201062_refriger industria de alimentos

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA CONTENIDO DIDCTICO DEL CUSO: 201062 REFRIGERACION APLICADA A LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS INGENIERIA Y TECNOLOGIA PROGRAMA DE INGENIERIA DE ALIMENTOS

201062 REFRIGERACION APLICADA A LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS JAIME ERNESTO NARVAEZ VITERI (Director Nacional)

LUCAS QUINTANA (Acreditador)

SAN JUAN DE PASTO Julio de 2009


ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

El mdulo de Refrigeracin Aplicada en la Industria de Alimentos fue diseado en el ao 1995 por el Ingeniero de Alimentos, Doctor Jaime Alberto Leal Afanador y editado por la Editorial Unisur Bogot. Las actualizaciones del material fueron llevadas a cabo en el ao 2005 por el Ingeniero Salomn Gmez Castelblanco y en Julio del 2009 por el ingeniero Jaime Ernesto Narvez Viteri, Especialista en Ecologa y Gestin Ambiental y Especialista en Docencia Universitaria. Este modulo es acreditado por el Ingeniero Lucas Quintana


INTRODUCCIN

El curso de refrigeracin aplicada en la industria de alimentos es un curso electivo para los programas de ingeniera de alimentos y la especializacin en procesos en alimentos y biomateriales que fundamenta el procedimiento tecnolgico de enfriamiento y congelacin de los alimentos para su manejo, adecuacin y conservacin a largo plazo. Se desarrollan los conceptos con un fundamento fsico sobre la termodinmica de refrigeracin y las transformaciones implicadas. Se presentan los mtodos de produccin de fro con una visin cientfica-tecnolgica, describiendo los equipos principales en las instalaciones frigorficas. Se tratan las caractersticas de los fluidos frigorficos, y la problemtica con respecto al medio ambiente. Interesan las aplicaciones de la tecnologa del fro y de sus mtodos a la industria alimentaria.

En este curso el estudiante tendr la oportunidad de integrar y aplicar muchos de los conocimientos adquiridos en otros cursos anteriores especialmente de: qumica, matemticas, principios de transferencia y calor, balance de materia y energa algunos aspectos de ndole econmicos y de calidad lo cual le permitir encontrar la utilidad de los conocimientos aprendidos en anteriores semestres y lo motivar acceder a los nuevos conocimientos con mayor inters, logrando un aprendizaje significativo y permanente.

Para que el estudiante pueda abordar el estudio del curso, se propondrn diferentes actividades de aprendizaje que involucren las fases de reconocimiento, (conocimientos y experiencias previas), profundizacin ( manejo de conceptos y teoras) y transferencia( aplicacin del conocimiento en un contexto), para lo cual contarn con el recurso didctico y tecnolgico con el fin de fortalecer su auto aprendizaje y adquirir las competencias cognitivas, meta cognitivas y contextuales a travs del estudio del curso acorde con las intencionalidades y metas del curso.

La primera unidad didctica pretende que el estudiante reconozca los conceptos termodinmicos bsicos que explican el fro y la generacin de fro en procesos de refrigeracin, congelacin y generacin de efectos combinados con atmsferas modificadas y controladas.


El modulo orienta aspectos prcticos que se deben tener en cuenta durante el diseo, construccin, seleccin de espacios de almacenamiento que utilicen bajas temperaturas.

La segunda unidad introduce al estudiante a la identificacin de las caractersticas, efectos del fro y su relacin con la vida til de los productos de origen vegetal y animal al ser sometidos a refrigeracin, congelacin y ultracongelacin o a la aplicacin de atmsferas modificadas y controladas.

La estrategia principal es darle a los estudiantes las herramientas fundamentales, para que en la medida que desarrolle todas las actividades propuestas en la gua didctica que acompaa este curso, logre comprender, asimilar, aplicar y transferir el conocimiento en el anlisis de casos reales que se presentan en la industria de alimentos, en lo relacionado con los procesos de refrigeracin, a los cuales ms adelante como Tecnlogo e Ingeniero de alimentos tendr que afrontar como una de sus responsabilidades ms importantes en su profesin, como es la obtencin de alimentos inocuos y seguros para el consumidor. En resumen se pretende que el estudiante adems de aprender los principios y las normas relacionadas con la refrigeracin de los alimentos, tome conciencia de su importancia y la apliquen desde un sentido de honestidad, tica y responsabilidad, en todo el trayecto de su vida personal y profesional. Para el desarrollo de este material se tom como insumo el mdulo de Refrigeracin Aplicada en la Industria de Alimentos, elaborado en 1995, por el Ingeniero de Alimentos Jaime Alberto Leal Afanador. Sobre este material se realiz un proceso de revisin, ajuste y complementacin de las temticas tratadas para cumplir con los objetivos inicialmente planteados, y proporcionar los fundamentos de la temtica, obtenindose un nuevo material segn los lineamientos acadmicos de la UNAD.


INDICE DE CONTENIDO

INTRODUCCIN UNIDAD 1 GENERACION DE FRIO OBJETIVOS AUTOEVALUACION INICIAL CAPITULO 1. CONCEPTOS BASICOS Leccin 1: Estados de la materia Leccin 2: Termodinmica, Segunda Ley. Leccin 3: Ciclos de refrigeracin Leccin 4: Ciclo Simple de refrigeracin Leccin 5: Ciclo de refrigeracin en dos etapas con recirculacin de lquido. CAPITULO 2. FUNDAMENTOS DE LA REFRIGERACION Y LA CONGELACION Leccin 1: Generalidades. Refrigeracin mecnica Leccin 2: Coeficientes de funcionamiento Leccin 3: Refrigerantes Leccin 4: Congelacin Leccin 5: Atmsferas Controladas y modificadas. CAPITULO 3. FUNDAMENTOS TECNICOS PARA EL CALCULO DE UN CUARTO DE REFRIGERACION Leccin 1: Cagas de enfriamiento Leccin 2: Clculo de cargas de enfriamiento Leccin 3: Condiciones para el manejo del equipo Leccin 4: Diseo de accesorios Leccin 5: Condiciones de equipamento EVALUACION DE LA UNIDAD 1 BIBLIOGRAFIA


UNIDAD 2. LAS BAJAS TEMPERATURAS EN ALIMENTOS DE ORIGEN ANIMAL Y VEGETAL. CAPITULO 4. EFECTOS DEL FRIO EN LA VIDA POSTCOSECHA DE FRUTAS Y VERDURAS. Leccin 1: El proceso de transpiracin. Leccin 2: El proceso de respiracin. Leccin 3: El proceso o fenmeno de maduracin Leccin 4: Alteraciones fisiolgicas ligadas al fro Leccin 5: Condiciones bsicas para el manejo refrigerado de frutas y verduras. CAPITULO 5: APLICACIN Y EFECTOS DEL FRIO EN PRODUCTOS DE ORIGEN ANIMAL. Leccin 1: Accin del fro sobre las reacciones qumicas y bioqumicas. Leccin 2: Microbiologa de la carne congelada Leccin 3: Prdidas de peso durante la congelacin, almacenamiento y descongelado. Leccin 4: Caractersticas organolpticas y nutricionales de las carnes congeladas Leccin 5: Atmsferas modificadas en productos mnimamente congelados CAPITULO 6. MANEJO Y TRANSPORTE DE PRODUCTOS PERECEDEROS Leccin 1: Refrigeracin durante el transporte y distribucin de productos Leccin 2: Requerimientos de fro por grupos de productos Leccin 3: Coeficientes de enfriamiento Leccin 4: Ejercicios de aplicacin directa de productos procesados Leccin 5: Experiencias en Frigorficos. EVALUACION DE LA UNIDAD 2 BIBLIOGRAFA


LISTADO DE TABLAS 1. Calores especficos de algunos alimentos 2. Factores de conductividad trmica de algunos materiales comunes 3. Clasificacin de los Refrigerantes 4. Efectos fisiolgicos de los Refrigerantes 5. Anlisis comparativo de factores variables segn uso de la congelacin ultrarrpida o de la congelacin lenta. 6. Coeficientes de transmisin de calor, U, para cuartos de almacenamiento refrigerado. 7. Coeficientes de transmisin de calor, U, para cuartos fros. 8. Coeficientes de transmisin de calor, U, para cuartos de almacenamiento 9. Conductividad trmica de materiales usados en paredes de cuartos de refrigeracin. 10. Calor equivalente de motores elctricos 11. Equivalentes de calor por persona dentro del espacio refrigerado. 12. Dficit DPVA, a HR inferiores al 100% 13. Prdida media de peso en la aparicin de sntomas de arrugamiento de frutas y hortalizas ( % ) 14. Efectos de la temperatura sobre la intensidad de respiracin y de deterioro de la calidad en el perodo de conservacin. 15. Respiracin y produccin de etileno en frutas 16. Clasificacin de productos hortofrutcolas segn su produccin de etileno 17. Efectos de la temperatura sobre la conservacin de hortalizas 18. Sntomas de la alteracin por fro (Chilling injury) en algunas frutas y hortalizas. 19. Las tcnicas de enfriamiento de productos vegetales 20. Relacin entre el sistema de acondicionamiento en el envase y el embalaje y el tiempo de semienfriamiento. 21. Prdidas de enfriamiento y prdidas de peso en el tnel de aire


22. Datos trmicos de la aplicacin del hydrocooling a los productos hortofrutcolas. 23. Datos trmicos de la aplicacin del vacuum cooling a hortaliza 24. Pre-refrigeracin de productos vegetales 1 25. Adaptacin de los productos vegetales a la pre-refrigeracin 2 26. Recomendaciones generales para la pre-refrigeracin 3 27. Tratamientos para permitir la importacin de carne de cerdo de pases donde existe riesgo detriquinosis Francia e Italia. 28. Prdidas de masa por evaporacin durante la congelacin 29. Prdidas de masa durante el embalaje 30. Prdidas de masa segn Kallert Freischmann 31. Prdidas a la congelacin 32. Prdidas durante el almacenamiento 33. Prdidas de masa media durante la coccin despus de un almacenamiento de 12 meses, estimados en % en peso. 34. Vitaminas del complejo B que descongelar carne de res. 35. Concentracin en vitaminas en la carne y en el jugo de coccin 36. Temperaturas y Humedales recomendadas para la proteccin de una seleccin de carnes frescas, curadas y procesadas. pasan al exudado en el momento de


