad de calor, en kcal, que
se debe añadir a un bloque de cobre de 20
kg para que pase de 30°C a 250°C.
Solución : El calor específico del cobre
= 0,095kcal/kg°C
Qs = 20kg x 0,095 kcal/kg°C x (250-30)°C
= 418 kcal
22
25. 1.4 Refrigeración
1.4.1 ¿Qué se entiende por “Refrigeración” y “Climatización”?
Refrigeración...Se define como el proceso de reducción y
mantenimiento de la temperatura de un espacio o materia
ad
Polvo
Humed
por debajo de la temperatura del entorno.
or
Cal
or
Cal
Climatización...Se define como el proceso de tratamiento
del aire destinado a controlar simultáneamente su Distr
ibuc
ión
humedad, limpieza, distribución y temperatura para resp-
Espacio refrigerado Espacio climatizado
onder a las exigencias del espacio climatizado.
La climatización constituye una parte de la refrigeración en Refrigeración Climatización
un sentido amplio.
1.4.2 Aislación térmica
Dado que el calor siempre circula desde una zona de Zona de temperatura alta
temperatura alta hacia una zona de temperatura más baja,
siempre hay un flujo continuo en la zona refrigerada que
Calor
procede del entorno más caliente.
Calor
Para limitar casi al mínimo el flujo de calor en el espacio Calo
r
Calor
refrigerado, es necesario aislar el espacio del entorno con
un buen material de aislación contra el calor. Zona de
Zona de temperatura temperatura Aislación
baja baja
Calor
Calor
1.4.3 Carga térmica
Carga térmica...La intensidad con la que se debe extraer el
calor del espacio o material refrigerado para producir o
mantener la temperatura deseada se llama la carga térmica.
En la mayoría de las aplicaciones de refrigeración, la carga
térmica total sobre el equipo de refrigeración es la suma
del calor que penetra en el espacio refrigerado a través de
los muros aislados, el calor que penetra en el espacio por
las puertas abiertas y el calor que se debe extraer del
producto de refrigeración para reducir la temperatura del
mismo a las condiciones de espacio o almacenamiento. El
calor proporcionado por las personas que trabajan en los
ambientes refrigerados, los motores, las luces y otros
equipos eléctricos también contribuyen a la carga exigida al
equipo de refrigeración.
Carga térmica total
1.4.4 Refrigerante
Para reducir o mantener la temperatura de un espacio por
debajo de la temperatura del entorno, se debe extraer calor Exterior Interior
del espacio, y transferirlo a otro cuerpo cuya temperatura
sea inferior a la del espacio refrigerado. Esto es lo que hace
el refrigerante.
Refrigerante...Un refrigerante es un calorífero que desplaza
el calor de un espacio que se debe refrigerar hacia el
exterior. En lo que concierne al ciclo de vapor-compresión,
el refrigerante es el fluido operante del ciclo que
alternativamente evapora y condensa cuando absorbe o
expulsa el calor.
Generalmente los fluidos que tienen las propiedades
siguientes son considerados aptos para su utilización como
refrigerante.
23
26. (1) Barato
(2) No venenoso
(3) No explosivo
FLON
(4) No corrosivo
(5) No inflamable
(6) Estable (inerte) Amoniaco
(7) Elevado calor latente de evaporación Bióxido de azufre
Cloruro de metilo
(8) Fácil de evaporar y condensar
(9) Fácil de detectar fugas
Se han utilizado muchas sustancias como refrigerante.
Anteriormente, los refrigerantes más comunes fueron el
FLON
aire, el amoníaco, el bióxido de azufre, el bióxido de
carbono y el cloruro de metilo.
Actualmente, los refrigerantes hidrocarbónicos fluorados se
utilizan exclusivamente en los sistemas de climatización. La
Tabla 1-10 presenta la lista de los refrigerantes
hidrocarbónicos fluorados utilizados en los productos
Daikin.
