Cálculo de Un Condensador Enfriado Por Agua

5/21/2018 C lculo de Un Condensador Enfriado Por Agua

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INSTITUTO POLITCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA

ESIME (UPA)

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERAMECNICA Y ELCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

CALCULO DE UN CONDENSADOR

ENFRIADO POR AGUA DE ENVOLVENTE YTUBOS, PARA SER UTILIZADO EN UNSISTEMA DE REFRIGERACIN.

TESIS CURRICULAR

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO MECNICO

P R E S E N T A N

MENDOZA CAMPOS HCTOR IVNSERRANO REYES VERENICE

ASESORES: ING. LPEZ MALDONADO AGUSTNM.EN C. MORA RODRGUEZ JOS LUIS


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Esto que hay aqu es el resultado del esfuerzo y anhelos de una vida,una vida que sin duda estuvo llena de esos pequeos problemas, pero queen su momento significaron un gran reto que sirvieron para la formacin ytemple de lo que hoy soy. Ya que difcil es plasmar en un papel el cmulode sentimientos que suscit mi pensamiento en escasos segundos.Escasos segundos de valor temporal pero de gran valor emocional. Es porello es que quiero agradecer a mis padres, hermana, amigos, profesores ya mi familia, que gracias a su apoyo y su fe en m he alcanzado una metams.

Gracias los quiero.

HCTOR IVN


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Con mucho cario a mis padres que dieron la vida y han estado conmigoen todo momento. Gracias por todo pap y mam por darme una carrerapara mi futuro, por creer en m, por que siempre han estado apoyndomey brindarme todo su amor, por todo esto les agradezco de todo corazn elque estn conmigo hoy y siempre.

Con todo mi amor a mi hijo que es lo ms maravilloso y hermoso queme ha dado la vida y el que da a da me da las fuerzas para seguiradelante.

VERENICE


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NDICEINTRODUCCIN 1CAPTULO I. GENERALIDADES 41.1. BREVE HISTORIA DE LA REFRIGERACIN. 51.2. TIPOS DE REFRIGERACIN. 10

1.2.1. REFRIGERACIN DOMSTICA. 101.2.2. COMERCIAL. 101.2.3. INDUSTRIAL. 111.2.4. MARINA. 11

1.2.5. REFRIGERACIN PARA AIRE ACONDICIONADO. 121.3. SISTEMAS DE REFRIGERACIN. 121.3.1. SISTEMA DE ENFRIAMIENTO. 121.3.2. SISTEMA DE REFRIGERACIN. 131.3.3. SISTEMA DE CONGELACIN. 131.3.4. SISTEMA DE CRIOGNICO. 14

1.4. SISTEMA DE REFRIGERACIN POR COMPRESOR DE VAPORES. 141.4.1. CICLO BSICO DEL SISTEMA DE REFRIGERACIN. 141.4.2. DIAGRAMA PRESIN ENTALPA (DIAGRAMA DE MOLLIERE). 161.4.3. SISTEMA DE REFRIGERACIN DIRECTO. 181.4.4. SISTEMA DE REFRIGERACIN INDIRECTO. 19

1.5. CONCEPTOS BSICOS. 201.5.1. TERMODINMICA. 201.5.2. PRINCIPIO 0 DE LA TERMODINMICA. 201.5.3. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINMICA. 201.5.4. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINMICA. 201.5.5. ENERGA. 211.5.6. FUERZA. 221.5.7. PRESIN. 231.5.8. PRESIN ATMOSFRICA. 231.5.9. PRESIN MANOMTRICA. 241.5.10. PRESIN ABSOLUTA. 24

1.5.11. ESTADO DE LA MATERIA. 251.5.12. PROCESO TERMODINMICO. 261.5.13. CICLO TERMODINMICO. 271.5.14. CALOR. 271.5.15. CALOR ESPECFICO. 281.5.16. CALCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR. 281.5.17. TRANSFERENCIA DE CALOR. 291.5.18. CONDUCCIN. 29


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1.5.19. CONVECCIN. 291.5.20. RADIACIN. 301.5.21. CALOR SENSIBLE. 301.5.22. CALOR LATENTE. 301.5.23. CALOR TOTAL. 301.5.24. CALOR LATENTE DE FUSIN. 311.5.25. CALOR LATENTE DE VAPORIZACIN. 311.5.26. CALOR LATENTE DE SUBLIMACIN. 321.5.27. ENTALPA. 321.5.28. ENTROPA. 321.5.29. VOLUMEN. 331.5.30. VOLUMEN ESPECFICO. 331.5.31. TEMPERATURA. 331.5.32. PUNTO DE EBULLICIN. 341.5.33. REFRIGERANTE. 351.5.34. TONELADA DE REFRIGERACIN. 361.5.35. SOBRECALENTAMIENTO. 361.5.36. SUBENFRIAMIENTO. 36

CAPTULO II. ELECCIN DEL TIPO DE CONDENSADOR. 382.1. CLASIFICACIN DE CONDENSADORES PARA REFRIGERACIN. 392.2. CONDENSADORES ENFRIADOS POR AGUA. 42

2.2.1 CONDENSADORES DE DOBLE TUBO. 422.2.2 CONDENSADORES DE ENVOLVENTE Y TUBO VERTICAL ABIERTO. 442.2.3 CONDENSADOR DE CORAZA ENVOLVENTE Y TUBOS HORIZONTAL 452.2.4 CONDENSADOR DE ENVOLVENTE Y SERPENTN. 46

2.3. CONDENSADOR EVAPORATIVO. 472.4. DISE O TERMODINMICO. 50

2.4.1. DATOS DE DISE O. 502.4.2. CONCEPTOS PRELIMINARES. 512.4.3. CARGA DEL CONDENSADOR (Q). 552.4.4. DIFERENCIA MEDIA LOGARTMICA DE TEMPERATURA (LMTD). 562.4.5. SECCiN DE LA TUBERA. 582.4.6. ESPACIO DE LOS TUBOS. 592.4.7. GASTO Y VELOCIDAD DEL AGUA DE CIRCULACiN. 602.4.8. COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSMISiN DE CALOR. 632.4.9. CLCULO DEL REA DE INTERCAMBIO DE CALOR. 652.4.10. LONGITUD DE TUBOS Y NMEROS DE PASOS. 652.4.11. CADA DE PRESiN. 68

CAPTULO III. DISE O MECNICO. 693.1. ESPECIFICACIONES PRELIMINARES. 703.2. ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR. 723.3 CLCULO PARA EL DIMETRO DE CORAZA. 75


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3.4 SELECCiN Y CLCULO MECNICO DE LAS TAPAS. 79

3.5 CLCULO MECNICO DEL PESO DEL RECIPIENTE. 813.5.1 PESO VACi DEL RECIPIENTE. 813.5.2. PESO DE AGUA DEL RECIPIENTE. 813.5.3. PESO DE AGUA DEL RECIPIENTE. 83

3.6. ESPEJOS. 853.6.1. CLCULO DEL ESPESOR DE LOS ESPEJOS. 86

3.7. EMPAQUES. 893.8. BOQUILLAS DE LA CORAZA. 89

3.8.1 DISTRIBUCiN DE LAS BOQUILLAS 923.9. DIMENSIONAMIENTO y LOCALIZACiN DE LA MMPARA DE CHOQUE. 943.10. ESPESOR MNIMO DE LAS BOQUILLAS. 99

3.10.1. SELECCiN DE BRIDAS PARA BOQUILLAS. 1013.11. CLCULO DEL REFUERZO DE BRIDAS. 1063.12. CLCULO DE LOS SOPORTES DEL RECIPIENTE. 116

3.12.1. LOCALIZACiN DE LAS SILLETAS. 1173.13. ACCESORIOS. 124

3.13.1 SELECCiN DE ACCESORIOS. 1253.14. CLCULO DE OREJAS DE IZAJE. 1293.15. SOPORTE DEL EQUIPO. 131

CONCLUSIONES 136ANEXO 138GRAFICAS Y TABLAS 139PLANOS 168BIBLIOGRAFA 171


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INTRODUCCIN.

La determinacin de la rapidez de transferencia de calor a una diferencia detemperatura especificada constituye el problema principal. Con objeto de estimar elcosto, la factibilidad y el tamao del equipo necesario para transferir una cantidadespecfica de calor en un tiempo dado, debe realizarse un detallado anlisis detransferencia de calor. Las dimensiones de calderas, calentadores, refrigeradores ycondensadores (cambiadores de calor), dependen no nicamente de la cantidad decalor que deba ser transmitida, sino tambin, de la rapidez con que deba transferirse elcalor bajo condiciones dadas. La operacin apropiada de los componentes del equipotales como, los tubos de enfriamiento de un condensador o las paredes de una cmarafrigorfica, depende de la posibilidad de enfriamiento de ciertas partes metlicas,retirando el calor de la superficie en forma continua y a gran rapidez. As mismo, el

diseo de mquinas elctricas, calderas, radiadores y rodamientos debe hacerse unanlisis de transferencia de calor con objeto de evitar las condiciones que provocaransobrecalentamiento y dao al equipo.

En el clculo de condensadores, as como en otros equipos, la solucinadecuada requiere de hiptesis e idealizaciones. Es casi imposible descubrir losfenmenos fsicos en forma exacta, y para expresar un problema en forma de ecuacinque pueda resolverse, es necesario hacer algunas aproximaciones. Para asegurar unaoperacin satisfactoria del elemento, el diseador aplicara un factor de seguridad a losresultados que obtuvo de su anlisis.

Aproximaciones similares son tambin necesarias en los problemas de loscondensadores. Las propiedades fsicas, tales como la conductividad trmica o laviscosidad cambian con la temperatura, pero, si se seleccionan valores promedioconvenientes, los clculos pueden ser considerablemente simplificados sin introducir unerror apreciable en el resultado final.

Cuando el calor es transferido de un fluido a una pared, como por ejemplo, en uncambiador de calor, se forman incrustaciones debido a la operacin continua y stasreducen la rapidez del flujo de calor. Con objeto de asegurar una operacinsatisfactoria por un largo periodo, se debe aplicar un factor de seguridad quecontrarreste el riesgo.