LISTADO DE GRFICOS Y FIGURAS

1. Presin vs Entalpa 2. Ciclo Simple de Refrigeracin mecnica 3. Diagrama Presin del Refrigerante vs Nivel de Energa Entalpa 4. Ciclo de Refrigeracin de dos etapas con recirculacin de lquido 5. Ciclo de Refrigeracin de dos etapas con recirculacin de lquido 6. Diagrama presin de amoniaco 7. Diagrama Presin vs Amoniaco 8. Sistema de Refrigeracin 9. Esquema Ciclo de Refrigeracin 10. Esquema General Mquina Frigorfica 11. Esquema de una Bomba de calor 12. Congelacin del Agua Pura 13. Congelacin de una muestra de carne 14. Aspecto General de una congelacin en el aire (Tnel) 15. Crecimiento de los cristales de hielo en la congelacin de un msculo 16. Influencia de la velocidad de congelacin respecto al tamao y localizacin de los cristales en msculo congelado. 17. Proporcin del contenido de agua en alimentos segn su temperatura 18. Congelacin de aire por cmara 19. Congelador de cinta transportadora 20. Congelador de placas 21. Esquema de funcionamiento de una instalacin criognica con nitrgeno lquido


22. Congelador con nitrgeno lquido 23. Congelador de hidrocarburo halogenado lquido 24. Tnel de congelacin con CO2 25. Influencia del tipo de congelacin sobre la velocidad de congelacin 26. Calibradores de presin en cmaras de atmsferas controlada 27. Curvas de los ensayos presin vs depresin 28. Transferencia de calor a travs de paredes. 29. Representacin esquemtica funciones en una pera 30. Cambios internos de las frutas durante el proceso de traspiracin 31. Ejemplos de patrn respiratorio de las frutas 32. Representacin esquemtica de los efectos de los rangos de temperatura sobre los productos hortifrutcolas 33. Determinacin de la actividad respiratoria 34. Efectos del Etileno durante la maduracin 35. Variacin del tiempo de conservacin a distintas temperaturas de vegetales no sensibles. 36. Mltiplos de enfriamiento requeridos para disipar varias fracciones de calor de campo inicial desde el producto. 37. Tnel discontinuo de tres celdas 38. Unidad porttil de enfriamiento en cmara frigorfica por aire forzado en depresin. 39. Unidad permanente de tnel de aire forzado en depresin, en el interior de una cmara frigorfica. 40. Sistema de enfriamiento por flujo horizontal de aire 41. Instalacin de hidrocooling con prerefrigerador continuo. 42. Esquema de tipo inundado de Hidrocooler


43. Tiempo de semienfriamiento de meln en funcin del calor de agua 44. Comportamiento de hortalizas en el vacuum-cooling 45. Ejemplo prctico de enfriamiento bajo vacio 46. Efecto de la velocidad de evacuacin para alcanzar el flashpoint 47. Prdida de peso en relacin con el descenso de temperatura, en el enfriamiento bajo vacio 48. Perspectivas de un Box-Icer 49. Perspectivas de un Pallet Icer 50. Sistema de enfriamiento por agua enfriada pulverizada 51. Sistema de obtencin de aire fro de elevada humedad 52. Influencia de la congelacin y del almacenamiento sobre una poblacin microbiana. 53. Prdidas de masa para diferentes temperaturas de almacenamiento.


UNIDAD 1 Nombre de la Unidad Introduccin GENERACION DE FRIO En la industria de alimentos existe la necesidad de adquirir y conocer los diversos procesos de refrigeracin que se manejan a nivel industrial y a nivel comercial por lo tanto estas tcnicas mantienen inalterables las caractersticas fsicas, qumicas, microbiolgicas y organolpticas de los productos alimenticios, por largos perodos de tiempo. En la vida profesional se encontraran con el reto de asumir este tipo de conocimiento, en refrigeracin, para poderlo enfrentar necesitamos una serie de conocimientos y herramientas que son presentados en forma sencilla para que sean apropiados con facilidad. En el primer captulo tenemos una recapitulacin de los conceptos bsicos, se define lo que es un refrigerante, se fundamenta los conceptos de congelacin y sus tcnicas y tambin sus mecanismos de control. En el segundo captulo encontramos la aplicacin de las bajas temperaturas en los diversos productos alimenticios ya sean de origen animal o vegetal teniendo como base el efecto del fro, sus alteraciones fisiolgicas y su microbiologa aplicada a los diversos alimentos. El tercer captulo se fundamenta al estudiante en los clculos de un cuarto fro, utilizando diversos criterios de diseo e identificando condiciones internas y externas tanto del producto como del entorno ambiental.


Justificacin

El avance de la globalizacin del mercado y la comercializacin de alimentos congelados exige competitividad para comercializar productos agroalimentarios que cumplan con la exigencia de los clientes: la calidad alimentaria: es por esto que el ingeniero de alimentos egresado de la UNAD necesita saber, conocer y aplicar cada una de las estrategias de aplicacin de los diferentes sistemas de refrigeracin para entrar a competir da a da en los mercados estratgicos. PROPSITO Lograr que el estudiante conceptualice, se apropie y aplique los conocimientos y transfiera a su contexto, las implicaciones, requisitos, planeacin, puesta en marcha, validacin y verificacin de los diferentes sistemas de refrigeracin con un enfoque positivo hacia la adecuada congelacin y hacia la calidad de un producto alimenticio desde el punto de vista de su conservacin como producto inocuo (sano y seguro para la salud del consumidor) y de sus caractersticas tcnicas y organolpticas. Motivar al estudiante para que emprenda el estudio del curso conociendo los beneficios, desde el punto de vista temtico y como herramienta til para aplicar esos conocimientos en contextos reales, a los cuales tendr que enfrentarse ms adelante como profesional.. Contribuir a la formacin integral, mediante la aplicacin de estrategias de aprendizaje que conllevan al desarrollo de competencias cognitivas, metacognitivas, sociocomunicativas y recontextuales. OBJETIVOS GENERAL. Reconocer los conceptos bsicos fundamentales sobre refrigeracin especialmente conceptos termodinmicos que sustentan el empleo del fro en la industria de alimentos. OBJETIVOS ESPECIFICOS 1. Describir los principales controles de flujo en un sistema de refrigeracin.

Intencionalidades Formativas


2. Identificar las principales caractersticas y efectos de la congelacin especialmente en productos de origen animal. 3. Enumerar los efectos y el comportamiento de los productos vegetales al ser tratados por las tcnicas de refrigeracin y congelacin. COMPETENCIAS 1. El estudiante adquiere una actitud de compromiso y responsabilidad en su futuro profesional como Ingeniero de Alimentos. 2. El estudiante es capaz de iniciar el proceso de montaje y puesta en marcha de procesos de refrigeracin. 3. El estudiante puede asesorar el proceso de instalacin de cuartos fros y de sistemas de congelacin.

Denominacin de los captulos

1.1 CONCEPTOS BASICOS 1.2 FUNDAMENTOS DE LA REFRIGERACION Y LA CONGELACIN. 1.3 FUNDAMENTOS TECNICOS PARA EL CALCULO DE UN CUARTO DE REFRIGERACION.

CAPITULO 1. CONCEPTOS BASICOS

Introduccin En este captulo se tratarn temas muy importantes como: Los estados de la materia, sus relaciones y cambios; se concepta sobre termodinmica principalmente el aporte de la Segunda Ley de la Termodinmica y se profundiza sobre los ciclos de Refrigeracin en especial el ciclo simple y el ciclo en dos etapas con recirculacin de lquido.


Leccin 1: Estados de la Materia.

Toda la materia conocida, existe en una de las tres formas fsicas o estados: Slida, lquida o gaseosa. La materia en estado Slido, mantiene su cantidad, forma y dimensiones fsicas. La materia en estado Lquido, mantiene su cantidad y tamao pero no su forma. El liquido siempre toma la forma del recipiente que lo contiene. La materia en estado Gaseoso, no tiene una tendencia a retener ni el tamao ni la forma. Movimiento molecular Toda la materia se compone de pequeas partculas llamadas molculas y la estructura molecular de la materia puede posteriormente romperse en tomos. Cuando se aplica energa calorfica a una sustancia, se incrementa la energa interna de las molculas, lo cual aumenta su desplazamiento o velocidad de movimiento; hay tambin un incremento en la temperatura de la sustancia. Cuando se retira calor de una sustancia se presenta una disminucin en la velocidad del movimiento molecular y tambin un descenso en la temperatura de la sustancia. Cuando se retira calor de una sustancia se presenta una disminucin en la velocidad del movimiento molecular y tambin un descenso en la temperatura de la sustancia.