Tabla 1-10
Símbolo del Nombre Fórmula Tipo de Aplicación
refrigerante química compresor
Tricloromonofluorometano Centrífugo Sistemas de climatización grandes
Pequeños refrigeradores domésticos
De pistón Mostradores para alimentos congelados
Diclorodifluorometano Climatización residencial y comercial
Rotativo
Climatización de vehículos
Climatización residencial y comercial
De pistón Plantas de congelación de alimentos, almacenamiento y
Monoclorodifluorometano Rotativo mostradores para alimentos congelados y muchas otras
aplicaciones que requieren temperaturas medias y bajas
Mostradores de alimentos congelados y helados, almacenes y
Mezcla azeotrópica del 48,8% De pistón plantas de alimentos congelados, mostradores de
de R-22 y 51,2% de R-115
temperaturas medias
Rotativo Sistemas de baja temperatura
Diclorotetrafluoroetano De pistón Enfriadores para taxis
Centrífugo Sistemas de climatización grandes
1.4.5 Principio de refrigeración
(1) Refrigeración con agua enfriada Suponga que se coloca
1kg de agua a 0°C en un recipiente abierto dentro de un Agua de 0°C, 1kg
espacio aislado que tiene una temperatura inicial de Espacio
25°C. Durante un cierto lapso de tiempo el calor fluirá con 25°C Calor
del espacio a 25°C hacia el agua a 0°C, de tal forma que
la 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 1°C, de tal forma
que la temperatura del espacio disminuye mientras
aumenta la temperatura del agua. Ya no habrá
transferencia de calor cuando la temperatura del agua y
del espacio sean exactamente iguales. (Ver Fig. 1-40) Agua de 20°C, 1kg
Espacio
Desventajas con 20°C
• No es posible obtener temperaturas más bajas que l
a del agua enfriada.
• La refrigeración no es continua.
• Es imposible controlar la temperatura del ambiente.
24
27. Para obtener una refrigeración continua, se debe enfriar
y hacer circular constantemente el agua. (Ver Fig. 1-41)
Algunos tipos de climatizaciones adoptan este método.
Salida
(2) Refrigeración con hielo Ambiente
de 25°C
Suponga ahora que hay 1kg de hielo a 0°C en lugar del
agua. Esta vez, la temperatura del hielo no cambia Agua enfriada
mientras absorbe el calor del espacio. El hielo sólo pasa Calor
de sólido a líquido mientras su temperatura sigue
siendo de 0°C. El calor absorbido por el hielo hace que Entrada
éste se transforme en agua de drenaje y el efecto
refrigerante es continuo hasta que el hielo se derrite
totalmente. (Ver Fig. 1-42)
Desventajas Hielo 0°C, 1kg
• También es imposible obtener temperaturas bajas
• Es necesario reponer frecuentemente el suministro Ambiente
de energía. de 25°C Calor
• Es difícil controlar el flujo de refrigeración, por lo que
también resulta difícil mantener la temperatura deseada.
(3) Sistema de refrigeración mecánico
Drenaje
! Refrigeración mediante utilización de un refrigerante
líquido
Un espacio aislado puede refrigerarse adecuadamente
permitiendo la evaporación de R-22 líquido en un
recipiente ventilado hacia el exterior, tal como lo indica
Ambiente No hay más
la Fig. 1-43. Dado que el R-22 tiene una presión inferior a transferencia
de 15°C
la presión atmosférica, su temperatura de saturación es de calor
de –40,8°C. Al evaporarse a una temperatura tan baja, el
R-22 absorbe pronto el calor del espacio a 25°C a través
de las paredes del recipiente. El calor absorbido por el
líquido de evaporación abandona el espacio por el
vapor que se escapa de la ventilación abierta. Dado que
la temperatura del líquido permanece constante durante
el proceso de evaporación, la refrigeración continúa
hasta que se haya evaporado todo el líquido.
Cualquier recipiente, tal como el recipiente mostrado en
Presión
la Fig.1-43 en el cual se evapora un refrigerante se llama Ventilación atmosférica
un “evaporador”.
" Control de la temperatura de evaporación
La temperatura a la cual el líquido se evapora en el Calor
evaporador puede controlarse mediante el control de la
presión del vapor sobre el líquido. Por ejemplo, se
instala una válvula de mano en la línea de ventilación y Ambiente
de 25°C
se cierra parcialmente dicha ventilación para que el
vapor no pueda escaparse libremente del evaporador. Al
ajustar cuidadosamente la válvula de ventilación para
regular el flujo de vapor que sale del evaporador, se
puede controlar la presión del vapor sobre el líquido y
producir la evaporación del R-22 a cualquier
Válvula de mano
temperatura deseada entre –40,8°C y los 25°C de la
temperatura del ambiente.
# Mantenimiento de una evaporación continua
Calor
La evaporación continua del líquido en el evaporador
requiere un suministro continuo de líquido de relleno
cuando la cantidad de líquido en el evaporador debe
Ambiente
permanecer constante. Un método para rellenar el de 25°C
suministro de líquido en el evaporador consiste en
utilizar una válvula de boya, tal como se muestra en la
Fig. 1-45.
25
28. La acción del conjunto de boya consiste en mantener un
nivel constante de líquido en el evaporador, dejando
fluir el líquido hacia el evaporador a partir del cilindro
con un caudal similar al del vaciado del líquido en el
evaporador debido a la evaporación.
Todos los aparatos, tales como la válvula de boya, Válvula
de boya
utilizados para regular el flujo de refrigerante líquido en
el evaporador se denominan como “control de flujo de Cilindro
refrigerante”.