Un condensador es una superficie de transferencia de calor que efecta latransferencia de un fluido a otro. El tipo ms sencillo de un condensador es unrecipiente en el cual se mezclan directamente un fluido caliente y otro fro. En talsistema, ambos fluidos alcanzaran la misma temperatura final, y la cantidad de calortransferida puede calcularse igualando la energa perdida por el fluido mas caliente conla energa ganada por el fluido mas fro.


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Los calentadores abiertos de agua potable, enfriadores y los inyectores decondensacin, son ejemplos de equipos de transferencia de calor que emplea la mezcladirecta de fluidos. Sin embargo son mas comunes los condensadores en los cuales unfluido esta separado del otro por una pared o divisin a travs de la cual fluye el calor. Aeste tipo de condensadores se les llama tambin recuperadores. Existen muchasmodalidades de tales equipos desde un tubo doble concntrico (un tubo dentro de otro)con algunos pies cuadrados de superficie para la transferencia de calor, hastacomplicados condensadores de superficie y evaporadores con muchos miles de piescuadrados de superficie para la transferencia de calor.

Una de las razones de que los equipos puedan daarse es por efecto de lasvariaciones de temperatura. A raz de esto es que se ha podido fabricar distintosequipos especializados para el intercambio de calor. Estos aparatos sirven para evitar elsobrecalentamiento de las mquinas y as lograr mantener una temperatura ideal detrabajo. Por otro lado tambin hay tipos que fueron construidos para mantener pordebajo de cierta temperatura, ya sea, alimentos, medicinas etc.

Los intercambiadores de calor son dispositivos usados para la transferencia decalor entre dos o ms fluidos. Los intercambiadores de calor compactos soncomnmente usados en los procesos industriales de Ventilacin Calentamiento,Refrigeracin y tambin de Aire acondicionado, debido a su economa, construccin yoperacin.

El desarrollo de los intercambiadores es variado y de una amplia gama detamaos y tecnologa como plantas de potencia de vapor, plantas de procesamientoqumico, calefaccin y acondicionamiento de aire de edificios, refrigeradoresdomsticos, radiadores de automviles, radiadores de vehculos especiales, etc.

Fluidos en un intercambiador de calor

Entre estos extremos hay un extenso surtido de cambiadores comunes de corazay tubo. Estas unidades se usan ampliamente, por que pueden construirse con grandessuperficies de transferencia de calor en un volumen relativamente pequeo, pueden


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fabricarse de aleaciones resistentes a la corrosin, y son idneas para calentar, enfriaro evaporar o condensar toda clase de fluido.

El diseo de un cambiador de calor, puede descomponerse en tres fasesprincipales:

1.- El diseo trmico.2.- El diseo mecnico preliminar.3.- el diseo para su construccin.

El diseo trmico se ocupa primordialmente de determinar el rea de superficienecesaria para transferir calor a una velocidad especfica a determinados niveles dadosde flujo y temperatura de los fluidos.

El diseo mecnico obliga a considerar las temperaturas y presiones deoperacin, las caractersticas de corrosin de uno o ambos fluidos, las expansionestrmicas relativas, los esfuerzos que acompaan y la relacin del cambiador de calorcon otro equipo que intervenga.

El diseo de fabricacinexige traducir las caractersticas y dimensiones fsicasa una unidad que pueda construirse a bajo costo. Es preciso hacer la seleccin demateriales, acabados y cubiertas, elegir el dispositivo mecnico ptimo, y especificar losprocedimientos de fabricacin.

Para obtener mxima economa, la mayora de los fabricantes han adoptadolneas estndar de cambiadores de calor. Las normas establecen los dimetros de lostubos y los dominios de presin, adems de promover el uso de modelos yprocedimientos de fabricacin estndar; sin embargo, la estandarizacin no significaque estos mecanismos puedan fabricarse de modelo y tipo uniformes, por que lasnecesidades de servicio varan demasiado.

Casi todo cambiador requiere cierto grado de diseo tcnico especial, pero si lascondiciones de servicio lo permiten, el empleo de cambiadores construidos de acuerdocon lneas estndar economiza dinero. Por lo tanto, a menudo se pide al ingenieroencargado de instalar de cambiadores de calor en plantas de potencia y equipos deproceso, que seleccione la unidad cambiadora de calor adecuada para una ampliacinen particular. La seleccin exige efectuar un anlisis trmico, para determinar si unaunidad estndar, de geometra y tamaos especficos puede satisfacer los requisitos decalentamiento o enfriamiento de un fluido dado a una velocidad especificada. En estetipo de anlisis, el costo inicial debe equilibrarse con factores tales como la vida til delequipo, facilidad de limpieza y espacio que ocupa. Tambin es importante cumplir lasexigencias de los cdigos de seguridad, para la cual deben consultarse las normasrespectivas.


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CAPTULO I

GENERALIDADES


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1.1. BREVE HISTORIA DE LA REFRIGERACIN.

Desde hace mucho tiempo, el hombre ha tratado de dar aplicaciones alfenmeno natural de enfriamiento. Se tiene conocimiento que en la antigua China,hubo emperadores que mandaba traer nieve a las montaas para mitigar el calor a basede bebidas enfriadas con esta nieve.

El arte de la refrigeracin basado en el hielo natural es muy antiguo y se practicmucho antes de construirse cualquier mquina trmica. Hay escritos chinos, anterioresal primer milenio a. J.C. que describen ceremonias religiosas para llenar en invierno yvaciar en verano stanos de hielo. Los antiguos romanos utilizaban el hielo de los

Apeninos, y segn Las mil y una noches, en la Edad Media caravanas de camellostransportaban hielo desde el Lbano a los palacios de los califas en Damasco y Bagdad.

Los griegos y los romanos compriman la nieve en pozos aislados con pasto,paja y ramas de rboles. La nieve comprimida se converta en hielo para ser usado enpocas de mayor calor. Esta prctica la describe Peclet y ha llegado hasta casimediados del siglo XX en algunas zonas rurales catalanas, donde existan los llamadospous de gla. Estos pozos se construan en laderas umbras de los montes, de formacnica con la base en la superficie y con un pozuelo en el fondo separado por una rejillay en forma que se pudiese recoger y verte fuera el agua producida por la fusin dehielo. A medida que se iba echando la nieve o el hielo en estos pozos, se rociaban conagua helada y, una vez llenos, se cubran su boca con paja y tablas que aislaban elhielo del calor exterior; as conservaban hielo preparado en invierno.

Otros escritos antiguos describen cmo los egipcios, hindes y otros pueblos,empleaban procedimientos para producir hielo artificialmente, en general parecidos ensus principios. Se llenaban con agua vasijas poco profundas de arcilla porosa u otromaterial anlogo y se colocaban sobre gruesos lechos de paja durante la noche. Si lascondiciones atmosfricas eran favorables: fro, aire seco y una noche sin nubes, laprdida de calor, debida a la evaporacin nocturna, originaba la formacin de finascapas de hielo en la superficie. La paja impeda la conduccin del calor desde la tierrams caliente y la forma de las vasijas, poco profundas y de una gran superficie,facilitaba la evaporacin y la prdida de calor por radiacin. Estos primeros mtodos deproducir refrigeracin son otro notable ejemplo de la habilidad humana, patente en todala historia de la termotcnia y las mquinas trmicas, para desarrollar un arte til muchoantes de la existencia de las correspondientes bases racionales y cientficas; facultadde utilizar y creer lo que no se entiende que ha marcado la evolucin de la humanidad.

Asimismo, hasta mediados del siglo XIX existan navieras especializadas quetransportaban miles de toneladas de hielo de Suecia y de los Grandes Lagos deEE.UU.A y Canad a las Indias orientales, Australia, las Antillas y Amrica del Sur.


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Los antiguos egipcios encontraron que el agua se poda enfriar, colocndola enjarras porosas en la parte superior de los techos, la brisa nocturna evaporada que sefiltraba a travs de las jarras, hacia que el agua que contenan se enfriar.

Los griegos y romanos dispusieron de la nieve que bajaba desde la partesuperior de las montaas, almacenndola en fosas de forma cnica que forraban conpaja y ramas, conforme avanzo la civilizacin, la gente fue aprendiendo a enfriar lasbebidas y los alimentos, pensando, simplemente, en hacerlos mas agradables.

La utilizacin de los procesos qumicos mediante mezclas refrigerantes se puedeconsiderar como una etapa intermedia entre el fro natural y el fro artificial, y desdeantiguo se conoca que aadiendo ciertas sales, como por ejemplo el nitrato sdico, alagua, se consigue disminuir su temperatura.

Este procedimiento era utilizado en la India en el siglo IV y durante la dominacinmusulmana en la pennsula Ibrica. As, los Omeyas introdujeron en Crdoba lossorbetes que elaboraban usando una mezcla de nieve con salitre.

En 1553 un mdico espaol, aposentado en Roma, Blas Villafranca se ocupaba,en su libro, editado en Roma, Methodes refrigerandi ex vocato sale nitro vinumaquamque acpotus quodvis aliud genus, cui accedaent varia naturalium rerumproblemata, non minus jucunda lectu, quam necesaria cognitu, del enfriamiento delagua y el vino por medio de mezclas refrigerantes, nombrando por primera vez lapalabra refrigerar en el sentido de lograr y mantener una temperatura inferior a la delambiente. En 1607 se descubri que poda utilizarse una mezcla de agua con sal paracongelar el agua.

En el ao de 1626, el cientfico ingls Francis Bacon, experiment por primeravez la refrigeracin para conservar los alimentos, intentando la conservacin del pollo,mediante el recurso de rellenarlo con nieve. Aunque parta de una mera intuicin, pueshasta entonces, todava no se saba exactamente por que se descomponan losalimentos.

En 1683, un cientfico alemn de nombre Antn Van Leeuwennoek, descubri unmundo cientfico totalmente novedoso, gracias a su invento del microscopio, descubrique un cristal transparente de agua contena millones de organismos vivientes, que enla actualidad se denominan microbios.

Los cientficos estudiaron los microbios y encontraron que la rpida multiplicacinde los mismos, se realiza en condiciones calientes y hmedas, tal como las que sepresentan en los alimentos. Esta multiplicacin de microbios fue reconocidaprontamente como la causa principal del deterioro de los alimentos.