Cambio de estado Cuando una sustancia slida se calienta, el movimiento molecular es principalmente en la forma de rpido movimiento vibratorio, no desplazndose nunca las molculas de su posicin normal u original. Pero en alguna temperatura dada, una sustancia en particular, la adicin posterior de calor, no necesariamente incrementar el movimiento molecular dentro de la sustancia; en su lugar, el calor adicional causar que algn slido se fusione (Cambia a lquido). As el calor adicional causa un cambio de estado en el material. Es as como el calor puede cambiar la temperatura y el estado de las substancias y tambin pueden ser absorbidos an cuando no exista cambio de temperatura, como cuando un slido cambia a lquido, o cuando un lquido se cambia a vapor. Cuando el vapor se vuelve lquido, o cuando el lquido vuelve a transformarse en slido, se despide la misma cantidad de Calor. El ejemplo ms comn de este proceso es el agua, que existe como lquido y que puede existir como slido forma de Hielo y como Gas cuando se trasforma en Vapor. Como hielo, es una forma de Refrigeracin, absorbiendo calor mientras se derrite a una temperatura constante de 0C (32F). Si se coloca agua en un recipiente abierto y se pone al fuego, su temperatura aumentar a la temperatura de ebullicin o sea 100C al nivel del mar (212F). Sin importar la cantidad de calor aplicado, la temperatura no puede subir arriba de 100C, porque el agua se estara evaporando constantemente. Si este vapor pudiera ser retenido en el recipiente evitando la ebullicin y se continuar agregando calor, entonces la temperatura podra nuevamente aumentarse. Obviamente, el proceso de evaporacin o ebullicin estar absorbiendo el calor y manteniendo la temperatura a 100C. Cuando el vapor se condensa nuevamente formando agua, despide exactamente la misma cantidad de calor que absorbi al evaporarse. Si el agua se congela, debe extraerse la misma cantidad de calor que fue absorbida en el proceso de descongelamiento por medio de algn proceso para la congelacin. Generalmente los usuarios confunden la palabra refrigeracin con fro y con enfriamiento; sin embargo, la prctica de ingeniera de refrigeracin, trata casi enteramente con la transmisin de calor. Esta aparente paradoja es uno de los conceptos fundamentales que deben ser comprendidas para entender la operacin de un sistema de refrigeracin.


En conclusin los estados de la materia son slido, lquido y gaseoso. Cada estado tiene sus caractersticas y funcionalidades especficas. Se debe precisar que pasa cuando ocurre un cambio de estado, que pasa cuando una de las variables como temperatura cambia en un producto alimenticio, que efectos ocurren y cmo enfrentar tcnicamente un salto trmico, esto lo ir resolviendo el estudiante a travs de la comprensin de las temticas descritas en el mdulo.

Leccin 2: Termodinmica Segunda Ley de la Termodinmica

La termodinmica es una rama de la ciencia que trata sobre la accin mecnica del calor. Hay ciertos principios fundamentales de la naturaleza, llamadas leyes termodinmicas, que rigen nuestra existencia aqu en la tierra, varios de los cuales son bsicos para el estudio de la refrigeracin. La primera y la ms importante de estas leyes dice: LA ENERGA NO PUEDE SER CREADA NI DESTRUIDA, SOLO PUEDE TRANSFORMARSE DE UN TIPODE ENERGA EN OTRO


Calor El calor es una forma de energa, creada principalmente por la transformacin de otros tipos de energa en energa de Calor; por ejemplo, la energa Mecnica que opera una rueda causa friccin y crea calor. Calor es frecuentemente definido como energa en transito, porque nunca se mantiene esttica, ya que siempre est transmitindose desde cuerpos clidos a los cuerpos fros. La mayor parte del calor en la tierra se deriva de las radiaciones del Sol. Una cuchara sumergida en agua helada pierde su calor y se enfra; una cuchara sumergida en caf caliente absorbe el calor del caf y se calienta. Sin embargo, las palabras Ms Caliente y Ms Fro, son slo trminos comparativos. Existe calor a cualquier temperatura arriba del cero absoluto, incluso en cantidades extremadamente pequeas. Cero absoluto es el trmino usado pro los cientficos para describir la temperatura ms baja que tericamente es posible lograr, en el cul no existe calor, y que es de 273C (-460F). La temperatura ms fra que podemos sentir en la tierra es mucho ms alta en comparacin con esta base. Temperatura La temperatura es la escala usada para medir la intensidad del calor y es el indicador que determina la direccin en que se mover la energa de calor. Tambin puede definirse como el grado de calor sensible que tiene un cuerpo en comparacin con otro. La temperatura se mide en Grados Fahrenheit (F), o se usa la escala de Grados Centgrados, algunas veces llamadas Celsius. Ambas escalas tienen dos puntos bsicos en comn: el punto de congelacin y el de ebullicin del agua al nivel del mar. Al nivel del mar, el agua se congela a 0C o a 32 F y hierve a 100 C o a 212F. En la escala Fahrenheit la diferencia de temperatura entre estos dos puntos est dividida en 180 incrementos de igual magnitud llamados grados Fahrenheit, mientras que en la escala Centgrados, la diferencia de Temperaturas est dividida en 100 incrementos iguales llamados Grados Centgrados. Medida de calor. La medida de la temperatura no tiene ninguna relacin con la cantidad de calor. Una llamada de fsforo puede tener la misma temperatura que una hoguera, pero obviamente la cantidad de calor que despide es totalmente diferente. La unidad bsica para medir calor usado en nuestro pas, es la calora que se define como la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de un gramo de agua 1 C. Por ejemplo, para aumentar la temperatura de un litro de agua de 95 a 100 C, se requieren 5000 caloras.


Sin embargo, la unidad de calor empleada comnmente es la Kilo-Calora (KCAL) que equivale a 1.000 caloras y que pueden ser definidas como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un Kg. De Agua, un grado Centgrado. En el sistema Ingls, la unidad de calor es la BRITISH THERMAL UNIT (B.T.U.). Un B.T.U. Puede definirse como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una libra de agua 1 F. Por ejemplo: Para aumentar la temperatura de un Galn de agua (aproximadamente 8,3 lb.) de 70 F a 80 F, se requieren 83 BTU. 8.3 x (80 70) = 83 B.T.U.

Calor especfico. El Calor especfico de una sustancia es su capacidad relativa de absorber o ceder calor tomando como base la unidad de agua pura, y se define como la cantidad de Kilocaloras o (BTU) necesarias para aumentar o disminuir la temperatura de un Kilo o (libra) de cualquier sustancia en 1C o (1F). Por definicin, el calor especfico del agua es 1,0 pero la cantidad de calor necesaria para aumentar o disminuir la temperatura de otras substancias vara. Se requieren, por ejemplo, nicamente 0,64 Kcal. por Kilo (0,64 BTU por libra) para aumentar o disminuir la temperatura de un kilo (Libra) de Aluminio 1 C (1F), por lo tanto, los calores especficos de estas dos substancias son 0,64 y 0,22 respectivamente. Calor sensible El calor sensible se define como el calor que provoca un cambio de temperatura en una sustancia. En otras palabras es como su nombre lo indica, el calor que puede percibirse por medio de los sentidos. Cuando la temperatura del agua se eleva de 0C a 100C, hay tambin un aumento de calor sensible. Calor latente Calor latente es el que necesita para cambiar un slido en lquido, o un lquido en gas, es decir cambiar de estado, sin variar la temperatura de la sustancia. La palabra latente significa oculto, o sea que este calor requerido para cambiar el estado de una sustancia y no es percibido por los sentidos. Tonelada americana de refrigeracin An en nuestro medio es muy frecuente hablar de toneladas de refrigeracin, la cual es realmente una unidad americana basada en el efecto frigorfico de la fusin del hielo. La tonelada de refrigeracin puede definirse como la cantidad de calor absorbida por la fusin de una tonelada de hielo slido puro en 24 horas.


Puesto que el calor latente de fusin de una libra de hielo es de 144 BTU, el calor latente de una tonelada americana (2000 libras) de hielo ser 144 * 2000, o sea 288,000 BTU por 24 horas. Para obtener el calor por hora es necesario dividir entre las 24 horas, lo cual da una cantidad de 12.000 BTU/HORA, que recibe el nombre de TONELADA DE REFRIGERACION. Puesto que el calor latente del hielo en el sistema mtrico es de 80 Kilo- Caloras y que y una tonelada americana e igual a 907.187 kilos, la tonelada de refrigeracin es igual a 80 * 907.185 o sea 72.575 kilo- caloras por 24 horas, es decir, 3.024 kilo-caloras por hora.

Calor latente de fusin El cambio de una sustancia de slido a lquido o de lquido a slido requiere calor latente de fusin. Este tambin puede llamare calor latente de fusin o calor latente de congelacin. Cuando se derrite un kilo de hielo, ste absorbe 80 kilo-caloras (144 BTU) a una temperatura constante de 0C (32F); del mismo modo, cuando se congela un kilo de agua para convertirla en hielo, deben sustrarsele 80 kilo- caloras (144 BTU) a una temperatura constante de 0C (32F). En la congelacin de productos alimenticios, nicamente se considera el calor latente del porcentaje de agua que estos contienen; por tanto, el calor latente se conocer, determinado e porcentaje de agua que existe en dichos productos.

Calor latente de evaporacin Para cambiar una sustancia de lquido a vapor y de vapor a lquido se requiere calor latente de evaporacin. Puesto que la ebullicin es slo un proceso acelerado de evaporacin, este calor tambin puede llamarse calor latente ebullicin, calor latente de evaporacin, o para el proceso contrario, el calor latente de condensacin. Cuando un kilo de agua hierve o se evapora, absorbe 539 kilo- caloras (970 BTU) a una temperatura constante de 100C (212F) al nivel del mar; igualmente, para condensar un kilo de vapor deben sustraerse 539 kilo- caloras (979 BTU). Debido a la gran cantidad de calor latente que interviene en la evaporacin y en la condensacin, la transmisin de calor puede ser eficiente mediante este proceso. Los mismos cambios de estado que afectan al agua se aplican tambin a cualquier lquido a diferentes presiones y temperaturas.


