Diferencia entre revisiones de «Sistema frigorífico»

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Los denominados sistemas frigoríficos o sistemas de refrigeración corresponden a arreglos mecánicos que utilizan propiedades termodinámicas de la materia para trasladar energía térmica en forma de calor entre dos -o más- focos, conforme se requiera. Están diseñados primordialmente para disminuir la temperatura del producto almacenado en cámaras frigoríficas o cámaras de refrigeración las cuales pueden contener una variedad de alimentos o compuestos químicos, conforme especificaciones.

Cabe mencionar la radical diferencia entre un sistema frigorífico y un circuito de refrigeración, siendo este último un mero arreglo para disminuir temperatura el cual se define como "concepto", ya que su diseño (abierto, semi abierto, cerrado), fluido (aire, agua, incluso gas refrigerante), flujo (sólo frío o "bomba de calor") varían conforme la aplicación. Estos varían desde el clásico enfriamiento de motores de combustión interna por medio de agua hasta el water cooling utilizado en enfriamiento de computadores. Los sistemas frigoríficos tienden a ser bastante más complejos que un circuito de refrigeración y es por eso que se presentan aparte.

En el estudio acabado y diseño de estos sistemas frigoríficos se aplican diversas ciencias, tales como la química, en las propiedades y composición de los refrigerantes; la termodinámica, en el estudio de las propiedades de la materia y su energía interna; la transferencia de calor, en el estudio de intercambiadores de calor y soluciones técnicas; así como la ingeniería mecánica, en el estudio de compresores de gas para lograr el trabajo de compresión requerido. Se han mencionado estas disciplinas dejando de lado la electricidad, desde los tradicionales conocimientos en corrientes trifásicas para la alimentación de los equipos, hasta conocimientos relativamente avanzados en automatización y PLC, para el control automático que estos requieren cuando están operando en planta frigorífica.

Los sistemas frigoríficos se diferencian entre sí conforme su método de inyección de refrigerante y configuración constructiva, ambos condicionados por sus parámetros de diseño. De esta manera, y haciendo un adecuado balance de masas y energías, es posible encontrar la solución adecuada a cualquier solicitación frigorífica.

Parámetros de diseño

El diseño de estos sistemas frigoríficos se define, principalmente, en función de los siguientes parámetros:

Temperaturas de operación: (Temperatura de evaporación y condensación)
Capacidad del sistema, generalmente denominada en KW definida en función de la carga térmica.
Refrigerantes amigables ambientalmente y de amplio efecto refrigerante.
Costos operativos del sistema.

Sistemas de refrigeración conforme alimentación de refrigerante

Expansión seca (DX)

Artículo principal: Evaporador de expansión seca

Se les denomina sistemas de expansión seca, -o directa- a los sistemas frigoríficos en los cuales la evaporación del refrigerante se lleva a cabo a través de su recorrido por el evaporador, encontrándose este en estado de mezcla en un punto intermedio de este. Estos sistemas, si bien son los más comunes, suelen ser de menor capacidad que los de recirculación de líquido.

Con recirculación de líquido

Lo que diferencia a los sistemas de recirculación de líquido a los de expansión directa es que el flujo másico de líquido a los evaporadores supera con creces al flujo de vapor producido en el evaporador. Es común el apelativo de “sobrealimentación de líquido” para los evaporadores de estos sistemas. Estos sistemas son preferentemente utilizados en aplicaciones industriales, con un número considerable de evaporadores y operando a baja temperatura.

Tipos y Configuración de sistemas de refrigeración

Refrigeración por compresión

Artículo principal: Refrigeración por compresión

La refrigeración por compresión desplaza la energía térmica entre dos focos; creando zonas de alta y baja presión confinadas en intercambiadores de calor, mientras estos procesos de intercambio de energía se suceden cuando el fluido refrigerante se encuentra en procesos de cambio de estado; de líquido a vapor, y viceversa.

El proceso de refrigeración por compresión se logra evaporando un gas refrigerante en estado líquido a través de un dispositivo de expansión dentro de un intercambiador de calor, denominado evaporador.^[1] Para evaporarse este requiere absorber calor latente de vaporización. Al evaporarse el líquido refrigerante cambia su estado a vapor. Durante el cambio de estado el refrigerante en estado de vapor absorbe energía térmica del medio en contacto con el evaporador, bien sea este medio gaseoso o líquido. A esta cantidad de calor contenido en el ambiente se le denomina carga térmica. Luego de este intercambio energético, un compresor mecánico se encarga de aumentar la presión del vapor para poder condensarlo dentro de otro intercambiador de calor conocido como condensador. En este intercambiador se liberan del sistema frigorífico tanto el calor latente como el sensible, ambos componentes de la carga térmica. Ya que este aumento de presión además produce un aumento en su temperatura, para lograr el cambio de estado del fluido refrigerante -y producir el subenfriamiento del mismo- es necesario enfriarlo al interior del condensador; esto suele hacerse por medio de aire y/o agua conforme el tipo de condensador, definido muchas veces en función del refrigerante. De esta manera, el refrigerante ya en estado líquido, puede evaporarse nuevamente a través de la válvula de expansión y repetir el ciclo de refrigeración por compresión.