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Por el contrario, se comprob que al mismo tiempo, los microbios a temperaturasde 10 C. o menores no se multiplicaban. Mediante estos estudios cientficos se hizoevidente que los alimentos frescos podan conservarse con seguridad a temperaturasde 10 C. o menores. As se empezaron a preservar los alimentos por medio delenfriamiento, as como de la deshidratacin, la condimentacin o el salado de losmismos.

Joseph Priestley haba descubierto en 1774 el amonaco y tambin habaobservado la gran afinidad de este nuevo gas, que l denomin aire alcalino, por elagua. Esta propiedad condujo a Ferdinand Philippe Edouard Carr (Moislains 1824 Poncet 1900) a idear una mquina de refrigeracin que slo consuma calor, gracias aun nuevo sistema que l llam de afinidad. El sistema fue conocido mas tarde con elnombre de absorcin.

Esta mquina obtuvo el premio de la exposicin universal de Londres de 1862 yen 1875 el buque Paraguay, equipado con ella, transport por primera vez carnecongelada de Buenos Aires a Le Havre. Carr tambin invent otros aparatoselctricos, Ferdinan Carr patent su nueva mquina en 1859 y en los aos siguientesregistr numerosas patentes relacionadas con mquinas de refrigeracin. Las mquinasfabricadas con arreglo a estas patentes fueron de dos tipos: una pequea de operacinintermitente, y otra grande de operacin continua.

Todas estas experiencias y descubrimientos, llevaron a los cientficos de eseentonces, a tratar de crear maquinas capaces de fabricar hielo, pero no fue hasta 1834,cuando un ingeniero norteamericano, con domicilio en Londres, llamado Jacob Perkins,patent la primera mquina prctica productora de hielo.

En este continente, en 1855, y precisamente en la ciudad de Cleveland, Ohio, sepone en marcha la primera mquina de refrigeracin para hacer hielo.

Dams Calvet fue a Pars a estudiar el sistema Carr y da las siguientesdescripciones de las dos mquinas del mismo, basada en un informa de Pouillet yRegnault. La mquina pequea, era de carcter domstico y porttil. Poda hacer de 0,5a 2 kg. de hielo en cada operacin; tena dos elementos principales que actuabanalternativamente, el primero como calentador y absorbedor y el segundo comocondensador y evaporador.

El aparato se pona a calentar durante 35 a 70 minutos; la solucin concentradade amoniaco se calentaba hasta 130C, el gas amoniaco abandonaba la solucinacuosa y pasaba al condensador donde se licuaba. En la fase de enfriamiento,aproximadamente de la misma duracin, una bandeja de metal con agua se pona enesta misma parte del equipo, que ahora funcionaba con evaporador, y el agua secongelaba. El aparato empleaba aproximadamente 3 kg de carbn de madera por cadakilo de hielo producido.


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La mquina de operacin continua, la cual tuvo mayor repercusin, era muchoms elaborada; tena casi todas las caractersticas de las mquinas actuales. Elconjunto estaba formado por un calentador, en cuya parte superior haba un rectificadorpara que el amoniaco desprendido se desecara calentndolo (rectificacin) antes depasar al condensador situado en la caja, llena de agua fra que se renueva paramantener la temperatura alrededor de los 30C y compuesto de dos serpentines,despus del cual estaba una vlvula de expansin que daba paso al serpentnevaporador inmerso en salmuera, en la que haba unos moldes en donde el agua eracongelada. El cilindro r" a la salida del condensador, reciba el lquido condensado enlos serpentines a 30C y 8 atmsferas, que se mantenan en el caldern, al no haberningn estrangulamiento entre ambos.

El amoniaco condensado iba a un vaso distribuidor, de donde se extraa a travsde una vlvula h que proporcionaba la prdida de carga suficiente para que aguasabajo de la misma, en el evaporador, la presin fuese de 1 atmsfera. Completaban elciclo un absorbedor donde se regeneraba la solucin concentrada y una bomba N, quela enviaba al calentador. Observando la vlvula de seguridad, en la parte superior delrectificador y la precaucin de que los vapores (de amoniaco) fuesen a un recipientecon agua, cerrado para evitar la dispersin del amoniaco.

Esta mquina fue fabricada en Pars en 1860, y se hicieron 5 modelos con unascapacidades de produccin de 12 a 100 kg de hielo por hora. Un cuadro del folleto deDams Calvet citado, resume las prestaciones de las mquinas ofertadas por Carr.

La mquina de Carr fue rpidamente exportada a otros pases y en algunos deellos, como Alemania, Gran Bretaa y Estados Unidos fue construida y perfeccionada.Precisamente fue en el Sur de los Estados Unidos donde la mquina de absorcin tuvomayor difusin y aunque al principio su utilizacin se limitaba a fbricas de hielo y decerveza, ms adelante ampli su campo de aplicacin. La mquina de absorcin ejerciuna clara hegemona sobre las otras mquinas de refrigeracin durante un periodo quealcanza hasta 1875 aproximadamente, y eso a pesar de que el diseo, clculo y uso deesta mquina eran ms complejos que en la de compresin.

De hecho los clculos y funcionamientos de la mquina eran en esa poca en sumayor parte empricos, y su conocimiento terico empezar mucho ms tarde con lostrabajos de E. Altenkirch, autor tambin de la teora de la refrigeracin termoelctrica en1911. (Zeit fr Phys, vol. 12), la tecnologa ms moderna de la refrigeracin continua yque ha experimentado un gran desarrollo con la tecnologa aerospacial.

Cuando aparecieron otros refrigerantes distintos de los teres y ms tarde losmotores elctricos, la mquina de absorcin tuvo que ceder el primer puesto a la decompresin. Sin embargo, no desapareci y todava en 1919, de 55 factoras de froexistente en Florida 44 estaban equipadas con mquinas de absorcin, y como se hadicho, en la industria petrolfera, con disponibilidad de calor residual, ha permanecido.


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Hacia 1930, la absorcin volvi a tomar nuevo empuje, especialmente debido alos suecos Carl Munters y Baltazar von Platen que basndose en la ley de Dalton de laspresiones parciales y utilizando hidrgeno, consiguieron a principios de los aos 20,cuando todava eran alumnos del Real Instituto de Tecnologa de Estocolmo, eliminar labomba del sistema y dar con ello impulso al refrigerador domstico por absorcin quetuvo una gran difusin y una particular aplicacin en las zonas rurales sin electricidad nigas ciudad, y ltimamente para aprovechamiento de energa trmica de bajo nivel e,incluso, energa solar, con la utilizacin de la solucin de bromuro de litio sustituyendo ala de amoniaco, introducida haca 1940.


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1.2. TIPOS DE REFRIGERACIN.

En la actualidad existen cinco tipos de aplicacin de la refrigeracin, los cualesson:

1.- Domstica2.- Comercial3.- Industrial4.- Aire acondicionado5.- Marina

1.2.1 REFRIGERACIN DOMSTICA.

El campo de la refrigeracin domestica esta limitado principalmente arefrigeradores y congeladores caseros. Las unidades domesticas generalmente son detamao pequeo tenindose capacidades de potencia que fluctan entre 1/20 y HP.(Fig. 1).

Fig. 1 Frigorficos domsticos.

1.2.2 COMERCIAL.

La refrigeracin comercial se refiere al diseo, instalacin y mantenimiento deunidades de refrigeracin de tipo que se tienen en establecimientos comerciales para suventa al menudeo, restaurantes, hoteles e instituciones que se dedican aalmacenamiento, exhibicin, procesamiento y a la distribucin de artculos de comercioperecederos de todos tipos. (Ver fig. 2).


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Fig. 2 Frigorficos comerciales1.2.3. INDUSTRIAL.

La refrigeracin industrial a menudo es confundida con la refrigeracin comercial,porque la divisin entre estas dos reas no esta claramente definida. Como reglageneral, las aplicaciones industriales son ms grandes en tamao que las aplicacionescomerciales y, la caracterstica que las distingue es que se requiere un empleado parasu servicio, (fig. 3), que por lo general es un ingeniero. Algunas aplicaciones industrialestpicas son plantas de hielo, grandes plantas empacadoras de alimentos, cerveceras,lecheras y plantas industriales, tales como refineras de petrleo, plantas qumicas,plantas huleras, etc.

Fig. 3 Equipos de refrigeracin para fines industriales.

1.2.4. MARINA.

La refrigeracin marina se refiere a la realizada abordo de embarcaciones detransporte y cargamento sujeto a deterioros as como refrigeracin de los almacenes delbarco. (Fig. 4).


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Fig. 4 Construcciones frigorficas marinas.1.2.5. REFRIGERACIN PARA AIRE ACONDICIONADO.

El aire acondicionado es la tcnica para controlar los factores que afectan lascondiciones fsicas y qumicas de la atmsfera dentro de cualquier espacio destinado aocuparse por personas para su comodidad o bien para realizar procesos industriales.Los sistemas de refrigeracin son parte fundamental en los proyectos de acondicionarespacios con aire fri.

1.3. SISTEMAS DE REFRIGERACIN:

La finalidad de la refrigeracin moderna es muy variable y va desde conservar unproducto, hasta llegar a un proceso. Estos procesos se clasifican en grupos que son:

Enfriamiento.

Refrigeracin.

Congelacin.

Proceso criognico.

Aire acondicionado.

1.3.1. SISTEMA DE ENFRIAMIENTO.

Los sistemas de enfriamiento operan normalmente con temperaturas que vandesde + 15 C a +2C (59F a 35.6F). Aun cuando en algunos casos existen unadistribucin de temperatura hasta los 0C (32F), en este proceso nunca se presenta uncambio de estado en la sustancia que maneja y solamente se elimina calor sensible.

Su aplicacin es muy amplia y se utiliza en productos que requierenconservacin y la temperatura en que se encuentran son solo para efectos de gusto.

Como ejemplo tenemos:

Enfriadores de bebidas carbonatas.

Enfriadores de productos lcteos.

Sistemas de acondicionamiento del aire. (Fig. 5).


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Fig. 5 Equipo de acondicionamiento de aire.

1.3.2. SISTEMA DE REFRIGERACIN.

Los niveles de temperatura de este proceso comprenden valores ligeramentesuperiores de los 0C a -180C (32F a -0.4F) aproximadamente. En este proceso seutiliza para la eliminacin de calor latente. Este proceso se utiliza para la conservacinde productos de 2 semanas hasta un mes aproximadamente. Es utilizado ampliamenteen instalaciones domesticas, comerciales (fig. 6), y de investigacin.