La absorcin de calor para cambiar un lquido a vapor y la sustraccin de este calor para condensar nuevamente el vapor, es la clave para todo el proceso de la refrigeracin mecnica y la transmisin del calor latente requerido, es el instrumento bsico de la refrigeracin. El cambio de una sustancia de slido a lquido o de lquido a slido requiere calor latente de fusin. Este tambin puede llamare calor latente de fusin o calor latente de congelacin. Cuando se derrite un kilo de hielo, ste absorbe 80 kilo-caloras (144 BTU) a una temperatura constante de 0C (32F); del mismo modo, cuando se congela un kilo de agua para convertirla en hielo, deben sustrarsele 80 kilo- caloras (144 BTU) a una temperatura constante de 0C (32F). En la congelacin de productos alimenticios, nicamente se considera el calor latente del porcentaje de agua que estos contienen; por tanto, el calor latente se conocer, determinado e porcentaje de agua que existe en dichos productos. Calor latente de evaporacin Para cambiar una sustancia de lquido a vapor y de vapor a lquido se requiere calor latente de evaporacin. Puesto que la ebullicin es slo un proceso acelerado de evaporacin, este calor tambin puede llamarse calor latente ebullicin, calor latente de evaporacin, o para el proceso contrario, el calor latente de condensacin. Cuando un kilo de agua hierve o se evapora, absorbe 539 kilo- caloras (970 BTU) a una temperatura constante de 100C (212F) al nivel del mar; igualmente, para condensar un kilo de vapor deben sustraerse 539 kilo- caloras (979 BTU). Debido a la gran cantidad de calor latente que interviene en la evaporacin y en la condensacin, la transmisin de calor puede ser eficiente mediante este proceso. Los mismos cambios de estado que afectan al agua se aplican tambin a cualquier lquido a diferentes presiones y temperaturas. La absorcin de calor para cambiar un lquido a vapor y la sustraccin de este calor para condensar nuevamente el vapor, es la clave para todo el proceso de la refrigeracin mecnica y la transmisin del calor latente requerido, es el instrumento bsico de la refrigeracin. Calor latente de sublimacin El proceso de sublimacin es el cambio directo de un slido a un vapor sin pasar por el estado lquido, que puede ocurrir en algunas sustancias. El ejemplo ms comn es el uso de hielo seco o sea dixido de Carbono para enfriar.


El mismo proceso puede ocurrir con hielo abajo de su punto de congelacin, y se utiliza tambin en algunos procesos de congelamiento a temperaturas extremadamente bajas y altos vacos. El calor latente de sublimacin es igual a la suma de calor latente de fusin y el calor latente de evaporacin. TABLA No 1 CALORES ESPECIFICOS DE ALGUNOS ALIMENTOS


Temperatura de saturacin Saturacin es la condicin de temperatura y presin en la cual el lquido y el vapor pueden existir simultneamente. Un lquido o vapor esta saturado cuando est en su punto de ebullicin (para el nivel del mar, la temperatura de saturacin del agua es de 100C o 212 F). A presiones ms altas la temperatura de saturacin aumenta, y disminuye a temperatura ms baja. Vapor sobrecalentado Cuando un lquido cambia a vapor, cualquier cantidad adicional de calor aumentar su temperatura (calor sensible). Siempre y cuando la presin a la que se encuentre expuesto se mantenga constante. El trmino vapor sobrecalentado se emplea para denominar un gas cuya temperatura se encuentre arriba de su punto de ebullicin o saturacin. El aire a nuestro alrededor contiene vapor sobrecalentado. Lquidos subenfriados Cualquier lquido que tenga una temperatura inferior a la temperatura de saturacin corresponde a la presin existente, se dice que s encuentra subenfrado. El agua a cualquier temperatura por debajo de su temperatura de ebullicin (100C al nivel del mar) est subenfrada. Presin Presin atmosfrica La presin se expresa como una fuerza perpendicular ejercida sobre un rea o superficie. Pues bien la presin atmosfrica ser la fuerza de gravedad que atrae la capa de gases que componen la atmsfera sobre la superficie terrestre, y se denomina presin atmosfrica estndar a la presin atmosfrica a nivel del mar. Presin absoluta Generalmente, la presin absoluta expresa en trminos de bar o de kilogramofuerza por centmetro cuadrado o (libras-fuerza por pulgada cuadrada) y se cuenta a partir del vaco perfecto en el cual no existe la presin atmosfrica. Por tanto en el aire a nuestro alrededor, la presin absoluta y la atmsfera son iguales. Presin manomtrica Un manmetro de presin est calibrado para leer 0 kilogramo-fuerza por centmetro cuadrado o (libras-fuerza por pulgada cuadrada) cuando no est conectado a algn recipiente con presin; por tanto, la presin absoluta de un sistema cerrado ser siempre la presin manomtrica ms la presin atmosfrica.


Las presiones inferiores a la presin atmosfrica Standard son realmente lecturas de depresin en los manmetros y se denominan vacos. Un manmetro de refrigeracin mixto (compound) est calibrado en el equivalente en milmetros (pulgadas) de Mercurio por las lecturas de depresin. Puesto que 1.03 Kg./cm2 (14.7 PSI) equivale aproximadamente a 760 milmetros de columna de Mercurio (29.92 pulgadas). Es importante recordar que la presin manomtrica es siempre relativa a la presin absoluta. Diferentes tablas demuestran la relacin de presiones a diferentes altitudes suponiendo que las condiciones atmosfricas sean normales. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINMICA La segunda ley de la termodinmica, como se discuti antes establece que se transfiere calor en una sola direccin, de mayor a menor temperatura; esto tiene lugar a travs de tres modos bsicos de transferencia de calor que se detallan a continuacin. Conduccin La conduccin se describe como la transferencia de calor entre las molculas cercanas de una sustancia, o entre sustancias que estn tocndose o en un contacto fsico real con la otra. Cuando la transferencia de calor ocurre en una sola sustancia, tal como una varilla de metal con un extremo en una llama de fuego, el movimiento de calor va hasta que hay un balance de temperatura a todo lo largo de la longitud de la varilla. Si la varilla se sumerge en agua, las molculas que se mueven rpidamente sobre la superficie de la varilla transmitirn algn calor a las molculas del agua y otra transferencia de calor por conduccin tendr lugar. Cuando la superficie exterior de la varilla se enfra, hay an algn calor dentro de la varilla y este continuar transfirindolo a las superficies exteriores de la varilla y luego al agua hasta que se alcanza el balance de temperatura. La velocidad con la cual el calor se transfiere por medio de la conduccin vara con las diferentes sustancias o materiales si stas poseen iguales dimensiones. La tasa de transferencia de calor variar de acuerdo a la habilidad de los materiales o sustancias para conducir calor. Los slidos, en general son mucho mejore conductores que los lquidos; y a su vez los lquidos conducen el calor mejor que los gases o los vapores.


La mayora de los metales tales como la plata, cobre, acero y el hierro, conducen el calor mucho ms rpidamente, mientras que otros materiales tales como vidrio, la madera y otros materiales de construccin, transfieren el calor en una tasa mucho ms lenta y por consiguiente solo usados como aislantes. El Cobre es un excelente conductor de calor como lo es el Aluminio. Estas sustancias son ordinariamente usadas en los evaporadores, condensadores y tubera de refrigerante que conecta los varios componentes de un sistema de refrigeracin, aunque el hierro es ocasionalmente usado con algunos refrigerantes. La tasa a la cual el calor pueda conducirse a travs de varios materiales depende de factores tales como: a) El espesor del material b) La diferencia de temperatura entre los lados del material c) La conductividad trmica (factor k) de un material d) El tiempo de duracin del flujo de calor. La siguiente tabla presenta los factores de conductividad trmica de algunos materiales comunes. TABLA No. 2 FACTORES DE CONDUCTIVIDAD TERMICA

Los factores k estn dados en [(Kcal./ (hr x Mt x C)] estos factores pueden utilizarse correctamente a travs del uso de la siguiente ecuacin: Q = A K (T2 T1) / X


DONDE: A : rea seccional en Mt2 K : Conductividad trmica en [Kcal/(h)(Mt)(C)] T: Diferencia de temperatura entre los dos lados X: Espesor del material en Metros. Los materiales de una alta conductividad se usan dentro del sistema de refrigeracin en si mismo a causa de que es deseable que una transferencia de calor rpida ocurra tanto en el evaporador como en el condensador. El evaporador es donde el calor se remueve, del espacio refrigerado o el proceso que ha estado en contacto directo con la sustancia. El condensador disipa este calor a otro medio o espacio. En el caso del evaporador el producto o aire est a una mayor temperatura que el refrigerante dentro de la tubera y hay una transferencia de calor de mayor a menor temperatura; mientras que en el condensador el vapor del refrigerante est a una mayor temperatura que la del medio enfriarte viajando a travs del condensador, y aqu de nuevo hay una transferencia de calor de mayor a menor temperatura. Conveccin Otro medio de transferencia de calor es por el movimiento de material calentado en s mismo cuando se trata de un lquido o gas. Cuando el material se calienta, las corrientes de conveccin son producidas dentro del mismo y las porciones ms calientes de l suben, ya que el calor trae consigo el decrecimiento de la densidad del fluido y un incremento en su volumen especfico. El aire dentro de un refrigerador y el agua que se calienta en una vasija son ejemplo primario de los resultados de las corrientes de conveccin. El aire en contacto con el serpentn de enfriamiento de un refrigerador llega a enfriarse y por consiguiente se vuelve ms denso, y empieza a bajar a la parte inferior e ste. Al hacerlo absorbe inferior calor de los alimentos y de las paredes del refrigerador, el cual a travs de conduccin, ha ganado calor del cuarto Despus de que el calor ha sido absorbido por el aire, ste se expande volvindose ms liviano y sube nuevamente al serpentn enfriador en donde el calor nuevamente se renueva de l. El ciclo de conveccin se repite siempre que haya una diferencia de Temperatura entre el aire y el evaporador. Las corrientes de Conveccin tales como las explicadas aqu son naturales, y, o como el caso de un refrigerador, el flujo natural es un flujo lento. En algunos casos la conveccin debe incrementarse con el uso de ventiladores o sopladores; en el caso de los lquidos se usan bombas para forzar la circulacin y la transferencia de calor de un lugar a otro.