Sistemas de Expansión directa

Sistema de una etapa

Sistema de doble etapa

Sistema en cascada

Sistema de compresión múltiple con enfriador intermedio de tipo abierto

Sistema de compresión múltiple con enfriador intermedio de tipo cerrado

Sistemas con Recirculado de líquido

Sistema con estanque de recirculado

Sistema de compresión múltiple con estanque de recirculado

Refrigeración por absorción

Artículo principal: Refrigeración por absorción

El sistema de refrigeración por absorción es un medio de producir frío que aprovecha las propiedades de ciertas sustancias que absorben calor al cambiar de estado líquido a gaseoso. Así como en el sistema de compresión el ciclo se hace mediante un compresor, en el caso de la absorción, el ciclo se basa físicamente en la capacidad que tienen algunas sustancias, como el bromuro de litio, de absorber otra sustancia, tal como el agua, en fase de vapor. Otra posibilidad es emplear el agua como sustancia absorbente (disolvente) y como absorbida (soluto) amoníaco.

Diagramas Ph y Sistemas Frigoríficos

Artículo principal: Diagrama Ph

Por medio de los diagramas Presión/entalpía es posible trazar ciclos frigoríficos de compresión de diversa naturaleza, determinar capacidad y selección detallada de los componentes y la potencia total del sistema. A continuación se presentan dos ejemplos de sistemas:

Diagramas Ph y Sistemas frigoríficos.

Diagrama Ph para sistema de una etapa y expansión directa

Diagrama Ph para sistema con recirculación mecánica de líquido

Bibliografía

Rapin/Jacquard (1998). Instalaciones Frigoríficas (Tomo I Física Aplicada). Ed. MARCOMBO. ISBN 978-84-267-1091-8.
Dossat, Roy J. (2001). Principios de Refrigeración. Ed. CECSA. OCLC 50105895.

Citas y Referencias

↑ En estricto rigor esto corresponde a la compresión con expansión directa.

Véase también

[1] En estricto rigor esto corresponde a la compresión con expansión directa.

[1]

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 [[Archivo:Compresor alternativo R22.jpg |right|thumb|220px|<center>Compresor industrial para [[R22]].</center>]]La '''''refrigeración por compresión''''' desplaza la energía térmica entre dos focos; creando zonas de alta y baja presión confinadas en intercambiadores de calor, mientras estos procesos de intercambio de energía se suceden cuando el fluido refrigerante se encuentra en procesos de [[cambio de estado]]; de [[líquido]] a [[vapor]], y viceversa.
-:El proceso de refrigeración por compresión se logra evaporando un agua[[gas]] [[refrigerante]] en estado [[líquido]] a través de un [[dispositivo de expansión]] dentro de un [[intercambiador de calor]], denominado [[evaporador]].<ref> En estricto rigor esto corresponde a la compresión con [[expansión directa]].</ref> Para evaporarse este requiere absorber [[calor latente de vaporización]]. Al evaporarse el [[líquido refrigerante]] cambia su estado a [[vapor]]. Durante el cambio de estado el refrigerante en estado de vapor absorbe energía térmica del medio en contacto con el evaporador, bien sea este medio gaseoso o líquido. A esta cantidad de calor contenido en el ambiente se le denomina [[Carga térmica (climatización y refrigeración)|carga térmica]]. Luego de este intercambio energético, un [[compresor (máquina)|compresor]] mecánico se encarga de aumentar la [[presión]] del [[vapor]] para poder [[Condensación|condensarlo]] dentro de otro intercambiador de calor conocido como [[condensador (termodinámica)|condensador]]. En este intercambiador se liberan del sistema frigorífico tanto el [[calor latente]] como el [[calor sensible|sensible]], ambos componentes de la carga térmica. Ya que este aumento de presión además produce un aumento en su [[temperatura]], para lograr el cambio de estado del fluido [[refrigerante]] -y producir el subenfriamiento del mismo- es necesario enfriarlo al interior del condensador; esto suele hacerse por medio de [[aire]] y/o [[agua]] conforme el tipo de condensador, definido muchas veces en función del refrigerante. De esta manera, el refrigerante ya en estado líquido, puede evaporarse nuevamente a través de la [[válvula de expansión]] y repetir el [[ciclo de refrigeración]] por compresión.
+:El proceso de refrigeración por compresión se logra evaporando un [[gas]] [[refrigerante]] en estado [[líquido]] a través de un [[dispositivo de expansión]] dentro de un [[intercambiador de calor]], denominado [[evaporador]].<ref> En estricto rigor esto corresponde a la compresión con [[expansión directa]].</ref> Para evaporarse este requiere absorber [[calor latente de vaporización]]. Al evaporarse el [[líquido refrigerante]] cambia su estado a [[vapor]]. Durante el cambio de estado el refrigerante en estado de vapor absorbe energía térmica del medio en contacto con el evaporador, bien sea este medio gaseoso o líquido. A esta cantidad de calor contenido en el ambiente se le denomina [[Carga térmica (climatización y refrigeración)|carga térmica]]. Luego de este intercambio energético, un [[compresor (máquina)|compresor]] mecánico se encarga de aumentar la [[presión]] del [[vapor]] para poder [[Condensación|condensarlo]] dentro de otro intercambiador de calor conocido como [[condensador (termodinámica)|condensador]]. En este intercambiador se liberan del sistema frigorífico tanto el [[calor latente]] como el [[calor sensible|sensible]], ambos componentes de la carga térmica. Ya que este aumento de presión además produce un aumento en su [[temperatura]], para lograr el cambio de estado del fluido [[refrigerante]] -y producir el subenfriamiento del mismo- es necesario enfriarlo al interior del condensador; esto suele hacerse por medio de [[aire]] y/o [[agua]] conforme el tipo de condensador, definido muchas veces en función del refrigerante. De esta manera, el refrigerante ya en estado líquido, puede evaporarse nuevamente a través de la [[válvula de expansión]] y repetir el [[ciclo de refrigeración]] por compresión.
 ==== Sistemas de Expansión directa ====