CONCEPTOS BÁSICOS DE REFRIGERACIÓN

MATERIA.- ES CUALQUIER COSA QUE TENGA MASA Y QUE OCUPA UN LU- - - GAR EN EL ESPACIO. TODA MATERIA ESTÁ COMPUESTA DE PEQUEÑAS PAR-TÍCULAS LLAMADAS MOLÉCULAS, LAS MOLÉCULAS VARÍAN EN FORMA TA-MAÑO Y PESO Y ES LA PARTÍCULA ESTABLE MÁS PEQUEÑA DE LA MATERIA QUE CONSERVA LAS CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DE LA SUSTANCIAORIGINAL, SIN EMBARGO TODAS LAS MOLÉCULAS ESTÁN CONSTITUIDAS POR ÁTOMOS.

ESTADOS DE LA MATERIA.- LA MATERIA PUEDE EXISTIR EN TRES DIFEREN- TES FASES DE ESTADO ó AGREGACIÓN: COMO UN SÓLIDO, COMO LÍQUIDO -ó COMO VAPOR ó GAS. LA MATERIA EN ESTADO SÓLIDO MANTIENE SU CAN-TIDAD, FORMA Y DIMENSIONES FÍSICAS. LA MATERIA EN ESTADO LÍQUIDO -MANTIENE SU CANTIDAD Y TAMAÑO PERO NO SU FORMA, EL LÍQUIDO TO---MA LA FORMA DEL RECIPIENTE QUE LO CONTIENE.. LA MATERIA EN ESTA ---DO GASEOSO NO TIENE UNA TENDENCIA A RETENER NI EL TAMAÑO NI LA – FORMA, SE EXPANDIRÁ PARA OCUPAR EL VOLUMEN DEL RECIPIENTE QUE –LO CONTIENE.

CAMBIOS DE ESTADO.- CUANDO UNA SUSTANCIA SÓLIDA SE CALIENTA EL MOVIMIENTO MOLECULAR ES EN LA FORMA DE RÁPIDO MOVIMIENTO VI----BRATORIO, NO DESPLAZÁNDOSE NUNCA LAS MOLÉCULAS DE SU POSICIÓN –ORIGINAL. PERO LA ADICIÓN POSTERIOR DE CALOR CAUSARÁ QUE EL SÓLI-DO CAMBIE AL ESTADO LÍQUIDO. CUANDO SE APLICA ENERGÍA CALORÍFICAA UNA SUSTANCIA SE INCREMENTA LA ENERGÍA INTERNA DE LAS MOLÉCU-LAS, AUMENTANDO SU VELOCIDAD DE MOVIMIENTO E INCREMENTÁNDOSE LA TEMPERATURA DE LA SUSTANCIA. PERO LA ADICIÓN POSTERIOR DE -----CALOR NO NECESARIAMENTE INCREMENTARÁ EL MOVIMIENTO MOLECU----LAR EN ALGUNA TEMPERATURA DADA, EN SU LUGAR EL CALOR ADICIONALCAUSARÁ UN CAMBIO DE ESTADO DE LA SUSTANCIA. CUANDO SE RETIRA CALOR DE UNA SUSTANCIA SE PRESENTA UNA DISMINUCIÓN EN LA VELO--- CIDAD DEL MOVIMIENTO MOLECULAR Y TAMBIÉN UN DESCENSO EN LA ----TEMPERATURA DE LA SUSTANCIA.

CAMBIOS DE ESTADOS FÍSICOS DE LA MATERIA:

FUSIÓN: CAMBIO DE SÓLIDO A LÍQUIDOSOLIDIFICACIÓN: CAMBIO DE LÍQUIDO A SÓLIDOLICUEFACIÓN: CAMBIO DE SÓLIDO A LÍQUIDO.VAPORIZACIÓN: CAMBIO DE LÍQUIDO A VAPORCONDENSACIÓN: CAMBIO DE VAPOR A LÍQUIDO.SUBLIMACIÓN: CAMBIO DE SÓLIDO A VAPOR.

CALOR.- ES UNA FORMA DE ENERGÍA (ENERGÍA TÉRMICA) Y SE DEFINE CO-- MO ENERGÍA TRANSFERIBLE DE UN CUERPO A OTRO DEBIDA A LA DIFEREN-CIA DE TEMPERATURA ENTRE AMBOS. LA PRINCIPAL FUENTE DE CALOR ENEL PLANETA ES EL SOL, PRODUCIÉNDOSE TAMBIÉN POR OTRAS FORMAS DE ENERGÍA: COMBUSTIÓN, FRICCIÓN, ELECTRICIDAD, ETC. EL CALOR DE UN CUERPO SE DEFINE POR SU MOVIMIENTO MOLECULAR. Y SE EXPRESA EN :KCAL, BTU, JOULRS.