Radiacin Un tercer medio de transferencia de calor es la radiacin por medio de ondas similares a las de la luz o las ondas de sonido. Los rayos del sol calientan la tierra por medio de ondas de calor radiantes el cual viaja en caminos rectos sin calentar la materia que interviene en su recorrido o el aire. El calor de un bulbo de luz o de una estufa caliente es radiante en naturaleza y se siente cuando se est cerca de ella, aunque el aire entre la fuente y el objeto cuando los rayos pasan a travs de l no se calienta. Si usted ha estado relajndose en un edificio sombreado o en un rbol en un da caliente o soleado y se mueve directamente a los rayos del sol, el impacto directo de las ondas calorficas le golpear como un pesado martillo an cuando la temperatura del aire en la sombra es aproximadamente la misma que en la parte soleada. A bajas temperaturas hay solamente una pequea cantidad de radiacin, y solamente se sienten pequeas diferencias de temperatura, por consiguiente la radiacin tiene pequeo efectos en el proceso real de refrigeracin, pero los resultados de la radiacin de los rayos solares pueden causar un incremento en la carga de refrigeracin en un edificio expuesto a estos rayos. El calor radiante es rpidamente absorbido por materiales o sustancias oscuras o mates, mientras las superficies o materiales con colores claros, reflejarn las ondas de calor radiante, como lo hacen con los rayos de luz. Este principio tambin se utiliza en el campo del Aire Acondicionado, donde, con techos y paredes claras, penetrar menos calor radiante en el espacio acondicionado, reduciendo as el tamao del equipo de enfriamiento requerido. El calor radiante tambin penetra fcilmente las ventanas con vidrios claros, pero es absorbido por vidrios opacos o traslcidos. Cuando el calor radiante o energa (ya que todo el calor es energa) es absorbido por un material o sustancia, se convierte en calor sensible, el cual puede sentirse o medirse. Todo cuerpo o sustancia absorbe energa radiante en algunas cantidades, dependiendo de la diferencia de temperatura entre el cuerpo especfico o sustancia y la otra sustancia. Toda sustancia radiar energa cuando su temperatura es mayor que el cero absoluto y otra sustancia prxima este a menor temperatura. Si un carro se deja sol bajo el sol caliente, con las ventanas cerradas durante un perodo de tiempo largo, la temperatura dentro del carro ser mucho mayor que la del medio ambiente que lo rodea. Esto demuestra que la energa absorbida por los materiales de los cuales se construye el carro se convierte a calor sensible, que puede medirse.


Leccin 3: Ciclos de Refrigeracin SISTEMA DE REFRIGERACIN POR COMPRESIN DE VAPOR Diagrama presin entalpa Para realizar ciertos clculos en instalaciones de refrigeracin es preciso disponer, y saber manejar, los diagramas que permiten trabajar a diferentes presiones, temperaturas y contenido entlpicos del medio refrigerante que se utilice. Los diagramas permiten obtener los datos termodinmicos que se necesitan para resolver los problemas que se plantean en los ciclos de refrigeracin. Hay varios tipos de diagramas; Uno de los ms empleados es el de presinentalpa. Este diagrama tiene la presin en ordenadas (eje vertical) y la entalpa en absisas (eje horizontal). Mediante lneas que atraviesan el diagrama se indican la temperatura, el volumen especfico y a entropa. En el diagrama modlico indicado puede apreciarse las zonas de Vapor saturado, lquido saturado, vapor recalentado, liquido subenfriado y mezcal liquido- vapor en el interior de la campana. Cada refrigerante tiene su propio diagrama Esto quiere decir que el diagrama de cada refrigerante tiene su propia forma y dimensiones y no puede utilizarse un diagrama cualquiera para todos los casos, sino que debe utilizarse el especfico del refrigerante. Vamos a repasar el significado de las diferentes zonas. Vapor Saturado: Es vapor que se encuentra en equilibrio con su fase liquida a presin y temperaturas especificadas. Vapor Recalentado: Es vapor que se ha calentado. Esta representado por la zona de la derecha de la campana. Lquido Saturado: Es lquido que est a punto de hervir. Esta representado por la curva de la izquierda de la campana. Lquido Subenfrado: Es un lquido a una temperatura inferior a la de saturacin. Esta representado por la zona de la izquierda de la campana.


Mezcla lquido- Vapor: Es la zona interior de la campana. La campana esta rematada por el punto Crtico, que representa unas condiciones de presin y temperaturas tales que no distingue el estado del fluido (si es liquido o gas) En el proceso tienen lugar dos fenmenos con balance de calor: La evaporacin de un refrigerante en estado lquido produce la absorcin de calor o, lo que es lo mismo, baja la temperatura en el recinto o cmara donde se encuentra, produciendo sensacin de fro. La condensacin del Vapor de un refrigerante se produce mediante una sesin de calor al ambiente, lo cual se traduce en una elevacin de temperatura el mismo. Este proceso es continuo y depende de las condiciones que los elementos que configuren la instalacin impongan al refrigerante, de modo que pueda seguirse desde cualquier punto. En la figura, veamos el ciclo que se producir en un circuito frigorfico ideal sobre el diagrama Presin- entalpa de cualquier refrigerante. Sobre las abscisas se representa la entalpa del refrigerante en Kjoule/Kg y sobre las ordenadas la presin en Psi o bar. El diagrama es conocido para cada refrigerante, y su principal elemento caracterstico es la curva de saturacin del mismo, como ya se ha explicado.


Diagrama Presin Entalpa Situmonos en el punto antes del dispositivo de expansin, previa al evaporador, en que el refrigerante se encuentra en estado lquido a una cierta presin; su paso al evaporador se controla mediante un dispositivo cuya funcin es regular el paso de refrigerante. Dicha vlvula produce una estrangulacin brusca que hace que a presin descienda desde la que tena a la salida del condensador hasta la existente a la entrada del evaporador. La vlvula es el regulador automtico de los lmites entre los que se denomina parte de alta presin y parte de baja presin, presiones entre las cuales la vlvula se ve forzada de trabajar. Esta bajada de presin en el evaporador hace que el refrigerante hierva y se produzca su evaporacin, auxiliado por la cantidad de calor que absorbe del recinto en que se encuentra, a travs del aire del mismo y transfirindolo al liquido, que se va transformando en vapor en el interior de los tubos de serpentn hasta que se evapora completamente. El refrigerante, en forma de gas, entra en el compresor por la tubera denominada de aspiracin o succin, a travs de la vlvula de aspiracin (semejante a los cilindros de un carro). Aqu el refrigerante es comprimido aumentando por ello su presin y su temperatura hasta llegar al punto en cuyas condiciones fluye hasta la entrada del condensador. La vlvula de salida del cilindro del compresor actuar de retencin, impidiendo que el gas regrese hacia el mismo. En el condensador, mediante la accin de un fluido exterior (aire, agua o ambas a la vez), se extrae calor al gas refrigerante, lo cual produce un enfriamiento del mismo favoreciendo su condensacin hasta alcanzar el estado liquido; a partir de aqu s impulsado de nuevo por la tubera hacia la vlvula de expansin, punto donde se repite el ciclo explicado. Como puede observarse, en el proceso existen varias temperaturas diferentes, lo cual hace que el estado refrigerante sea distinto en varios puntos; por ejemplo, se obtiene lquido subenfriado y saturado, vapor saturado y sobrecalentado, como se ver en el ciclo real. No obstante, en principio solo hay dos presiones perfectamente diferenciadas, que son las que corresponden a la evaporacin y a la condensacin. Es por ello que puede hablarse del LADO DE ALTA PRESIN y del LADO DE BAJA PRESIN de una planta o instalacin frigorfica. Distingamos las caractersticas de presin (p), temperatura (t) y entalpa (h) de los puntos ms representativos del proceso sobre dichas figuras.


El refrigerante condensado, esta a una temperatura tc (de condensacin) y a una determinada presin pc (presin de condensacin) y a una entalpa h1. Cuando el lquido pasa a travs de la vlvula de expansin su estado disminuye su presin y aumenta su velocidad. Esta variacin permite que cambie de estado, se produce por la ebullicin del lquido, provocada por la cada brusca de presin, bajando al mismo tiempo la temperatura. En este proceso el calor es constante, por lo que la entalpa no vara. A la entrada del evaporador, coexiste una mezcla de vapor y liquido (parte interior de la curva p-h), mientras que a la salida del mismo, el vapor esta saturado. La presin y la temperatura son las mismas, pero como el evaporador ha absorbido calor del recinto donde se encuentro, la entalpa ha aumentado antes de la entrada del compresor. Cuando el vapor pasa por el compresor, este le confiere un aumento de presin al vapor ha llegado, hasta el punto de presin de condensacin. Esta energa aadida por el compresor hace que aumente la temperatura hasta el valor necesario, como consecuencia de haber sido recalentado el vapor, y la entalpa, por tanto, a la entrada del condensador, encontramos, pues, vapor recalentado a una presin de condensacin. All se evacua el calor al medio ambiente, hasta conseguir que su entalpa descienda de nuevo, por tener lugar el proceso de cambio de estado de gas a lquido. En la prctica, el ciclo ideal o terico no se produce exactamente como se ha descrito, ya que debido a otras causas, suelen producirse variaciones que apartan sensiblemente el comportamiento del refrigerante de su ciclo terico. Es el denominado ciclo real y sus diferencias principales se encuentran las caractersticas de los elementos que constituyen a la instalacin (evaporadores, condensadores compresores y tubera de refrigerante) en forma de recalentamiento o subenfriamientos que varan las condiciones tericas de los valores de presin y temperatura, fundamentalmente. Leccin 4: Ciclo Simple de Refrigeracin El ciclo de refrigeracin en una etapa consta de cuatro procesos que transportan calor desde una fuente de baja temperatura (cmara fra), hasta una fuente de alta temperatura (atmsfera). Los equipos necesarios para el ciclo son:


Evaporador. Compresor. Condensador. Vlvula de expansin. Refrigerante Figura No. 2 Ciclo Simple de Refrigeracin mecnica

Los cuatro procesos bsicos del sistema de refrigeracin son: Evaporacin 1 - 2: Existe un intercambio de calor entre el cuarto fro y el refrigerante. El refrigerante cambia de fase a presin constante. Compresin 2 - 3: El compresor eleva la presin del refrigerante, para elevar su temperatura. Condensacin 3 - 4: Existe un intercambio de calor entre el refrigerante y la atmsfera. El refrigerante baja su temperatura y luego cambia de fase, esto ocurre a presin constante. Expansin 4 - 1: El refrigerante baja sbitamente su presin y de esta forma baja tambin su temperatura. El proceso ocurre a entalpa constante.