Fig. 6 Frigorficos comerciales.

1.3.3. SISTEMA DE CONGELACIN.

Este proceso opera entre -18C y -40C (-0.4F y -40) y en este procesotambin se elimina calor latente. No obstante en algunos casos solamente se eliminacalor sensible, por ejemplo, cuando se conserva la carne congelada en latransportacin. El periodo de conservacin va desde un mes hasta un ao dependiendodel producto y que producto y procedimientos se empleen. (Fig. 7).


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Fig. 7 Tnel de Congelacin para 20000 Lbs que opera con un

compresor de tornillo y refrigerante zamonaco.

1.3.4. SISTEMA DE CRIOGNICO.

Es un proceso que opera desde -40C (-40F) a valores cercanos al ceroabsoluto. Esto implica el cambio de estado fsico en la sustancia si esta se encuentra enforma lquida o agua.

Su aplicacin es muy fuerte en el rea industrial y de investigacin, tambindesarrollndose en reas comerciales. Este proceso trata de la preservacin de losproductos alimentacin en sus caractersticas o codician muy crtica.

1.4. SISTEMA DE REFRIGERACIN PORCOMPRESIN DE VAPORES.

1.4.1. CICLO BSICO DEL SISTEMA DE REFRIGERACIN.

Si tomamos un lquido refrigerante, lo confinamos a un recipiente y lo colocamoseste cerca de un objeto caliente, el lquido absorbe calor de objeto, el lquido absorbecalor del objeto de mayor temperatura. Si el lquido refrigerante absorbe suficiente calor,entrar en ebullicin y vaporizar.

Si el gas refrigerante vaporizado esta lo bastante comprimido, entregar el calorque absorbi del objeto caliente y se condensar en el fondo del recipiente en forma delquido. Este proceso de vaporizacin y condensacin sucesivas de un refrigerante sedenomina ciclo de refrigeracin.

Cuando el ciclo se cumple en forma contina gracias al empleo de maquinaria,se denomina refrigeracin mecnica.


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Los componentes bsicos necesarios para establecer un sistema de refrigeracinmecnica son:

Un evaporador, el cual ser la unidad enfriadora.Una bomba, a la que denominamos compresor.Un condensador, el cual ser la unidad disipadora de calor.Un dispositivo regulador de lquido, ya sea vlvula de expansin, tubocapilar, etc.

Para entender como se unen los componentes para formar un ciclo derefrigeracin, empezaremos describiendo el funcionamiento del evaporador. Primerotenemos un tubo que est parcialmente lleno con lquido refrigerante. Cuando el tubo se

coloca cerca del objeto caliente que se desea enfriar y el calor se traslada del objetocaliente hacia el tubo fro.

El calor absorbido por el lquido refrigerante en el tubo, provoca que este lquidohierva primero y se vaporice luego, debido a su trabajo punto de ebullicin. El tubo en elcual se produce la ebullicin se denomina evaporador, puesto que la ebullicin produceuna forma de evaporacin.

El refrigerante otra vez en estado lquido, se acumula en la porcin inferior delcondensador, donde queda disponible para otro ciclo de enfriamiento. El condensadorno puede estar del todo bloqueado, puesto que la presin sera excesiva y no habra

forma de que el refrigerante retornara al evaporador.En consecuencia, debe establecer un mtodo para obtener la cantidad correcta

de presin que permita la recirculacin del refrigerante. La forma ms simple delograrlo es utilizando otro tubo.

Las leyes de la fsica establecen que cuanto ms pequeo sea el dimetro de uncilindro y mayor su longitud, ms grande ser la resistencia que ofrezca a la circulacinde cualquier fluido que pase por l.

Entonces, mediante una juiciosa de su dimetro y longitud, un cilindro o tubo

puede servir tanto para regular la presin, como para transportar el refrigerante. Paralas modernas y compactas unidades acondicionadoras de aire, el tubo deber serdemasiado largo, por consiguiente, se le d la forma de una bobina, obtenindose asuna longitud conveniente y tamao reducido. Tal dispositivo se conoce como tubocapilar.

Veamos ahora una vez ms al ciclo de refrigeracin, tal como se representa en lasiguiente figura 8:


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Fig. 8 Sistema mecnico por compresin de vapores

La accin del compresor extrae vapor del evaporador, reduciendo la presin dellquido refrigerante en el evaporador. El calor circula desde los objetos ms calienteshasta el lquido refrigerante. La reduccin de la presin en el lquido produceevaporacin, la que da como resultado la extraccin de calor del lquido, lo que le brindacapacidad para absorber ms calor de los objetos ms calientes.

El vapor refrigerante del evaporador se comprime en vapor a alta presin y sefuerza dentro del condensador. El vapor, condensado a lquido, por accin de laelevada presin, entrega su calor a la atmsfera ms fra que lo rodea.

El lquido refrigerante, condensado se fuerza luego en el tubo capilar por lapresin que crea el compresor. El lquido del tubo capilar vuelve a entrar en elevaporador y el ciclo se reinicia.

1.4.2. DIAGRAMA PRESIN ENTALPA (DIAGRAMA DE MOLLIER).

Casi todas las substancias pueden existir en la naturaleza en esta slido, lquidoo gaseoso y pueden ser cambiados de un estado a otro. Estos cambios de estadopueden provocarse por medio de enfriamiento o calentamiento.

Un ingeniero en diseo revisa cuidadosamente los datos del refrigerante enforma de tablas y grficas antes de seleccionarlo para una instalacin determinada.

CompresorEvaporadorElemento restrictivoCondensador


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Esta informacin puede representarse grficamente en formas de diagramas queson conocidos como diagramas de Mollier, (fig. 9), estos graficarn la presin absoluta yla entalpa principalmente.

Estos diagramas son fciles de entender y sirven como una herramienta valiosapara analizar y comprender el funcionamiento de un sistema de refrigeracin.

El ingeniero en refrigeracin debe analizar el diagrama de Mollier para graficarlos ciclos de refrigeracin, sirve para detectar problemas prcticos en las operacionesde un sistema.

El diagrama representa el refrigerante. Es una representacin grafica de losdatos contenidos en las tablas termodinmicas. El diagrama muestra los tres estadosfsicos diferentes. Las lneas de frontera convergen al aumentar la presin y linealmentese juntan en un punto crtico, el cual representa la condicin lmite para la existencia derefrigerante lquido. A temperaturas mayores a la crtica el refrigerante puede existir soloen forma gaseosa.

Comenzando por la esquina inferior izquierda, tenemos que el hielo est a 0 F;se puede determinar que se necesitaron 16 BTUs para llevar el hielo de 0 a 32 F.Estos 16 BTUs son de calor sensible, ya que ellos producen un aumento en latemperatura. Seguimos agregando calor y notamos que el hielo comienza a derretirse.

Fig. 9 Diagrama de Mollier del refrigerante Freon-12.


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1.4.3. SISTEMA DE REFRIGERACIN DIRECTO.

Es aquel en el cual el evaporador va colocado dentro de un tanqueperfectamente aislado trmicamente, el cual a su vez contiene una solucin salinallamada salmuera que es la que circula por el espacio o cuerpo a enfriar (refrigerar).

En estos sistemas indirectos debe considerarse que la temperatura de lasalmuera o refrigerante secundario que circula por el serpentn secundario deenfriamiento o a la salida del mismo espacio o producto a enfriar debe ser de 5F a 6Fcomo mnimo debajo de la temperatura del producto o espacio a enfriar.

La elevacin de la temperatura de la salmuera es de la entrada hasta la salidadel serpentn, se calcula generalmente de 10F pudindose considerar en grandesplantas hasta de 15F a 20F (Fig. 10).

+Qs

AMONIACO GAS

AMONIACO LIQUIDO

AMONIACO GAS

LIQUIDO

AMONIACO

ESPACIO POR REFRIGERAR

REFRIGETANTE

COMPRESOR

CONDENSADOR

VALVULA DE EXPANSIN

EVAPORADOR

-Qs

Fig. 10 Sistema de refrigeracin directo.


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1.4.4. SISTEMA DE REFRIGERACIN INDIRECTO.

En un sistema indirecto existen al menos dos intercambiadores de calor y uncircuito secundario de refrigeracin entre el proceso y el primer refrigerante. Mtodo derefrigeracin por medio de la circulacin de aire utilizando ventilacin interior. (Fig 11 yfig. 12).

Fig. 11Diagrama de un ciclo de refrigeracin indirecta que utiliza salmuera como refrigerantesecundario para la fabricacin de hielo.

Fig. 12 Sistema de refrigeracin indirecto enfriado por aire.

A. B. P. A. B. P.Transmisor de calorsecundario

TemperaturarequeridaPrimaria

De la sustanciaProductoo espacio.

Salmuera

T Condensado

V.E.

Salmuera como refrigeranteEvaporador, donde tiene lugarla Temp. Requerida secundaria.

Refrigeranterimario


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1.5. CONCEPTOS BSICOS:

1.5.1. TERMODINMICA.

La termodinmica es la rama de la fsica que estudia la energa, latransformacin entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad paraproducir un trabajo.

Est ntimamente relacionada con la mecnica estadstica, de la cual se puedenderivar numerosas relaciones termodinmicas. La termodinmica estudia los sistemasfsicos a nivel macroscpico, mientras que la mecnica estadstica suele hacer unadescripcin microscpica de los mismos.

1.5.2. PRINCIPIO CERO DE LA TERMODINMICA.

A este principio se le llama "equilibrio trmico". Si dos sistemas A y B estn a lamisma temperatura, y B est a la misma temperatura que un tercer sistema C, entonces

A y C estn a la misma temperatura. Este concepto fundamental, aun siendoampliamente aceptado, no fue formulado hasta despus de haberse enunciado lasotras tres leyes. De ah que recibe la posicin 0.

1.5.3. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINMICA.

Tambin conocido como principio de la conservacin de la energa, la Primera

ley de la termodinmica establece que si se realiza trabajo sobre un sistema, la energainterna del sistema variar. La diferencia entre la energa interna del sistema y lacantidad de energa es denominada calor. Fue propuesto por Antoine Lavoisier.