FRÍO.- SE DEFINE COMO LA AUSENCIA DE CALOR ó COMO LA EXTRACCIÓN DE CALOR DE LOS CUERPOS, EL CALOR FLUYE DE UN CUERPO DE MAYOR TEMPERATURA AL DE MENOR TEMPERATURA AL DESPRENDERSE ESTE ----CALOR DISMINUYE EL MOVIMIENTO MOLECULAR DEL CUERPO.

TRANSMISIÓN DE CALOR.- EL CALOR SE TRASFIERE EN UNA SOLA DIREC---CIÓN, DE MAYOR A MENOR TEMPERATURA Y ESTO TIENE LUGAR A TRAVÉSDE TRES FORMAS BÁSICAS: CONDUCCIÓN, CONVECCIÓN Y RADIACIÓN.

CONDUCCIÓN.-ES LA TRANSMISIÓN DE CALOR A TRAVÉS DE UN CUERPO ----SÓLIDO A OTRO POR CONTACTO DIRECTO, LAS MOLÉCULAS CALIENTES ------TRANSMITEN SU ENERGÍA A LAS MOLÉCULAS ADYACENTES

CONVECCIÓN.- ES LA TRANSMISIÓN DE CALOR POR MEDIO DE LAS CO- - - --- RRIENTES DE AIRE AL PONERSE EN CONTACTO CON LOS CUERPOS FRÍOS ó CALIENTES, PRODUCIÉNDOSE LA CONVECCIÓN DEBIDO AL CAMBIO DE TEM- PERATURA Y DENSIDAD EN EL AIRE.

RADIACIÓN.- ES LA ENERGÍA TÉRMICA QUE SE TRANSMITE POR MEDIO DEL MOVIMIENTO DE ONDAS DE UN CUERPO A OTRO SIN NECESIDAD DE INTER---VENCIÓN DE LA MATERIA. LA TIERRA RECIBE CALOR DEL SOL POR RADIA---CIÓN, TODOS LOS CUERPOS DAN Y RECIBEN CALOR EN FORMA DE ENERGÍARADIANTE.

FLUJO DE ENERGÍA TÉRMICA.- ES LA FLUIDES DEL CALOR DE UN CUERPO A OTRO EN RAZÓN DEL TIEMPO, ES LA CANTIDAD DE CALOR QUE FLUYE DE UN CUERPO A OTRO EN RAZÓN DEL TIEMPO Q/t Y SE EXPRE SA EN KCAL/Min ó BTU/Hr.

INTENSIDAD DE CALOR.-LA INTENSIDAD DE CALOR DE LA MATERIA PUE --DE MEDIRSE, LA UNIDAD SE LLAMA GRADO MEDIDA SOBRE UNA ESCALA --DE TEMPERATURA. LA TEMPERATURA ES UNA FUNCIÓN DE LA ENERGÍA CI-NÉTICA INTERNA DE UN CUERPO, QUE SE MIDE CON UN TERMÓMETRO.

ESCALAS DE TEMPERATURA: CENTÍGRADA ºC = 5/9(ºF-32º) FAHRENHEIT ºF = 9/5ºC+32º KELVIN ºK = ºC+273 (TEMP. ABSOLUTA). RANKINE ºR = ºF+460 (TEMP. ABSOLUTA)

CALOR ESPECÍFICO (Ce).- ES LA CAPACIDAD DE UNA SUSTANCIA DE - ----ABSORVER ENERGÍA CALORÍFICA. EL CALOR ESPECÍFICO VARÍA EN CADA –SUSTANCIA. POR EJEM.