Figura 3. Diagrama presin del refrigerante Vrs Nivel de energa Entalpa

El balance trmico de este sistema genera los siguientes resultados: Capacidad del Evaporador: Qe = m * (h2 - h1) Potencia del compresor: Wc = m * (h3 - h2) Capacidad del condensador: Qc = m * (h3 - h4) En el diagrama se observa que: (h2 - h1) + (h3 - h2) = (h3 - h4) As que: Qe + Wc = Qc


La eficiencia de un sistema de refrigeracin la determina el coeficiente de operacin: COP = Qe / Wc 1 TR = 3.517 kW, 1 Hp = 0.746 kW, 1 kW = 3412.14 BTU / hr

Leccin 5: Ciclo de Refrigeracin en dos etapas con recirculacin de lquido En un sistema de refrigeracin industrial se hacen variaciones al sistema en una etapa con el fin de: Aumentar la capacidad de refrigeracin y disminuir la energa consumida. Para esto se deben agregar los siguientes elementos: 1. 2. 3. 4 Otro compresor Un recirculador Un interenfriador Elementos auxiliares (recibidores, purgadores, vlvulas y otros).

Observar en detalle la siguiente figura: Figura No.4 Ciclo de Refrigeracin de dos etapas con recirculacin de lquido

Los procesos de este ciclo son bsicamente los mismos pero hay dos diferencias:


En el recirculador se acumula refrigerante lquido en la parte inferior y se bombea hacia los evaporadores. En el ciclo simple a los evaporadores llega refrigerante directamente de la expansin. Por esto se aumenta la capacidad de refrigeracin. h4 -h3 > hb ha La energa que consume el compresor de baja y el de alta es menor que la energa que consume el compresor en una etapa, siempre que trabajen entre los mismos niveles de presin. De esta forma el consumo de energa es menor y es ptima a determinada presin intermedia. (h6 - h5) + (h8 - h7) < hc hb

En la figura 7 se pueden demostrar los anteriores enunciados:


CAPACIDAD DE REFRIGERACION: Sin recirculacin = 1396 - 302 = 1094 kJ / kg. Con recirculacin = 1396 - 81 = 1315 kJ / kg. Incremento (%) = 20.20%. Reduccin en el tamao de todos los equipos (ms econmicos). ENERGIA CONSUMIDA EN COMPRESION En una etapa = 1814 - 1396 = 418 kJ / kg. En dos etapas = (1558 - 1396) + (1663 - 1430) = 395 kJ / kg. Ahorro de energa (%) = 5.50%. Si al mes se pagan $ 15 000 000.oo por el consumo en compresin, tericamente al trabajar en dos etapas se ahorran $ 825000. Tonelada Refrigeracin = 3.517 kW, 1 Hp = 0.746 kW, 1 kW = 3412.14 BTU / hr Figura No. 7 Diagrama de la Presin vs Entalpa


Capitulo 2. Fundamentos de la Refrigeracin y la congelacin

Introduccin En este captulo se revisar y estudiar lo concerniente al manejo de temperaturas aplicadas a procesos de refrigeracin y congelacin. Es muy importante revisar los conceptos de fro aplicados a productos alimenticios con el fin de lograr su conservacin en adecuados sitios de refrigeracin los cuales se disearn de acuerdo a parmetros tcnicos establecidos que se revisarn en el presente mdulo. Leccin 1. Generalidades Refrigeracin mecnica Las bajas temperaturas son una herramienta importante para la conservacin de Alimentos perecederos, la reduccin de temperatura tiene un efecto sobre los Procesos fisiolgicos del producto sobre las reacciones bioqumicas que integran El proceso metablico global caracterstico de cada tejido biolgico. La velocidad de estas reacciones decrece a partir de los niveles ptimos de Temperatura para la actividad especfica de enzimas, por lo tanto, el fro reduce el Ritmo y velocidad de los procesos de respiracin, transpiracin, maduracin y Deterioro, as mismo, las bajas temperaturas reducen la accin de microorganismos patognicos que puedan causar efecto negativo sobre los seres humanos y animales. El enfriamiento es el proceso que retira el calor de una sustancia o producto con el fin de reducir su temperatura y mantenerla a un nivel adecuado. El calor es una forma de Energa trmica en transicin de un sistema a otro a travs del lmite que los separa debido solo a la diferencia de temperatura entre los sistemas. El fro es la expresin de un nivel relativamente bajo de calor, durante el almacenamiento refrigerado el producto es enfriado mediante su remocin de calor. Concepto de Carga trmica Para mantener fra una cmara y todo lo que este contenida en ella, es necesario extraer el calor inicial y despus el que pueda ir entrando en la cmara por bien aislada que este. El requerimiento total de refrigeracin, Q total, puede establecerse como siguiente: Q total = Q producto + Q otras fuentes


En la anterior expresin, los trminos del segundo miembro tienen el siguiente significado: Q producto = representa los sumandos necesarios que tiene en consideracin en la carga trmica a eliminar procedente del calor sensible, del calor latente de solidificacin, de las reacciones qumicas del embalaje y del calor absorbido para la congelacin del agua de los alimentos o productos que se desea refrigerar. Q otras fuentes = Incluye entre otros los flujos de calor a travs de los cerramientos de la cmara por transmisin de paredes, suelo y techo, la refrigeracin para el aire exterior que se introduce, la ventilacin, las cargas trmicas debidas a ventiladores, bombas, iluminacin elctrica, personas que manipulan los productos, etc. Como el calor generado en las 24 horas de un da se ha de extraer en un nmero de horas menor, en las horas de funcionamiento diario, la potencia frigorfica de la maquinaria NR habr de ser superior a la potencia Q total calculada para extraer en las 24 horas. Su valor ser: NR = Q total / t Transmisin de calor a travs de estructura La ganancia de Calor a travs de paredes, pisos y techos, variar segn las siguientes caractersticas: A.- Tipo de Construccin. B.- rea expuesta a diferentes temperaturas C.- Tipo y espesor del aislante D.-Diferencia de Temperatura entre el espacio refrigerado y la temperatura ambiental. Este clculo se establece a partir de la ecuacin: Q = A X U (T exterior -- T interior) Donde: A =rea de Intercambio U = Coeficiente Global de Transferencia T Ext. = Temperatura Exterior T int. = Temperatura Interior


La refrigeracin mecnica En esta parte analizaremos uno de los fenmenos de mayor utilizacin dentro de los procesos de conservacin de la industria alimentaria. Recordemos cmo el propsito principal de un sistema de refrigeracin es el de mantener un cuerpo cualquiera a una temperatura menor a la del medio que le rodea. De hecho, la refrigeracin se fundamenta, desde el punto de vista termodinmico, en la diferencia existente entre las temperaturas de saturacin o condensacin de los vapores a diversas presiones, tambin sabemos que en la medida en que disminuye la presin dentro de un equipo refrigerador al mismo tiempo disminuyen las temperaturas de condensacin. Este principio se constituye entonces en la base conceptual que permite entender el fenmeno de la refrigeracin. Observemos la siguiente figura: FIGURA No.8 . Sistema de refrigeracin (Esquema)

Analicemos rpidamente los componentes marcados en la figura anterior: En el evaporador, la presin sobre el refrigerante es lo suficientemente baja como para que la evaporacin del liquido refrigerador tenga lugar a una temperatura baja previamente elegida. En el se sucede el fenmeno de la evaporacin que consiste en extraer del entorno a la temperatura baja ya conocida previamente, el calor latente de vaporizacin del lquido refrigerante. Posteriormente, en el resto del sistema y como paso siguiente los vapores son aspirados por el compresor que eleva su presin y los enva al condensador, all el lquido refrigerante cede su calor latente de vaporizacin.


Entonces, la refrigeracin consiste en un transporte de calor de una fuente de baja temperatura evaporador- hasta una fuente de alta temperatura condensadorComo medio de transporte se emplea un refrigerante que es un elemento que en el evaporador toma el calor y lo descarga en el condensador. El intercambio de calor se hace a travs de superficies cerradas, luego el refrigerante nicamente esta en contacto con los equipos necesarios para el ciclo. En sntesis, el ciclo de refrigeracin est integrado por tres equipos bsicos como lo son: el evaporador, el compresor y el condensador; en l ocurren los fenmenos de evaporacin a baja presin y baja temperatura seguidos por etapas de compresin y condensacin a temperatura atmosfrica y presiones elevadas, aqu el lquido a elevada presin pasa del condensador hasta el evaporador por intermedio de una vlvula (de expansin) que permite, a partir de este punto la repeticin del ciclo. Es importante tener en cuenta que el manejo de las temperaturas de evaporacin y condensacin est sujeto al ajuste de presiones. Por ejemplo, una presin alta la puede determinar la temperatura del agua de refrigeracin disponible. En el caso de la presin de evaporacin, sta es generalmente regulada por la necesidad que tenga el producto que se vaya a conservar, de una temperatura baja especfica o de una velocidad de enfriamiento o congelacin tambin especfica. El uso de temperaturas de evaporacin bajas significa, un mayor trabajo de los compresores y mayores volmenes de vapor a baja presin, es decir, un alto costo de operacin. Abordaremos a continuacin los principales aspectos termodinmicos que deben ser tenidos en cuenta durante un proceso o ciclo de refrigeracin:


Figura No. 9 Esquema ciclo de refrigeracin

1. Aspiracin del compresor. Tenemos gas sobrecalentado a baja presin, el compresor aspira los vapores que se forman en el evaporador. 2. Descarga del compresor. Tenemos gas a alta presin y alta temperatura, esta presin es la presin de condensacin. 3. Entrada al condensador. A la misma presin que el punto 2 pero con algo menos de temperatura. 4. Condensador. Una mezcla de gas saturado y lquido a la presin de condensacin aqu la temperatura ya ha disminuido. A medida que vamos saliendo del serpentn o intercambiador cada vez hay ms lquido y menos gas. De esta manera al licuar el gas el sistema traspasa calor el medio. 5. Aqu, si el proceso de condensacin ha sido eficiente, tenemos lquido saturado, a presin de condensacin. 6. Salida del depsito de lquido (s lo hay). En algunas instalaciones grandes se pone un depsito de lquido capaz de guardar el 125% de todo el gas que cabe en la instalacin, para recuperarlo si tenemos una avera y no perderlo, y tambin como acumulador que permite suministrar lquido a la vlvula de expansin sean cuales sean las condiciones en las que trabaje la instalacin, .El depsito de lquido estar casi lleno cuando la instalacin este a baja carga y estar casi vaco cuando la instalacin este a plena carga y las vlvulas de expansin se abran para regar el evaporador.