La ecuacin general de la conservacin de la energa es la siguiente:

Eentra Esale= Esistema

En otras palabras: La energa no se crea ni se destruye slo se transforma.(Conservacin de la energa).

1.5.4. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINMICA.

Esta ley indica la direccin en que se llevan a cabo las transformacionesenergticas. En un sistema aislado, es decir, que no intercambia materia ni energa consu entorno, la entropa (fraccin de energa de un sistema que no es posible convertiren trabajo) siempre aumenta con el tiempo.


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En otras palabras: El flujo espontneo de calor siempre es unidireccional, desdelos cuerpos a temperatura ms alta a aquellos de temperatura ms baja.

Existen numerosos enunciados para definir este principio, destacndose los deCarnot y Clausius.

Enunciado de Carnot: La potencia motriz del calor es independiente de losagentes que intervienen para realizarla; su cantidad se fija nicamente por latemperatura de los cuerpos entre los que se hace, en definitiva, el transporte calrico.

Fig. 13 Diagrama del ciclo de Carnot en funcin de la presin y el volumen.

Enunciado de Clausius No es posible ningn proceso cuyo nico resultado seala extraccin de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorcin de unacantidad igual de calor por un recipiente a temperatura ms elevada".

1.5.5. ENERGA.

Siempre que se efecta un trabajo o se desarrolla un movimiento de cualquierclase, hay energa. Se dice que un cuerpo posee energa, cuando tiene la capacidad dedesarrollar trabajo. Por lo tanto, la energa se describe como la facultad de desarrollartrabajo.

En cualquier cuerpo la energa puede encontrarse en una sola o en las dosformas bsicas siguientes: cintica y potencial.

Energa cintica: Es la que posee un cuerpo como resultado de sudesplazamiento o velocidad.


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Energa potencial: Es la que posee un cuerpo debido a su posicin oconfiguracin.

Toda la energa se puede clasificar dentro de las dos clases bsicas: Cintica opotencial. Sin embargo la energa puede aparecer en varias formas diferentes, talescomo: Energa mecnica, energa elctrica, energa qumica, energa trmica, etc. yfcilmente se convierte de una a otra. La energa elctrica, por ejemplo, se convierte enenerga calorfica en un calentador o en un tostador elctrico.

La energa elctrica se convierte en energa mecnica en los motores elctricos,en los celenoides, y en otros aparatos mecnicos. En fin la energa no se destruye, enel sentido de que se convierte de una a otra.

Esto nos lleva a la primera ley de la termodinmica que trata sobre laconservacin de la energa, y dice: La cantidad de energa es constante, no puedecrearse ni destruirse, solo se transforma.

1.5.6. FUERZA.

Se denomina fuerzaa cualquier accin o influencia capaz de modificar el estadode movimiento o de reposo de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleracinmodificando su velocidad.

1. La aceleracin que experimenta un cuerpo es, por definicin, proporcional a lafuerza que actan sobre l.

2. La constante de proporcionalidad entre la fuerza y la aceleracin se denominamasa inercial del cuerpo.

Estas dos afirmaciones se resumen en la Ley Fundamental de la Dinmica o Segunda Ley de

Newton:

amF (Ecc. 1.2)

Donde representa la fuerza que actan sobre el cuerpo, su masa y su

aceleracin. Medidas sobre un sistema inercial de referencia.La fuerza, al igual que la aceleracin, es una magnitud vectorial, y se representa

matemticamente mediante un vector.


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1.5.7. PRESIN.

Para poder definir la presin, es necesario conocer que es fuerza. La fuerza msconocida es el peso. El peso de un cuerpo es una medida de la fuerza que ejerce laatraccin de la gravedad sobre el mismo. Como se observa en la ecuacin siguiente.

A

FP

Existen muchas fuerzas adems de la gravedad, todas se miden en unidad depeso. (Ver Tabla No. 1)

La presin es la fuerza ejercida en la unidad de rea. Se puede describir como la

medida de la intensidad de una fuerza en un punto cualquiera sobre la superficie decontacto.

El vaco, prcticamente lo conocemos como la ausencia de presin. El vacio esla ausencia completa de materia o, dentro de nuestras aplicaciones, es un estado deaire en que este se halla tan fino, (rarificado), que la presin que tiene es muy inferior ala presin atmosfrica normal.

1.5.8. PRESIN ATMOSFRICA.

La tierra est rodeada de una envoltura de atmsfera o aire que se extiende

hacia arriba desde la superficie de la tierra a una distancia aproximada de 100 km.El aire tiene peso, y debido a eso, ejerce presin sobre la superficie de la tierra.

La presin ejercida por la atmsfera se conoce como presin atmosfrica.

El peso de una columna de aire en una seccin transversal de una centmetrocuadrado, que se extendiera de la superficie de la tierra, al nivel del mar, hasta loslmites superiores de la atmsfera, sera de 1.0333 kg.

Por lo tanto, la presin de la superficie de la tierra al nivel del mar, resultante delpeso de la atmsfera, es de 1.0333 kg. por centmetro cuadrado; lo cual equivale a 14.7

libras por pulgada cuadrada, en el sistema ingls. En realidad la presin de la atmsferano es constante, sino que vara de hora a hora, dependiendo de la temperatura, delvapor de agua que contenga y de algunos otros factores.

Una columna de mercurio de 760 mm. De altura es la medida de una presinequivalente a 1.0333kg. por centmetro cuadrado, de ah que las presiones debajo delas presiones atmosfricas generalmente reciben el nombre de presiones de vacio y seexpresan en milmetros de mercurio.


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En los trabajos de refrigeracin y de aire acondicionado las presiones por encimade la presin atmosfrica son medidas en libras por pulgada cuadrada, o en kg. porcentmetro cuadrado y las presiones por debajo de la presin atmosfrica son medidasen milmetros de mercurio o pulgadas de mercurio.

1.5.9. PRESIN MANOMTRICA.

En los trabajos de refrigeracin y aire acondicionado, la presin se midegeneralmente por medio de manmetros. Estos manmetros han sido diseados paramedir presiones superiores a la atmosfrica, vale decir que los manmetros estncalibrados para que se lea cero a la presin atmosfrica normal. Las presionessealadas por un manmetro se denominan presiones manomtricas.

1.5.10. PRESIN ABSOLUTA.

La presin absoluta se entiende como presin total o real de un fluido. La presinabsoluta es igual a la suma de la presin atmosfrica ms la presin manomtrica. Lapresin que se lee en un manmetro no es la presin total o real de fluido en unrecipiente, sino que el manmetro mide solamente la diferencia de presin entre lapresin total del fluido del recipiente y la presin atmosfrica. Cuando la presin delfluido es superior a la atmosfrica, la presin absoluta se determina sumando la presinatmosfrica a la manomtrica, y cuando la presin del fluido es inferior, la presinabsoluta se encuentra restando la presin del manmetro de la presin atmosfrica,como se observa en la ecuacin siguiente.

matmABS PPP

En cualquiera de los tres estados fsicos de la materia, la eliminacin de calorproduce una contradiccin o reduccin del volumen del material y, por el contrario, laadicin de calor produce dilatacin (suponiendo que el material no est envasado oconfinado, si se trata de un lquido o de un gas).

Una de la pocas excepciones a esta regla es la del agua. Si se enfra, su

volumen disminuye normalmente hasta que la temperatura del agua es de 4 C. En estepunto, el agua presenta mxima densidad y si se enfra ms, nuevamente aumentar suvolumen. Adems, despus de enfriarse a 0 C., se solidificara, y esta solidificacinestar acompaada por una expansin aun mayor. De hecho, un metro cbico de aguaal congelarse forma aproximadamente 1.085 metros cbicos de hielo.


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1.5.11. ESTADO DE LA MATERIA.

La materia puede existir en tres fases o estados diferentes de agregacin: slido,lquido o gaseoso (vapor). Por ejemplo: el agua es un lquido, pero esta mismasubstancia puede existir como hielo, que es un slido, o como vapor, que es un estadogaseoso.

Las molculas que se supone adems, estn en un estado de vibracin omovimiento rpido, constante y que la rapidez y extensin de la vibracin o movimientomolecular determina la cantidad de energa que posee la materia. Es decir, un cuerpotiene energa interna, debido a su movimiento molecular.

ESTADO SLIDO: La materia en estado slido tiene una estructura molecular rgida ytiende a retener su dimensin o forma, o sea que sus molculas tienen energa internarelativamente pequea. (Fig. 14).

ESTADO LQUIDO: En el estado lquido hay mayor energa interna que en el estadoslido. La mayor energa de las molculas les permite vencer hasta cierto grado lasfuerzas de atraccin reciprocas. Por lo tanto no estn sujetas tan rgidamente como enel estado slido, pueden moverse libremente y su configuracin depende que contengaal lquido de que se trate. (Fig. 14).

ESTADO GASEOSO: Este estado de la materia tiene mayor cantidad de energa quelos dos anteriores; sus molculas estn prcticamente libres, no estn sujetas a lasfuerzas de atraccin, es decir, vence esas fuerzas, que se mueven a velocidadeselevadas y chocan unas con otras. Por eso, la materia en estado gaseoso, no tienetamao ni forma y se debe almacenar en un recipiente sellado. (Fig. 14).

Fig. 14 Los diferentes estados de la materia.

LIQUIDO.El liquido toma la forma delvaso que le contiene. As, siel agua del vaso sederrama sobre la superficie,forma del lquido cambia,pero su volumen

ermanece constante.

S LIDO.Un slido, por ejemplo laroca, posee una formadeterminada, que no variafcilmente. Esto, porque laspartculas del slido estnunidas fuertemente entre si

para formar una estructurafirme.

GAS.Un gas llena el espacio quelo encierra y no poseeforma ni volumen propio,adapta la forma de surecipiente, como el heliocontenido en el globo de la

imagen.


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1.5.12. PROCESO TERMODINMICO.

A cualquier transformacin en un sistema, desde un estado de equilibrio a otro,se le conoce como proceso. Dicho en otras palabras, es el cambio de estado de unasustancia o un sistema, desde unas condiciones iniciales o de estado inicial, hasta unascondiciones finales o de estado final por una trayectoria definida.

Para describir completamente un proceso se requiere de los estados de equilibrioinicial y final, as como de la trayectoria o las interacciones del sistema con su entornodurante el proceso.