Ce del AGUA = 1 BTU/LbºFCe del HIELO = 0.5 BTU/LbºF

Ce del LATÓN = 0.089 BTU/LbºF CANTIDAD DE CALOR.- ES DIFERENTE A LA INTENSIDAD DE CALOR, A CAUSA DE QUE TIENE EN CONSIDERACIÓN NO SOLAMENTE LA TEMPERATURA --DE LA SUSTANCIA SINO TAMBIÉN SU PESO. Y ES LA CANTIDAD DE ENERGÍASUMINISTRADA ó EXTRAIDA DE UNA SUSTANCIA ó MATERIAL PARA PRODU-CIR UN CAMBIO ESPECÍFICO EN SU TEMPERATURA LAS UNIDADES DE LA ---CANTIDAD DE CALOR SON: LA KILOCALORÍA ó EL BTU. Y SE EXPRESA:

Q = (m)(Ce)(T2 - T1)EN DONDE:Q = CANTIDAD DE CALOR EN BTU ó KCAL.m = MASA DE LA SUSTANCIA EN Lb ó KgCe = CALOR ESPECÍFICO EN BTU/Lbº.F ó KCAL/KgºC.T2 – T1 = DIF. DE TEMPERATURA EN º F ó ºC.

BTU.-UNIDAD TÉRMICA BRITÁNICA, ES LA CANTIDAD DE ENERGÍA CALORI-FICA NECESARIA PARA ELEVAR LA TEMPERATURA DE UNA Lb. DE AGUA ----UN GRADO FAHRENHEIT.

KCALORÍA.-ES LA CANTIDAD DE CALOR NECESARIA PARA ELEVAR LA TEM-PERATURA DE 1 LT. DE AGUA UN GRADO CENTÍGRADO.

FRIGORÍA.- ES LA CANTIDAD DE CALOR EXTRAIDA A UN LT. DE AGUA PARABAJAR SU TEMPERATURA UN GRADO CENTÍGRADO.

CALOR SENSIBLE.- EL CALOR QUE PUEDE MEDIRSE SE LLAMA CALOR SEN-SIBLE, TODAS LAS SUSTANCIAS SÓLIDAS, LÍQUIDAS ó EN ESTADO GASEOSO CONTIENEN CALOR SENSIBLE EN ALGÚN GRADO. ES LA ENERGÍA TÉRMICA QUE CAUSA ó PRODUCE UN CAMBIO EN LA TEMPERATURA DE LA SUSTAN---CIA, SIN EFECTUARSE UN CAMBIO DE ESTADO.

Qs = (m)(Ce)(T2-T1)

CALOR LATENTE.- ESTE ES UN CALOR OCULTO QUE NO SE REGISTRA EN UN TERMÓMETRO, NI PUEDE SENTIRSE AL EFECTUARSE UN CAMBIO DE ESTA- -DO. ES LA ENERGÍA TÉRMICA NECESARIA PARA CAMBIAR DE ESTADO UN --- SUSTANCIA, SIN ALTERAR SU TEMPERATURA PERMANECIENDO ESTA CONS- TANTE A SU PRESIÓN CORRESPONDIENTE.

QL = (m)(hf)

CALOR LATENTE DE FUSIÓN.-PARA CUALQUIER SUSTANCIA, ES LA CAN- - - TIDAD DE ENERGÍA POR UNIDAD DE MASA NECESARIA PARA PRODUCIRSE –EL CAMBIO ENTRE LAS FASES SÓLIDA Y LÍQUIDA EN CUALQUIER DIREC------CIÓN A LA TEMP. DE FUSIÓN, QUE ES LA TEMP. A LA CUAL EL SÓLIDO PASAA LÍQUIDO Y QUE ES LA MISMA TEMP. A LA CUAL EL LÍQUIDO PASA A SER ---SÓLIDO.

QL = (m)(hf)DONDE QL = CANTIDAD DE CALOR LATENTE EN BTU

m= MASA EN Lb.hf = CALOR LATENTE DE FUSIÓN EN BTU/Lb.

CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN.- ES LA CANTIDAD DE ENERGÍA QUE UNA Lb. MASA DE LÍQUIDO DEBE ABSORBER PARA PASAR DE LA FASE LÍ- - - QUIDA A VAPOR, ó CEDER PARA PASAR DE LA FASE DE VAPOR A LÍQUIDO, --PERMANECIENDO LA TEMP. CTE. DURANTE EL CAMBIO DE FASE.