Tiene una llave en su salida para poderla cerrar y recuperar el gas que queda encerrado entre esta vlvula y la vlvula de descarga del compresor (que no deja pasar el fluido hacia atrs). 7. Lquido a la presin de condensacin pero subenfriado; cuanto mayor sea el subenfriamiento mejor rinde la instalacin ya que el refrigerante dispone de ms entalpa en su evaporacin para llevarse el calor del evaporador. Dicho de otra manera, para el mismo desplazamiento del compresor (que mueve unos determinados kilos de refrigerante) se tiene una mayor diferencia de entalpa por kilo de refrigerante. 8. Salida, prcticamente igual que en el punto 7 menos una pequea prdida de carga que produce este filtro. Recordar que a cada presin corresponde una temperatura y si perdemos presin tambin baja la temperatura. 9. Entrada a la vlvula de expansin. A la misma temperatura y presin que en el punto 8. 10. Salida de la vlvula de expansin. El refrigerante sale prcticamente en estado lquido. Debido a la baja presin a la que ahora est sometido, el refrigerante sale a baja temperatura. 11. Entrada al evaporador. Similares condiciones al punto 10. 12. El refrigerante en el evaporador. Por contacto trmico, el refrigerante se enfra y se gasifica, absorbiendo calor del medio. Es en este punto donde se produce el efecto til del enfriamiento. 13. La salida del evaporador. Vapores del refrigerante salen a presin y temperatura muy baja.

Leccin 2: Coeficientes de Funcionamiento Veamos el siguiente esquema: Como se observa, en la Figura 10, la mquina frigorfica logra extraer la cantidad de calor q2 del recinto a baja temperatura t2, gracias al consumo del trabajo exterior W, proceso que va acompaado por la transferencia del calor q2 al recinto de mayor temperatura t1.


FIGURA No. 10 Esquema general mquina frigorfica

En consecuencia el coeficiente de funcionamiento o eficacia (Cf ) de la mquina se encuentra definida por:

Si el caso fuere el de utilizar una mquina frigorfica que opere entre las temperaturas t2 y t1. Siendo t1 >t2, es decir, que si la temperatura de la fuente fra es mayor o igual a la temperatura ambiental a la mquina se le denomina bomba de calor. En esencia ambos mecanismos (bomba y frigorfico) son los mismos; su diferencia esencial estriba como se observa, en los niveles trmicos en los que operan. FIGURA No. 11 Esquema de una bomba de calor

En sntesis lo interesante de un equipo de refrigeracin es conocer la cantidad de calor (q1) que se logra extraer del recinto fro, mientras que de la bomba de calor lo que interesa conocer es la cantidad de calor (q2) cedido al recinto de temperatura t1 por esto y a diferencia de una mquina frigorfica, el coeficiente de funcionamiento de la bomba de calor vendra dada por la siguiente relacin:


Con lo anterior es fcil entender el porqu una bomba de calor puede ser empleada como mecanismo de calefaccin. La eficiencia de una mquina trmica, bien sea que opere como refrigerador o como bomba de calor, viene dada por la siguiente ecuacin:

Donde: Eficacia = Coeficiente de Funcionamiento Eficiencia q1 = representa el calor absorbido del recinto de menor temperatura T2 q2 = representa el calor cedido al recinto de mayor temperatura T1. Para finalizar este aparte recordemos el concepto bsico de energa utilizable o exergia: El concepto de energa utilizable es fundamental para analizar las caractersticas de un ciclo cualquiera; se utiliza para determinar la eficacia de un dispositivo cuyo objetivo sea realizar un trabajo W. Si recordamos la definicin de eficacia dada por Darrieus, esta es un proceso sistmico que permite conocer la relacin entre el trabajo realizado y el mximo posible que podra obtenerse si el proceso fuere reversible. Sobre este postulado se puede deducir que la eficacia o coeficiente de funcionamiento de los ciclos totalmente reversibles es 1 mientras que la de los ciclos irreversibles ser siempre mayor que 1. En consecuencia, si un sistema cerrado evoluciona desde un estado de equilibrio inicial 1 a otro estado 2 se definir el trabajo mximo realizable por la siguiente ecuacin: W12 = W (U1 TeS1) (U2 TeS2) J/kg. donde: Te = Temperatura de estado U = Energa interna S = Calor especifico Es decir, que el trabajo utilizable viene expresado por la diferencia de los valores adoptados por la funcin UTeS en los estados extremos considerados.


De lo anterior es fcil deducir una nueva funcin de estado tal que la diferencia entre sus valores inicial y final de proceso coincida con el trabajo mximo realizable por el sistema; luego si hacemos = UTeS tendremos:

donde 1 y 2 son los valores adoptados por la funcin o variable extensiva anotada = UTeS. Ntese bien que la funcin es funcin de estado y tiene dimensiones de energa y se denomina energa utilizable de un proceso carente de flujo o energa utilizable para un sistema cerrado. Al integrar las anteriores funciones observaremos como el trabajo mximo que pueda obtenerse de un sistema que experimente una transformacin 1 a 2 coincidir con la disminucin que sufra la energa utilizable del mismo. Teniendo en cuenta que la energa utilizable tiene naturaleza de tipo energtico, resulta, al igual que con la energa interna (U) o la entalpa (h), imposible definir su valor absoluto en un determinado estado; a pesar de ello dado que la energa utilizable del sistema cuando se encuentra en equilibrio termodinmico con el medio es nula, es vlido referir su valor al de la funcin en las condiciones termodinmicas del medio exterior. Leccin 3: Refrigerantes Un refrigerante es cualquier fluido que acta como agente de enfriamiento, absorbiendo calor de un foco caliente al evaporarse. El refrigerante en una instalacin frigorfica debe tener las siguientes caractersticas: - Calor latente de evaporacin alto: cuanto mayor sea su valor menor cantidad de refrigerante hay que utilizar en el proceso de refrigeracin para obtener una temperatura determinada. - Presin de evaporacin superior a la atmosfrica: para evitar que entre aire en el circuito de refrigeracin, lo que acarreara el problema de que el agua contenida en el aire se solidificase y obturase algn conducto. - Punto de ebullicin lo suficientemente bajo para que sea inferior a la temperatura de trabajo del evaporador. - Temperaturas y presin de condensacin bajas: as se evitan trabajar con presiones de condensacin altas en el compresor lo que se traduce en un considerable ahorro tanto de energa como en el coste de la instalacin.


- Inercia qumica: es decir que no reaccione con los materiales que componen el circuito ni con el aceite del compresor. - Ha de ser inmiscible o totalmente miscible con el aceite del compresor: la solubilidad parcial da origen a problemas de depsitos de aceite en el evaporador. - Debe de ser qumicamente estable: hasta el grado de no ser inflamable ni explosivo. - Ha de ser soluble en agua: de esta forma se evita que el agua libre pueda formar cristales de hielo. Por este motivo los circuitos de refrigeracin van provistos de filtros deshidratantes. - Debe ser no txico para el hombre. - Debe tener un impacto ambiental bajo o nulo en el caso de ser liberado por posibles fugas. - Debe ser fcilmente detectable por el olfato para poder localizar las fugas que se produzcan en el sistema. - Debe ser barato. Clasificacin de los refrigerantes Los primeros refrigerantes utilizados por reunir varias de estas caractersticas y ser los nicos disponibles cuando aparecieron las primeras mquinas de produccin mecnica de fro (1867) fueron el amoniaco (NH3), el dixido de carbono (CO2)y el dixido de azufre (SO2). Pero estos refrigerante presentaban grandes problemas de toxicidad, explosin y corrosin en las instalaciones de modo que su utilizacin estaba restringida a usos industriales. Con excepcin del amoniaco todos estos refrigerantes han dejado de usarse siendo reemplazados por otros denominados freones que aparecen en el mercado a partir del ao 1928 y no presentan los inconvenientes de los primeros. El amoniaco hoy en da se sigue empleando en instalaciones de gran tamao debido a que es el refrigerante conocido que tiene el efecto frigorfico ms alto. Es uno de los ms baratos y fciles de conseguir y tiene gran estabilidad qumica. Es inmiscible con el aceite, por lo tanto debe usarse un separador de aceite en la tubera de descarga del compresor hacia el condensador. Como inconveniente: es txico, algo inflamable y puede llegar a ser explosivo en grandes concentraciones, pero puede ser detectado fcilmente por el olor por lo que estos inconvenientes tiene poca importancia en industrias con alto nivel de control.