En general los procesos dependiendo de sus caractersticas, trayectoria, o delcomportamiento de las propiedades de la sustancia involucrada se pueden clasificar enprocesos desarrollados con una propiedad constante y en procesos con caractersticasespeciales.

Existen 3 tipos de Procesos Termodinmicos, estos son:

- Los Procesos Isoentrpicos.

- Los Procesos Adiabticos.

- Los Procesos Politrpicos.

Procesos Adiabticos.

El Proceso adiabtico es un proceso Termodinmico en la cual no haytransferencia de calor hacia y desde los alrededores.

Procesos Politrpicos.

Son aquellos Procesos Termodinmicos en donde el calor especfico permanececonstante.

1.5.13. CICLO TERMODINMICO.

Se denomina ciclo termodinmico al proceso que tiene lugar en dispositivosdestinados a la obtencin de trabajo a partir de dos fuentes de calor a distintatemperatura o, de manera inversa, a producir el paso de calor de la fuente de menortemperatura a la fuente de mayor temperatura mediante la aportacin de trabajo.


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Obtencin de trabajo.

La obtencin de trabajo a partir de dos fuentes trmicas a distinta temperatura seemplea para producir movimiento. El rendimiento es el principal parmetro quecaracteriza a un ciclo termodinmico, y se define como el trabajo obtenido dividido porel calor gastado en el proceso, en un mismo tiempo de ciclo completo si el proceso escontinuo, y se define como la sucesin de procesos termodinmicos. (Fig. 15)

Este parmetro es diferente segn los mltiples tipos de ciclos termodinmicosque existen, pero est limitado por el factor o rendimiento del ciclo de Carnot.

Un ciclo termodinmico inverso busca lo contrario al ciclo termodinmico deobtencin de trabajo. Se aporta trabajo externo al ciclo para conseguir que latransferencia de calor se produzca de la fuente ms fra a la ms caliente, al revs decomo tendera a suceder naturalmente. Esta disposicin se emplea en las mquinas deaire acondicionado y en refrigeracin.

Fig. 15 Diagrama T-S para obtener trabajo.

1.5.14. CALOR

Calor es una forma de energa. Es la energa trmica generada por elmovimiento de las molculas en la materia.

Todos los das hablamos del calor y del fro. Con estos trminos nos referimos ala temperatura del medio ambiente que nos rodea, en comparacin con lo que paranosotros es temperatura de confort. Pero realmente, desde el punto de vista cientfico,no existe el fro; es decir, lo que comnmente llamamos fro es ausencia de calor.Entonces, cuando nuestro cuerpo siente fro es que el calor est fluyendo de nuestrocuerpo hacia el ambiente y cuando sentimos calor; lo que ocurre es que este estfluyendo del ambiente hacia nuestro cuerpo.


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Esta transferencia de calor se d entre todos los cuerpos. El calor siempre fluyedel cuerpo cuya temperatura es ms elevada hacia el que tiene la temperatura msbaja; o sea, de un cuerpo caliente a uno fro y nunca en direccin opuesta.

A esto se refiere la segunda ley de la termodinmica que dice: el calor siemprefluye de un cuerpo ms caliente a un cuerpo ms fro, nunca en la direccin opuesta.

1.5.15. CALOR ESPECFICO.

El calor especfico de un material es la cantidad de calor requerida para cambiarla temperatura de un kilogramo del material en 1 C.

El calor especifico de cualquier material, igual que el agua, vara, pero estavariacin es tan ligera, que resulta suficientemente preciso, en la mayor parte de losclculos, el considerar que el calor especfico es una cantidad constante. Sin embargo,lo anterior no es cierto cuando el material pasa por un cambio de estado fsico.

El calor especfico de un material en el estado slido es aproximadamente de lamitad del valor del mismo en estado lquido.

1.5.16. CLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR.

La cantidad de calor que deba agregarse o retirarse de una masa dada dematerial, para obtener un cambio especfico en su temperatura, puede calcularseusando la siguiente ecuacin:

12 ttmCQs

Qs = Cantidad de calor absorbida.

C = Calor especfico del material.

1t = Temperatura inicial.

2t = Temperatura final.

m = masa.


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Fuente caliente

Fuente fra

1.5.17. TRANSFERENCIA DE CALOR.

La transferencia de calor es el paso de energa trmica de un cuerpo caliente auno menos caliente. Cuando un cuerpo fsico, por ejemplo, un objeto o fluido, est auna temperatura diferente a la que estn sus alrededores u otro cuerpo, la transferenciade energa trmica, tambin conocida como transferencia de calor, ocurre de tal maneraque el cuerpo y sus alrededores llegan al equilibrio trmico. La transferencia de calorsiempre ocurre de un cuerpo caliente a otro menos caliente, (fig.16), como resultado dela segunda ley de la termodinmica. La transferencia de energa trmica ocurreprincipalmente a travs de conduccin, conveccin o radiacin. La transferencia decalor nunca puede ser detenida; slo se le puede hacer ms lenta.

Fig. 16 Transferencia de calor de cuerpo caliente al cuerpo fro.

1.5.18. CONDUCCIN.

La conduccin es un proceso de traslado en el cual la transferencia de calor seproduce en la substancia de una molcula a otra, o de una substancia a otra que steen contacto directo con ella. En cualquier caso, las molculas calentadas comunican suenerga a las otras que se encuentran inmediatamente adyacentes a ellas. (Fig. 17).

Fig. 17 Transferencia de calor de cuerpo caliente al cuerpo fro por conduccin.

1.5.19. CONVECCIN.

Es la transferencia de calor mediante el movimiento. La conveccin implica elmovimiento de la substancia calentada y se aplica a los lquidos y gases. Cuando secaliente una porcin cualquier de un fluido, esta se expande, aumentando su volumen

por unidad de peso; la porcin calentada es ms ligera y tiene a subir, siendoinmediatamente substituida por una porcin ms fra y ms pesada del fluido. (Fig. 18.)

Fig. 18 Transferencia de calor de cuerpo caliente al cuerpo fro por conveccin.

Conduccin

Conveccin


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1.5.20. RADIACIN.

Es la transferencia de calor que no requiere ningn medio para propagarse, puesse propaga en forma de una onda de calor, similar a las ondas de la luz. Todos loscuerpos irradian energa calorfica, estn fros o calientes; cuanto ms caliente se halleun cuerpo, mayor ser el calor que irradie. (Fig.19).

Fig. 19 Transferencia de calor de cuerpo caliente al cuerpo fro por radiacin.

1.5.21. CALOR SENSIBLE.

Cuando el calor, absorbido o entregado por un material, causa o acompaa a uncambio de la temperatura del material, el calor se identifica como calor sensible. El calorsensible slo se refiere a un cambio de temperatura; no causa ninguna modificacin enel estado de la sustancia. Se le denomina porque puede percibirse con elsentido del tacto y se puede medir con un termmetro.

1.5.22. CALOR LATENTE.

Cuando al calor, ya sea agregado a un material o entregado por ste, produce o

acompaa a algn cambio en el estado fsico del material, el calor se conoce comoCalor Latente. El calor latente es el que al extraerse de una substancia produce uncambio de estado en ella, pero no modifica su temperatura durante el tiempo en quetiene lugar este cambio fsico, Se le denomina puesto que existe pero nose manifiesta exteriormente, es decir no puede percibirse con el sentido del tacto y nose registra con el termmetro.

1.5.23. CALOR TOTAL.

Es la suma de los calores latentes y sensibles. Segn Mollier se refiri al grupo u+ Pv como contenido de calor y calor total.

1.5.24. CALOR LATENTE DE FUSIN.

La cantidad de calor requerida para fundir un kilogramo de un material,pasndolo de la fase slida a la fase lquida, se le llama calor latente de fusin. Esimportante recalcar que el cambio de fase se presenta en la temperatura de fusin, encualquier direccin, esto es, la temperatura a la cual el slido se funde convirtindoseen lquido, es la misma a la cual el lquido se congela formndose en slido.

Radiacin


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Adems la cantidad de calor que debe entregar un determinado peso de lquido ala temperatura de fusin para solidificarse es exactamente igual a la cantidad de calorque debe absorber al mismo peso del slido al fundirse, convirtindose en lquido.

El calor absorbido o entregado durante el cambio de fase no tiene efecto algunosobre la velocidad molecular, por lo tanto, la temperatura del material permanececonstante durante el cambio de fase y la temperatura del lquido o slido resultante esla misma que la temperatura de fusin.

Lo anterior se aplica con precisin absoluta solamente a los slidos cristalinos.Los slidos no cristalinos, por ejemplo: el vidrio, tiene temperatura de fusin indefinida,esto es, la temperatura variara durante el cambio de fase. Sin embargo al calcularcantidades de calor, se supone que la temperatura permanece constante durante elcambio de fase.

1.5.25. CALOR LATENTE DE VAPORIZACIN.

La cantidad de calor que tiene que absorber un kilogramo de un lquido paracambiar a vapor se conoce como calor latente de vaporizacin. Cualquier calor quetome un lquido que ha llegado al a temperatura de saturacin, conocida tambin comopunto de ebullicin o temperatura de ebullicin, aumenta el grado de separacinmolecular, es decir, aumenta la energa potencial interna y la sustancia cambia de lafase de lquido a la fase de vapor. Aqu tambin el cambio de fase se puede presentaren cualquier direccin, en la temperatura de saturacin.

Algunos lquidos hierven a temperaturas extremadamente bajas, unos cuantosde estos son: el amoniaco, el oxgeno y el helio, que hierven a temperaturas debajo de0 C. La cantidad de calor requerida para vaporizar un peso dado cualquiera de lquidoa la temperatura de saturacin se calcula de acuerdo con la ecuacin siguiente:

jgMxhQL

QL = Cantidad de calor en K caloras.

M = Masa o peso en kilogramos.

jgh = Calor latente de vaporizacin en Kcal/kg.


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1.5.26. CALOR LATENTE DE SUBLIMACIN.

La temperatura de una substancia en estado slido aumenta cuando se leagrega calor a la misma (calor sensible), pero una vez que alcanza cierta temperatura,sta no aumenta cuando se le agrega mas calor, sin embargo, la substancia empieza acambiar a su estado lquido (se derrite). Si se lleva acabo el proceso inverso, ya seaque se remueva el calor aun lquido, su temperatura bajar, pero finalmente esta sesolidificar.