QL = (m)( hfg)

QL = CANTIDAD DE CALOR LATENTE EN BTUm = MASA EN LIBRAS

hfg = CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN BTU/Lb

TEMPERATURA DE SATURACIÓN.-PARA UNA PRESIÓN DADA LA TEMP. DESATURACIÓN ES LA TEMPERATURA MÁXIMA QUE PUEDE TENER UN LÍQUI—DO Y EN LA CUAL SE EFECTÚA EL CAMBIO DE FASE A VAPOR ó VICEVERSA Y ES TAMBIÉN LA TEMPERATURA MÍNIMA QUE PUEDE TENER EL VAPOR. LATEMP. DE SATURACIÓN DEL LÍQUIDO Y LA TEMP. DE SATURACIÓN DEL VA---POR SON LAS MISMAS EN EL FLUIDO A UNA PRESIÓN DADA.LA TEMP. DE SATURACIÓN DE UN FLUIDO DEPENDE DA LA PRESIÓN DE ÉSTEAL AUMENTAR LA PRESIÓN SE ELEVA EL VALOR DE LA TEMP. DE SATURA---CIÓN Y AL REDUCIR LA PRESIÓN DISMINUYE LA TEMP. DE SATURACIÓN. LÍQUIDO SATURADO.-CUANDO UN LÍQUIDO ESTÁ A LA TEMPERATURA DE SATURACIÓN SE LE LLAMA LÍQUIDO SATURADO.

VAPOR SATURADO.-CUANDO UN VAPOR ESTÁ A LA TEMP. DE SATURACIÓNSE DICE QUE ES UN VAPOR SATURADO.

LÍQUIDO SUB-ENFRIADO.-SI DESPUÉS DE LA CONDENSACIÓN EL LÍQUIDO –ES DISMINUIDO EN SU TEMPERATURA POR DEBAJO DE LA TEMP. DE SATURACIÓN SE DICE QUE ES UN LÍQUIDO SUB-ENFRIADO.

VAPOR SOBRECALENTADO.-UN VAPOR A UNA TEMPERATURA ARRIBA DESU TEMP. DE SATURACIÓN CORRESPONDIENTE A SU PRESIÓN ES CONOCIDOCOMO VAPOR RECALENTADO.

ENTALPÍA.- LA ENTALPÍA h DE UNA MASA DADA DE UNA SUSTANCIA A UNACONDICIÓN TERMODINÁMICA CONOCIDA ES LA SUMA DE TODAS LAS ENER-GÍAS SUMINISTRADAS A LA MISMA PARA MANTENERLA EN SU CONDICIÓN - ACTUAL. MIENTRAS QUE LA ENTALPÍA TOTAL REPRESENTA LA ENTALPÍA --DE m LIBRAS, LA ENTALPÍA ESPECÍFICA ES LA ENTALPÍA DE UNA LIBRA.MATEMÁTICAMENTE SE DEFINE COMO:

h = u + Pv/J

DONDE: h = ENTALPÍA EN BTU/Lb ó Kcal/Kg u = ENERGÍA INTERNA EN BTU/Lb ó Kcal/Kg P = PRESIÓN ABSOLUTA EN Lb/ft2 ó Kg/cm2 V = VOLUMEN ESPECÍFICO EN Ft3/Lb ó cm3/Kg J = EQUIVALENTE DE ENERGÍA MECÁNICA = 778 Lb-Ft/BTU

ENTROPÍA (S).- ES UNA EXPRESIÓN DE LA ENERGÍA TOTAL TRANSFERIDA A LA SUSTANCIA POR GRADO DE TEMPERATURA ABSOLUTA PARA LLEVAR A-LA SUSTANCIA A SU CONDICIÓN REAL.

PROCESO A PRESIÓN CONSTANTE.- UN GAS CONFINADO EN UN CILINDRO –CON EL PISTÓN BIEN AJUSTADO Y SIN PÉRDIDAS DE FRICCIÓN, A MEDIDA QUE EL GAS ES CALENTADO, SE AUMENTA TANTO LA TEMPERATURA COMOEL VOLUMEN DEL GAS. EL AUMENTO DE VOLUMEN DEL GAS ES DIRECTA----MENTE PROPORCIONAL, AL AUMENTO DE LA TEMPERATURA ABSOLUTA. AMEDIDA QUE EL GAS ES ENFRIADO, DISMINUYE TANTO LA TEMPERATURA –COMO EL VOLUMEN DEL GAS EN PROPORCIÓN DIRECTA.

( LEY DE CHARLES T1 V2 = T2 V1 )

PROCESO A TEMPERATURA CONSTANTE.- CUANDO EL VOLUMEN DE UN --GAS ES AUMENTADO ó DISMINUIDO BAJO CONDICIONES QUE LA TEMPERA-TURA DEL GAS NO CAMBIA, EL CAMBIO DE VOLUMEN ES INVERSAMENTE –PROPORCIONAL AL CAMBIO EN LA PRESIÓN ABSOLUTA. DEBE AGREGARSE –CALOR DURANTE LA EXPANSIÓN Y ELIMINARSE CALOR DURANTE LA COM-PRESIÓN PARA CONSERVAR CONSTANTE LA TEMPERATURA.