Freones: Es un grupo de refrigerantes derivados de hidrocarburos de bajo peso molecular fundamentalmente derivados del metano y el etano en los que alguno o todos sus tomos de H se han sustituidos por halgenos normalmente flor, cloro y bromo. En funcin de su composicin estos refrigerantes pueden clasificarse en tres grupos: CFC (clorolfuorocarbonados), HCFC (hidroclorofluorocarbonados) y HFC (hidrofluorocarbonados). CFC: son hidrocarburos totalmente halogenados, es decir, todos sus hidrgenos estn sustituidos por cloro y flor. Se caracterizan por ser gases muy estables que persisten en la atmsfera muchos aos y por tanto pueden llegar a la estratosfera donde destruyen la capa de ozono. Por este motivo dejaron de fabricarse y usarse a partir de 1995 segn lo acordado en el Protocolo de Montreal. El Protocolo de Montreal, sobre productos que destruyen la capa de ozono, es un acuerdo internacional adoptado en una conferencia diplomtica que tuvo lugar en Montreal (Canad) el 16 de septiembre de 1987 por el que los gobiernos firmantes se comprometieron a reducir progresivamente y finalmente suprimir la fabricacin y uso de estas sustancias, para lo que se estableci un calendario para su eliminacin. Dicho calendario fue revisado en varias ocasiones, la ultima en 1997. Uno de los refrigerantes con mejores propiedades termodinmicas y por ello el mas utilizado hasta dicha fecha pertenece a este grupo es el R-12 o diclorodifluormetano y el R-11 o triclorofluormetano. HCFC: son hidrocarburos halogenados que contienen un tomo de hidrogeno en su molcula lo cual le permite oxidarse con mayor rapidez en la parte baja de la atmsfera siendo su poder de destruccin de la capa de ozono menor. Son sustitutos a medio plazo de los CFC. Segn el Protocolo de Montreal su uso y produccin tendr que estar reducido al 100 % en enero del 2030. Ejemplo: R-22 clorodifluormetano ODP= 0,05. HFC: derivados halogenados que no contienen cloro en su molcula oxidndose con gran rapidez en capas bajas de la atmsfera, siendo su ODP= 0. Ejemplo R-152 o difluormetano.


Tabla No.3 Clasificacin de los Refrigerantes

Fuente: Tomado de ASRAHE Consideraciones sobre los refrigerantes segn el reglamento de seguridad para plantas e instalaciones frigorficas. 1. Denominacin simblica de los refrigerantes: segn este reglamento los refrigerantes adems de por su frmula qumica pueden identificarse por un cdigo adoptado internacionalmente siguiendo las siguientes reglas: el cdigo va precedido de una R, a continuacin aparecen unas cifras relacionadas con la formula qumica del refrigerante que indican lo siguiente: A. La primera cifra de la derecha en los compuestos que carezcan de Br indica el nmero de tomos de F en sus molculas. B. La segunda cifra de la derecha es el nmero de tomos de H+1.


C. A la izquierda de la anterior se indica con otra cifra el nmero de tomos de C1. R-(C-1)-(H+1)-(F). D. Si la molcula contiene tomos de Br se procede segn lo visto aadiendo luego a la derecha una B seguida del numero de dichos tomos. E. Los derivados cclicos se expresan segn la regla general, encabezndolos por una C a la izquierda del numero del refrigerante. F. Los compuestos no saturados siguen las mismas reglas anteponiendo el nmero 1 como cuarta cifra contada desde la derecha. G. Las mezclas determinadas de refrigerantes o azetropos (disolucin de 2 o ms lquidos cuya composicin no cambia por destilacin) se expresan por las denominaciones de sus componentes intercalando entre parntesis el porcentaje en peso correspondiente a cada uno. Tambin pueden designarse por un numero de la serie 500 completamente arbitrario. H. Los refrigerantes de los compuestos inorgnicos se identifican aadiendo a la cifra 700 el peso molecular de los compuestos. 2. Criterios de seguridad: el reglamento de seguridad de plantas e instalaciones frigorficas divide los fluidos en tres categoras y recomienda el uso de aquellos que sean menos txicos y menos inflamables. Estas categoras son: 1. Refrigerantes de alta seguridad: se incluyen todos los refrigerantes halogenados ms utilizados actualmente. 2. Refrigerantes de media seguridad: es el amoniaco y otros residuos en desuso como el SO2 y el CH3Cl. 3. Refrigerantes de baja seguridad: son los hidrocarburos gaseosos como el propano, butano y etileno no utilizados habitualmente.


Tabla No.4 Efectos Fisiolgicos de los Refrigerantes

Fuente: Tomado de ASRAHE Un segundo aspecto de importancia en el conocimiento de los sistemas de refrigeracin tiene que ver con los refrigerantes temas que abordaremos a continuacin:


Caractersticas termodinmicas comparadas Las propiedades termodinmicas tienen estrecha relacin con la capacidad del refrigerante para absorber, transportar y rechazar el calor. Las ms importantes son presin, temperatura, volumen, entalpa y entropa. Para estudiar comparativamente tales propiedades escogeremos los cuatro refrigerantes de uso ms corriente en la refrigeracin industrial: - Presin: las presiones necesarias de un sistema de refrigeracin son muy importantes pues determinan la dimensin que debe tener el equipo para comprimir y mover el refrigerante en estado de gas. Altas presiones de operacin requieren de equipos ms pesados y por tanto ms costosos. Si las presiones de funcionamiento son negativas con respecto a la presin atmosfrica, existir el problema de entrada de aire y humedad dentro del sistema. Un refrigerante adecuado deber tener una presin de condensacin tan baja como sea posible y una presin de evaporacin por encima de la atmosfrica, a fin de trabajar siempre con presin positiva. - Temperatura: otra forma de analizar un refrigerante es conociendo la temperatura de evaporacin a la presin atmosfrica (0 psig.). Esta temperatura sirve de referencia para la seleccin del refrigerante segn la temperatura a sistema a la cual se quiere llegar, sin que el compresor del sistema opere en vaco. - Volumen: el volumen especfico de un refrigerante, especialmente en estado gaseoso indica la cantidad de vapor que debe bombear el compresor por cada libra de refrigerante evaporado a cierta temperatura. Observemos que una libra de R-502 produce solamente 0,82 pies cbicos de gas al evaporarse a 5 0F, pero el amonaco produce 8,15 pies cbicos que es casi 10 veces ms que el anterior a las mismas condiciones, necesitndose un compresor de mayor capacidad volumtrica para mover una libra de amoniaco gaseoso. - Entalpa. Es la cantidad de calor o energa que contiene un refrigerante a determinada condicin de temperatura y presin. El calor latente es la cantidad de calor que se requiere para lograr el cambio de estado del refrigerante. Este calor latente equivale al efecto de enfriamiento por unidad de masa del refrigerante. En general, puede observarse que el calor latente del amonaco (R-717) es ms alto que los dems.


Esta propiedad es de gran importancia en la escogencia de un refrigerante y se estudiar ms en el anlisis del ciclo de refrigeracin. Todas las propiedades termodinmicas deben tenerse en cuenta al escoger un refrigerante y una sola no es suficiente para determinarlo, por ejemplo: en la seleccin de un compresor las presiones de operacin y el volumen por minuto son caractersticas importantes. El tamao de la mquina requerida depende del volumen por minuto a manejar y su dimensin depende del rango de presiones a los que se necesite trabajar. La circulacin volumtrica de refrigerante por las tuberas determina las dimensiones de las lneas de gas caliente y succin. Caractersticas fsicas Son propiedades de los refrigerantes que no cuentan dentro de la capacidad de absorcin o transporte del calor, pero que tienen importancia en otros aspectos de su manejo. Estudiaremos los principales: - Miscibilidad. Se refiere a la capacidad de mezclarse con el aceite. De los refrigerantes estudiados el que no se mezcla con el aceite es el R-717 (amonaco). La miscibilidad proporciona principalmente las siguientes ventajas: facilidad de lubricacin de las diferentes partes mviles del compresor y mayor facilidad de retorno del aceite al compresor. A su vez, los mayores inconvenientes son: la disolucin del aceite en el compresor, transferencia de calor disminuida y problemas en el control del sistema. - Temperatura y presin crticas. La presin crtica es aquella a partir de la cual un fluido permanece en estado lquido aun cuando se le adicione calor. Esto significa que no se evaporar y por tanto no sirve como refrigerante a presiones superiores a la crtica. La temperatura crtica es aquella temperatura de saturacin correspondiente al estado en el cual las propiedades del lquido y el vapor son idnticas. - Tendencia al escape. En idnticas condiciones termodinmicas, los refrigerantes presentan tendencias a fugarse de las tuberas. A menor peso molecular existe mayor tendencia a escaparse el gas por agujeros iguales. El tamao de las molculas es proporcional a la raz cuadrada del peso molecular y relacionara los dimetros de agujeros por los que escapasen los gases con la misma dificultad.


- Olor. El olor de un refrigerante puede ser ventajoso para su deteccin en caso de fuga, lo cual permite recuperar antes de que ocurran fallas mayores o averas. El olor del amonaco es fuerte y picante a diferencia de los otros cuyo olor es ligeramente etreo. - Toxicidad. Se podra afirmar que todas las sustancias gaseosas en algn grado son asfixiantes o txicas; sin embargo, existen diversos niveles de toxicidad determinados segn pruebas especficas. Para los refrigerantes estos han sido clasificados en tres grupos teniendo en cuenta la concentracin y duracin de la exposicin que conduce a lesin seria. Por ejemplo en el grupo 2 de toxicidad aparece el amoniaco razn por la cual es limitada su utilizacin a nivel industrial; el R-12 y el R-22 son los de mayor uso en los niveles de refrigeracin residencial y comercial. -Humedad. La humedad es absorbida por los refrigerantes en proporciones variables. Cuando esta existe se pueden causar fenmenos como la formacin de cidos corrosivos los cuales deterioran las tuberas y vlvulas de bronce, adems de que los motocompresores estn sujetos a corto-circuito; por otra parte, se pueden producir taponamientos en los dispositivos de control de refrigerantes, vlvulas y flotadores por la congelacin del agua en los lugares de baja temperatura, dentro del sistema de refrigeracin. Vale la pena anotar, que un refrigerante al enfriarse, disminuye su capacidad de retener agua y se precipita cierta cantidad en fo

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