! Recuperación del refrigerante
A la vez por conveniencia y ahorro, no es práctico
permitir que se escape a la atmósfera el vapor
refrigerante. El vapor debe recogerse y volver a
utilizarse continuamente.
Para reutilizarse, el refrigerante debe llegar en forma
líquida al evaporador, porque sólo puede absorber calor
para su evaporación. Pero como el refrigerante sale del
Recuperación
evaporador en forma de vapor, debe reducirse
nuevamente a líquido antes de poder reutilizarse.
La forma más sencilla de proceder consiste en conden-
sar el refrigerante evaporado cuando abandona el
evaporador. Para condensar el refrigerante, el calor
latente entregado por el vapor durante la condensación
debe transferirse a otro medio. Para ello, generalmente
se utiliza agua o aire. El aire o el agua deben tener una
temperatura inferior a la temperatura de condensación
del refrigerante. A una presión dada, la temperatura de
condensación y evaporación de un fluido es la misma.
Si un refrigerante se evapora a 10°C, se debe condensar
a la misma temperatura. Por lo tanto, se necesita aire o
agua a una temperatura inferior a ésta.
Obviamente, si el aire o el agua se encuentra a una Vapor saturado Vapor saturado
temperatura inferior, no se necesita una refrigeración
mecánica.
Como la temperatura del aire o del agua disponibles es
siempre más alta que la temperatura del refrigerante en
ebullición en el evaporador, no se puede condensar el
refrigerante cuando sale del evaporador. Para condensar
el vapor, se debe incrementar su presión hasta un punto
en el cual la temperatura de condensación está por
agua, 25°C agua, 25°C
encima de la temperatura del aire o del agua
disponibles para la condensación. No hay condensación El vapor se condensará
Por ejemplo, si la presión del vapor es de 17kgf/cm2abs, (El agua se enfriará)
condensará a una temperatura de 43,5°C. Luego, el
vapor a 43,5°C puede enfriarse por medio del aire o el
agua disponibles. Para esto se necesita un compresor.
La bomba utilizada para presurizar y hacer circular el
refrigerante evaporado se llama “compresor”.
Compresor
Cualquier recipiente, tal como el mostrado en la Fig. 1-
48, en el cual se condensa un refrigerante se denomina
Calor
“condensador”.
Al haber un compresor, ya no es necesaria la válvula de Condensador
mano mostrada en la Fig. 1-45. La presión en el
evaporador puede controlarse mediante el compresor y
el conjunto de válvula de boya.
26
29. ! Mejora del intercambio de calor
La eficiencia del intercambio de calor depende de la
superficie del evaporador y del condensador en el cual
se produce el intercambio de calor. Se mejora la
eficiencia del intercambio de calor al reemplazar un
simple recipiente por un serpentín, porque la superficie
de este último es mayor. [Ver Fig. 1-49(b)]Además, al Calor
poner aletas sobre el serpentín, se logra una mayor
eficiencia del intercambio de calor. [Ver Fig. 1-49(c)] Serpentín
El volumen de aire también constituye uno de los
factores importantes en el intercambio de calor. Un
suministro de aire por medio de un ventilador eléctrico
hace que la transferencia de calor sea aún más eficiente.
[Ver Fig. 1-49(d]
Durante la compresión, se efectúa un trabajo mecánico
de compresión del vapor para obtener una presión más
alta. Para ello, el calor entregado por el medio Ventilador
Aletas
condensador en el condensador es la suma del calor
absorbido en el evaporador y del calor de compresión
correspondiente al trabajo mecánico del compresor. Por
esta razón, el tamaño del condensador generalmente es
superior al del evaporador. (Ver Fig. 1-50)
Calor de compresión
" Ahora, el refrigerante que fluye del condensador hacia
el cilindro se encuentra completamente en estado Compresor Condensador
líquido (condensado) y está listo para volver a circular
hacia el evaporador.
Cualquier recipiente, tal como el mostrado en la Fig. 1-
51, en el cual un refrigerante condensado se almacena, Evaporador
se denomina “receptor”.
Calor absorbido
# La válvula de expansión, tal como la que se muestra en
Calor
la Fig. 1-51, se utiliza generalmente en lugar del expulsado
conjunto de válvula de boya. Ahora se ha completado el
sistema de refrigeración.
Ventilador
27
30. Fig. 1-52 Ciclo de refrigeración
Aire de salida Aire de salida
Condensador
Ventilador
Control de flujo
Evaporador
Receptor
Ventilador
Aire de entrada
Aire de entrada
Compresor
Expansión Evaporación Compresión Condensación
Temperatura de
evaporación
Temperatura de
condensación
Lado alto Lado bajo Lado alto
Líquido Mezcla líquido-vapor Vapor recalentado Vapor recalentado Mezcla Líquido
subenfriado líquido- subenfriado
vapor
28