1.5.27. ENTALPA.

Es la cantidad de energa de un sistema termodinmico que ste puedeintercambiar con su entorno, que puede ocurrir en algunas substancias. El ejemplo mscomn es el uso del hielo seco (bixido de carbono para enfriar). El mismo procesopuede ocurrir con hielo debajo de su punto de congelacin, y se utiliza tambin enalgunos procesos de congelamiento a temperaturas extremadamente bajas y altosvacos. El calor latente de sublimacin es igual, a la suma del calor latente de fusinms el calor latente de evaporacin.

Las lneas de entalpa constante son verticales. En un proceso de flujo constante,tal como sucede en un ciclo refrigerante, la entalpa representa el contenido de energacalorfica por cada libra de refrigerante.

1.5.28. ENTROPA.

Es la funcin de estado que mide el desorden de un sistema fsico o qumico, ypor tanto su proximidad al equilibrio trmico.

En cualquier transformacin que se produce en un sistema aislado, la entropadel mismo aumenta o permanece constante, pero nunca disminuye. As, cuando unsistema aislado alcanza una configuracin de entropa mxima, ya no puedeexperimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio.

Las lneas de entropa constante se extienden tambin desde la lnea de vaporsaturado hacia la zona de vapor sobrecalentado y forman un cierto ngulo con laslneas de vapor saturado. Estas lneas aparecen solamente en la zona desobrecalentamiento por que es donde ordinariamente se requieren los datos deentropa, la cual esta relacionada con la disponibilidad de energa.


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1.5.29. VOLUMEN.

Es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. En fsica, el volumen es unamagnitud fsica extensiva asociada a la propiedad de los cuerpos fsicos de serextensos, que a su vez se debe al principio de exclusin de Pauli. La unidad de medidade volumen en el Sistema Mtrico Decimal es el metro cbico, aunque el SI, tambinacepta (temporalmente) el litro y el mililitro que se utilizan comnmente en la vidaprctica.

1.5.30. VOLUMEN ESPECFICO.

El volumen especfico de un material es el volumen que ocupa un kilogramo demasa de material. Todo material tiene un volumen especfico. Debido al cambio devolumen que acompaa a un cambio de temperatura, el volumen especifico de cadamaterial segn el rango de temperatura.

1.5.31. TEMPERATURA.

No hay que confundir calor con temperatura. Todas las substancias tienen dospropiedades trmicas: Temperatura y calor. La temperatura de una substancia es slouna indicacin de su grado de calor, no de la cantidad de calor.

El termmetro es el instrumento ms comnmente usado para medir el grado decalor o la temperatura de un cuerpo. Debido a sus temperaturas de congelacin bajas ycoeficientes de expansin constantes, los lquidos que se usan ms frecuentemente enlos termmetros son el mercurio y el alcohol.

Hay tres tipos diferentes de temperatura: Temperatura de bulbo seco,temperatura de bulbo hmedo y temperatura de condensacin.

La temperatura de bulbo seco, es la que nos resulta ms familiar, puesto que semide con el termmetro comn.

La temperatura de bulbo hmedo es la que indica un termmetro de bulbohmedo y ser siempre ms baja que la temperatura de bulbo seco. La temperatura debulbo hmedo se mide con un termmetro de bulbo seco al cual se le coloca un trapo opao mojado en el bulbo, el cual se hace girar y al hacerlo, disminuye la temperatura,debido a la evaporacin del agua del trapo. La temperatura de punto de condensacines aquella a la cual comienza la condensacin del vapor de agua cuando se reduce sutemperatura.


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Dos escalas de temperatura son comnmente usadas en la actualidad. La escalaFahrenheit se usa en los pases que han adoptado el sistema mtrico decimal, as comoen los trabajos cientficos. Otras dos escalas que se usan actualmente en lasmediciones de temperatura son: la escala Kelvin y la Rankine. La escala Kelvin es detemperatura absoluta y se basa en la escala centgrada, la escala Rankine, es tambinde tipo absoluto pero se basa en la escala Fahrenheit. (Fig. 20).

Fig. 20 Escalas de temperatura

1.5.32. PUNTO DE EBULLICIN.

El punto de ebullicin de un compuesto qumico es la temperatura que debealcanzar este para pasar del estado lquido al estado gaseoso; para el proceso inversose denomina punto de condensacin.

Al llegar al punto de ebullicin la mayora de las molculas es capaz de escapardesde todas partes del cuerpo, no solo la superficie. Sin embargo, para la creacin de

burbujas en todo el volumen del lquido se necesitan imperfecciones o movimiento,precisamente por el fenmeno de la tensin superficial.

La temperatura se mantiene constante durante todo el proceso de ebullicin, y elaporte de ms energa slo produce que aumente el nmero de molculas que escapandel lquido. Este hecho se aprovecha en la definicin de la escala de temperatura engrados centgrados.


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Un lquido puede calentarse pasado su punto de ebullicin. En ese caso se diceque es un lquido sobrecalentado. (Fig. 21).

Fig. 21 Grfica con diferentes puntos de ebullicin.

1.5.33. REFRIGERANTE.

Se llama lquido refrigerante a un compuesto qumico fcilmente licuable cuyoscambios de estado se utilizan como fuentes de fro y calor. Los refrigerantes segn lanorma americana NRSC (National Refrigeration Safety Code) se dividen en tres grupos:

El agua.El amonaco.Los freones. Entre ellos los R12, R22, R502 y los nuevos gases no perjudicialespara la capa de ozono.

Caractersticas de los refrigerantes:

Punto de congelacin. Debe de ser inferior a cualquier temperatura que existe enel sistema, para evitar congelaciones en el evaporador.

Calor latente de evaporacin. Debe de ser lo ms alto posible para que unapequea cantidad de lquido absorba una gran cantidad de calor.

Volumen.- El volumen especfico debe de ser lo ms bajo posible para evitargrandes tamaos en las lneas de aspiracin y compresin


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Densidad. Deben de ser elevadas para usar lneas de lquidos pequeas.

Presin absoluta. Las presiones de condensacin deben de ser elevadas, paraevitar fugas y reducir la temperatura de condensacin.

No son lquidos inflamables, corrosivos ni txicos. Adems, deben de sermiscibles y no nocivos con el aceite, y tener un gran dialctrico.

1.5.34. TONELADA DE REFRIGERACIN.

Una tonelada de refrigeracin es el efecto de refrigeracin que produce allicuarse una tonelada de hielo a la temperatura de 32 F en 24 horas. Es por tanto, unavariacin de calor por unidad de tiempo, ms bien que una cantidad de calor.

Para obtener el equivalente de una tonelada de refrigeracin en BTUs hacemosel siguiente clculo:

Una tonelada de hielo en el sistema ingles equivale a 2000 libras, ya vimos queuna libra de hielo necesit 144 BTUs para derretirse, as que multiplicando 144 por2000, obtenemos 288,000 BTUs por da. Dividiendo este valor entre las 24 horas quetiene un da, el resultado es 1 T. R. = 12, 000 BTUs por hora = 200BTU / min.

1.5.35. SOBRECALENTAMIENTO.

Una vez vaporizado un lquido, la temperatura aumenta con la adicin de calor.El calor agregado a un vapor despus de la vaporizacin es el calor sensible del vapor,llamado ms comnmente sobrecalentamiento. Cuando la temperatura de un vapor haaumentado arriba de la temperatura de saturacin, se dice que el vapor estasobrecalentado.

1.5.36. SUBENFRIAMIENTO.

Consiste en enfriar al lquido que sale del condensador, logrando con ello unaumento del coeficiente de efecto frigorfico. Esto se logra mediante el empleo de aguade enfriamiento lo mas fra posible y eligiendo un condensador apropiado. Se definecomo Subenfriamiento de Lquido en un sistema, al valor de temperatura (F C) deun refrigerante en estado lquido al quitarle calor sensible a partir de su punto de 100%de saturacin empieza dentro del Condensador con lquido 100 % saturado, hasta elDispositivo de Control de Lquido. (Fig. 22)


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Fig. 22 Ejemplo de subenfriamiento de condiciones R-22 y 280 PSI.

Una vez que el vapor saturado dentro del Condensador comienza a cambiar defase a lquido saturado, el subenfriamiento empieza a ocurrir y calor sensible serechaza, recordar que Calor Sensible es calor que causa un cambio de temperatura, porlo que una disminucin en temperatura de lquido saturado en el condensador seconsidera subenfriamiento.


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CAPTULO II

SELECCIN DEL TIPO DECONDENSADOR


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2.1. CLASIFICACIN DE CONDENSADORES

PARA REFRIGERACIN.Despus de analizar los diferentes puntos necesarios para llevar a cabo el

diseo de un condensador, se proceder a describir los diversos tipos decondensadores y analizar su funcionamiento.

El condensador es uno de los componentes principales en el ciclo derefrigeracin, que sigue despus del sistema de compresin. Bsicamente es otraunidad de intercambio de calor en la cual el calor que el refrigerante recogi en elevaporador, tambin el que le agreg el compresor, se disipa a algn medio decondensacin. El vapor a alta presin y temperatura que deja el compresor est

sobrecalentado, y este sobrecalentamiento se acostumbra eliminar en la tubera dedescarga de gas caliente, y en la primera parte del condensador. Al bajar la temperaturadel refrigerante a su punto de saturacin, comienza a condensar el vapor en un lquido,que se vuelve a usar en el ciclo. (Fig. 23)

Fig. 23 Remocin del calor del refrigerante en un condensador.

Los condensadores pueden tener enfriamiento con algunos fluidos que existenen abundancia, tales como aire o agua son los encargados de llevar el calor fuera delsistema; estos fluidos caracterizan al condensador, que por consiguiente puede ser deenfriamiento por aire o por agua.


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Los condensadores de enfriamiento por agua son de dimensiones reducidas,ms silenciosos, ms fciles de instalar, permiten mejores presiones y temperaturas decondensacin, y tambin de mejor control de la presin diferencial de las unidades quetrabajan; motivo por el cual se les prefiere cuando el uso del agua no resulta prohibitivopor su costo o incmodo por la necesidad de instalar caeras.

Cuando el costo de la energa elctrica es elevado y el agua es barata, convieneel condensador de agua.