( LEY DE BOYLE P1 V1 = P2 V2 )

PROCESO A VOLUMEN CONSTANTE.- SUPÓNGASE QUE UN GAS ESTÁ CON-TENIDO EN UN CILINDRO CERRADO, DE MODO QUE SU VOLUMEN NO PUEDE CAMBIAR CUANDO ES CALENTADO ó ENFRIADO, SÍ AGREGAMOS CALOR LAPRESIÓN ABSOLUTA AUMENTARÁ EN PROPORCIÓN DIRECTA AL AUMENTO-DE LA TEMP. ABSOLUTA, SÍ EL GAS ES ENFRIADO SU PRESIÓN ABS. DEL GASDISMINUIRÁ EN PROPORCIÓN DIRECTA A DISMINUCIÓN DE LA TEMP. ABS.

( T1 P2 = T2 P1 )

LEY GENERAL DE LOS GASES. P 1 V 1 = P 2 V 2 T1 T2

PROCESO ADIABÁTICO.-UN PROCESO ADIABÁTICO ES AQUEL EN EL QUE ---NO EXISTE INTERCAMBIO DE ENERGÍA TÉRMICA, ENTRE UN SISTEMA Y SUSALREDEDORES, NO HAY TRANSFERENCIA DE CALOR Y EL TRABAJO SE REA-LIZA A EXPENSAS DE LA ENERGÍA INTERNA.

PROCESO ISOTÉRMICO.-ES AQUEL EN EL QUE LA TEMPERATURA DEL SIS—TEMA PERMANECE CONSTANTE

PROCESO ISOCÓRICO.-EN UN PROCESO ISOCÓRICO, EL VOLUMEN DEL SIS—TEMA PERMANECE CONSTANTE.

MÁQUINA DE CARNOT.- SE TRATA DE UNA MÁQUINA TÉRMICA QUE ABSOR BE CALOR DE UNA FUENTE DE ALTA TEMPERATURA, REALIZANDO UN TRA- BAJO EXTERNO Y DEPOSITA CALOR A UNA FUENTE DE BAJA TEMPERATURA.

SISTEMA DE REFRIGERACIÓN.- ES UNA MÁQUINA TÉRMICA QUE OPERA EN SENTIDO INVERSO, A LA DE CARNOT, EN LA CUAL UN DISPOSITIVO MECÁNI- CO PROPORCIONA TRABAJO AL SISTEMA EXTRAYENDO CALOR DE UN DEPÓ- SITO DE BAJA TEMPERATURA Y CEDIÉNDOLO A UN DEPÓSITO DE ALTA TEMPERATURA.

REFRIGERACIÓN.- ES EL PROCESO DE EXTRACCIÓN DEL CALOR DE UN ---ESPACIO DE BAJA TEMPERATURA Y REMOVERLO A UN ESPACIO DE ALTA ---TEMPERATURA, POR MEDIO DE UN TRABAJO MECÁNICO (W) AGREGADO ALSISTEMA, ESTE TRABAJO LO REALIZA EL COMPRESOR MECÁNICO.

AGENTE REFRIGERANTE.- ES LA SUSTANCIA EMPLEADA PARA ABSORVER,-TRANSPORTAR Y DISIPAR EL CALOR DENTRO DE UN SISTEMA DE REFRIGE---RACIÓN.

CARGA DE REFRIGERANTE.- ES LA VELOCIDAD A LA CUAL DEBA SER EL –-CALOR ELIMINADO DEL ESPACIO REFRIGERADO A FIN DE PRODUCIR Y MAN TENER LAS CONDICIONES DESEADAS DE TEMPERATURA.

TONELADA DE REFRIGERACIÓN.- ES LA CANTIDAD DE CALOR NECESARIAPARA FUNDIR UNA TONELADA DE HIELO. EQUIVALENTE A 12,000 BTU/HR. YSE TOMA COMO UNA MEDIDA ESTANDAR PARA COMPARAR LA CAPACIDAD DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN.

1 TON. REFRIG. = 12,000 BTU/HR = 200 BTU/MIN1 TON. REFRIG =3,024 KCAL/HR = 50.4 KCAL/MIN