Cuando la energa de elctrica es barata y el agua cara, convendr elcondensador enfriado por aire que gasta la energa elctrica necesaria por lossopladores del aire de enfriamiento del condensador. Cuando son caras tanto laenerga elctrica como el agua, se recurre a los condensadores evaporativos, queconsumen poco agua y al mismo tiempo permiten tener una temperatura menor que losdel aire, aumentando el rendimiento de la mquina y disminuyendo el consumo deelectricidad para una potencia determinada. En la fig. 24 se muestra los tres tipos decondensadores usados comnmente en refrigeracin.

(a) (b) (c)

Fig. 24 Condensadores tpicos usados en refrigeracin, (a) condensador enfriado por agua, (b)condensador enfriado por aire, (c) condensador enfriado por agua-aire (evaporativo).

Condensadores enfriados por aire, los refrigeradores domsticos tienen engeneral un condensador enfriado por aire, que depende del flujo del aire por gravedadpara que pase por l. Otras unidades de enfriamiento por aire emplean ventiladorespara soplar o succionar grandes volmenes de aire a travs del serpentn delcondensador.


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La fig. 25 muestra el condensador enfriado por aire depende de un suministroabundante de aire relativamente fro, por que para tener un flujo de calor delrefrigerante en el condensador, al medio de enfriamiento, el aire debe estar a unatemperatura ms baja que la del refrigerante. Hasta cuando la temperatura del ambientees mayor que 100 F, sigue siendo menor que la del refrigerante en el condensador yste cede algo de calor al regresar a su estado lquido.

Fig. 25 Condensador de tubos aletados enfriados por aire forzado.

Los condensadores enfriados por aire se construyen de manera algo semejantea los dems tipos de cambiadores de calor, con serpentines de tubos de cobre o

aluminio con aletas. Los evaporadores deben tener filtros frente a ellos para reducir suobstruccin por el polvo, pelusa y otros materiales; pero los condensadores no tienenesos filtros, y por lo tanto se deben limpiar con frecuencia para evitar la reduccin en sucapacidad.

Es recomendable instalar este condensador en el exterior, junto a unaconstruccin o en un techo plano. En ese lugar, al aire libre, se dispone de unsuministro adecuado de aire de enfriamiento, a la temperatura ambiente del exterior, ycon ello se evitan las temperaturas indeseables en la construccin. El movimiento deaire por el serpentn se provoca ya sea por medio de un ventilador centrfugo movidopor bandas o uno de hlice con acoplamiento directo. El ventilador de baja velocidad y

aspas anchas mueve el volumen necesario de aire sin originar demasiado ruido.

Este tipo de condensadores puede armarse en cualquier combinacin deunidades que se necesiten para la eliminacin requerida de calor. El aire puedesuccionarse o soplarse por los serpentines. El otro diseo, un solo condensador puedetener ms de un circuito


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De la disposicin de su serpentn, de modo que se puede usar con variosevaporadores y compresores separados.

Pueden surgir dificultades con los condensadores enfriados por aire si setrabajan a bajas temperaturas ambiente, a menos que se tomen las debidasprecauciones para mantener las presiones normales para la unidad.

En la prctica, todas las unidades de refrigeracin de potencia menor que uncaballo de vapor usan condensadores enfriados por aire, debido a su simplicidad.Generalmente, un sistema de refrigeracin que use un condensador enfriado por airefunciona con una temperatura de condensacin ligeramente superior (en unos 41 F ) ala de un sistema que use un condensador enfriado con agua por una torre deenfriamiento. La razn esta en que un condensador enfriado por aire, la temperaturaseca del aire es la que controla la temperatura de condensacin cuando utiliza uncondensador de evaporacin o torre de enfriamiento.

Por otro lado, el condensador enfriado por aire no necesita agua, y no existen lospeligros de formacin de incrustaciones, corrosiones o congelacin.

2.2. CONDENSADORES ENFRIADOS POR AGUA.

Hay cuatro tipos bsicos de condensadores enfriados por agua:

1.- De doble tubo.

2.- De envolvente y tubo vertical abierto.3.- De envolventes y tubos horizontales.4.- De envolvente y serpentn.

2.2.1. CONDENSADORES DE DOBLE TUBO.

Consiste en dos tubos dispuestos de tal manera que uno queda dentro del otroconcentricamente, se puede clasificar como condensador de combinacin enfriado poragua y aire, tiene el refrigerante pasando por el tubo exterior, en el que queda expuestoal efecto enfriador del aire que pasa naturalmente por el exterior de los tubos exteriores,

mientras se hace circular aire por los tubos interiores, el agua entra por los tubosinferiores y sale por la parte superior. De este modo se obtiene la eficiencia mxima, porque el agua ms fra puede eliminar algo de calor del refrigerante en estado lquido ycon ello lo subenfra. Entonces, el agua ms caliente todava puede absorber calor delvapor, ayudando al proceso de condensacin. (Fig. 26).


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Fig. 26 Intercambiadores de calor de tubo doble

Es deseable tener a los fluidos en contraflujo, para cualquier cambiador de calor,ya que con esto tiene diferencia de temperatura media, entre los fluidos de ms altovalor y por lo tanto, la razn ms alta de transferencia de calor.

2.2.2. CONDENSADORES DE ENVOLVENTE Y TUBO VERTICAL ABIERTO.

En instalaciones grandes como amoniaco, se usan condensadores tipoacorazados colocados verticalmente. La construccin de condensadores tipo acorazadoverticales es muy similar a la de los enfriadores tipo acorazado.

Entrada del vaporrefrigerante

Salida del agua

Salida delrefrigerantecondensado

Entada del agua

Agua

Refrigerante


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Fig. 27 Condensador acorazado vertical Espira-Inund diseado para trabajar inundado. El aguafluye hacia abajo a travs de los tubos dndole un efecto de remolino por toberas diseadas

especialmente (insertadas).

El condensador vertical esta equipado con una caja de agua en su partesuperior, para distribuir el agua a los tubos y para el drenado del agua por el fondo.Cada uno esta equipado en su parte superior con un distribuidor ajustable el cual

imparte movimiento de rotacin al agua a fin de asegurar una adecuada humedad sobreel tubo. El vapor refrigerante caliente por lo general entra al cilindro por el centro delcondensador y el lquido sale del condensador cerca de la parte inferior del mismo. Laaltura de los condensadores acorazados vara entre 12 y 18 pies. Son ideales parainstalaciones donde se tiene agua de mala calidad y algunas otras condiciones quecausan la formacin rpida de incrustaciones ya que se limpian con facilidadmecnicamente mientras el sistema esta en operacin.

Entradade agua Alimentacin delrefrigerante

Salida delrefrigerante Tobera intercalada


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2.2.3. CONDENSADOR DE CORAZA ENVOLVENTE Y TUBOS HORIZONTAL.

Los condensadores de coraza y tubo consisten en un tubo de acero en el cual setiene un determinado nmero de tubos colocados paralelamente y unidos en losextremos a un cabezal de tubos. Su construccin es casi idntica a los enfriadores tipoacorazado de lquido inundado. El agua condensante circula a travs de los tubos, loscuales pueden ser de acero o de cobre, descubiertos o de superficie alargada. Elrefrigerante esta contenido en el cilindro de acero entre los cabezales de tubos. El aguacircula entre los espacios anulares entre el cabezal de tubos y las placas extremas, lasplacas de los extremos tienen desviadores que actan como distribuidores para guiar lacorriente de agua que atraviesa los tubos. La distribucin de los desviadores de lasplacas de los extremos determina el nmero de pasos de agua a travs delcondensador desde un extremo hasta el otro antes de la salida del condensador. Elnmero de pasos puede ser desde dos hasta veinte o ms. (Fig. 28)

Fig.28 Intercambiadores de calor de coraza y tubo.

Para cualquier nmero de tubos estipulados, el nmero de tubos por paso varainversamente con el nmero de pasos.

Por ejemplo suponiendo que un condensador tenga un total de cuarenta tubos, sihay dos pasos, el nmero de tubos por paso es de veinte, que para cuatro pasos, elnmero de tubos por paso es de diez.

Los condensadores de casco y tubo estn disponibles en capacidades quefluctan desde 2 hasta varios cientos de toneladas de refrigeracin. El dimetro varade 4 hasta 60 plg y la longitud vara aproximadamente desde 3 pies hasta 20 pies. Elnmero y dimetro de los tubos depende del dimetro del cilindro. Son comunes losdimetros de tubo de 5/8 de plg hasta 2 plg; el nmero de tubos en el condensadordesde 6 u 8 hasta tantos como mil o ms. Las placas de los extremos del condensadorse pueden quitar para hacer limpieza mecnica de los tubos.


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2.2.4. CONDENSADOR DE ENVOLVENTE Y SERPENTN.

Si en lugar de varios tubos dentro de la coraza del condensador, hay uno o msserpentines armados a travs de los cuales pasa el agua para eliminar el calor delvapor que se condensa, se dice que el condensador es de envolvente y serpentn.Estos son construidos de uno o ms tubos descubiertos o de serpentn y tubos aletadosencerrados en un cilindro de acero soldado (fig. 29). El de tubos aletados es elintercambiador de calor compacto ms comnmente empleado. La configuracin de laaleta puede ser rectangular o circular, continua o individual; a su vez la geometra paralos tubos puede ser circular, plana u oval. En operacin, parte o toda la superficie de laaleta puede ser cubierta por una pelcula de agua producida por la condensacin delvapor de agua en la corriente de aire entrante.

El agua condensante circula a travs del serpentn mientras que el refrigeranteest contenido en el depsito circular rodeando los serpentines. El refrigerante calienteentra por la parte superior del cilindro y se condensa al estar en contacto con el aguadel serpentn. El lquido condensante sale de los serpentines por la parte inferior delcilindro el cual con frecuencia sirve tambin como tanque corrector. Debe tenersecuidado de no sobrecargar al sistema con refrigerante ya que en una excesivaacumulacin de lquido en el condensador tendera a cubrir demasiado la superficiecondensante lo que causara un aumento en la temperatura y presin de descarga.

Muchos de los condensadores de cilindro y serpentn estn equipados con uncircuito de agua separado. Como regla general, este tipo de condensadores se usansolo para instalaciones pequeas hasta d

Cálculo de Un Condensador Enfriado Por Agua

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